CN101701313A - 用于铝活塞镶圈的铸铁材料 - Google Patents
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Abstract
用于铝活塞镶圈的铸铁材料,涉及一种奥氏体铸铁材料,特别是属于一种用于铝活塞镶圈的铸铁材料。其化学成分按质量百分比计为:C 2.4-3.2%,Si 1.6-2.2%,Ni 5.0-8.0%,Mn 4.0-8.0%,Cu2.0-5.0%,B 0-0.06%,S 0-0.1%,P 0-0.12%,余量为Fe。本发明所公开的用于铝活塞镶圈的铸铁材料,镍含量只有L-NiCuCr1562的30%-60%,成本上大大的降低,而主要的各项性能指标均达到或超过L-NiCuCr1562,所以该材料可以取代L-NiCuCr1562,成为新型的内燃机铝活塞镶圈材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种奥氏体铸铁材料,特别是属于一种用于铝活塞镶圈的铸铁材料。
背景技术
奥氏体铸铁用做内燃机活塞镶圈,是由于其热膨胀系数与铸造铝合金的热膨胀系数非常接近。此外,奥氏体铸铁还具有良好的耐磨性和导热性,因而这种材料在内燃机活塞镶圈行业得到了大量的应用。现有的铝活塞镶圈材料一般采用国际标准ISO2892《奥氏体铸铁》中牌号为L-NiCuCr1562的奥氏体灰铸铁,其化学成分中的镍含量高,而镍为稀缺金属,价格昂贵,因此生产这种活塞镶圈成本较高。随着汽车行业的发展,对铝活塞镶圈的需求不断加大,由于金属镍价格的上浮,导致铝活塞镶圈的制造成本大幅增加。在铝活塞镶圈的价格不能及时响应随之上涨的前提下。这种现象给活塞镶圈的制造商造成了极大地压力。
另外,中国专利文献CN1526843A公布了一种低铝低镍中锰奥氏体铸铁及工艺方法,其化学成分按质量百分比计为:C 3.0-4.0%,Si2.0-3.0%,Ni 1.0-4.0%,Mn 8.0-10.0%,Cu<0.3%,Al≤0.3%。该材料具有较低的镍含量,降低了镶圈生产的成本,但是镍含量太低,会导致铸铁弹性较差,易断裂,且达到的奥氏体稳定性较差。此外,该材料含锰量较高,易形成合金碳化物,导致铸件性能恶化,且硬度较高,难以进行机加工。
发明内容
本发明的目的即在于提供一种新型的用于铝活塞镶圈的铸铁材料,克服现有材料存在的问题,在保证其机械性能的基础上,达到降低成本的目的。
本发明所公开的用于铝活塞镶圈的铸铁材料,其特征在于:该材料化学成分按质量百分比计为:C 2.4-3.2%,Si 1.6-2.2%,Ni5.0-8.0%,Mn 4.0-8.0%,Cu 2.0-5.0%,B 0-0.06%,S 0-0.1%,P0-0.12%,余量为Fe。
本发明通过合理的成分设计,调节Ni、Mn、Cu三元素含量及添加微量元素B成分,成功的开发出了一种用于铝活塞镶圈的含硼中镍奥氏体灰铸铁材料,成分选择的理由与效果:
(1)C、Si:主要根据碳当量CE与Si/C比确定。CE接近共晶成分时,铁液具有较好的流动性:CE一定时,Si/C比从0.5-0.7-0.9变化时,石墨片的分布类型由E型-A型-D型变化。本发明选择的C、Si含量既保证了碳当量CE接近共晶成分,也保证了合适的Si/C比。
(2)Ni、Mn、Cu:扩大奥氏体相区、稳定奥氏体组织的元素。金属镍价格昂贵,企业生产成本太高;镍含量太低,产品质量难以保证。因此,本发明选择中镍含量的奥氏体灰铸铁作为本发明的突破口。Mn过高,易与碳、铁结合形成合金渗碳体(Fe,Mn)3C,使铸件硬度提高,机械加工困难。此外,Mn是阻碍石墨化的元素,故锰含量不易过高。锰含量太低,取代镍含量有限,达不到降低成本的目的。因此,本发明选用4-8%中等含量的锰。铜过高,则会以单质铜的形式游离于组织中,对铸件性能不利,同时铜过剩使成本提高,有违本发明本意。
(3)B:硼元素的加入是本发明一大创新点。硼元素的加入最重要的作用是细化了石墨,从而得到细片状的A型石墨,对铸铁的抗拉强度与抗弯强度影响不大,硬度有所提高。此时铸铁具备了良好的减摩性和耐磨性。石墨具有良好的润滑作用,起到了减摩作用,即时在摩擦磨损过程中石墨脱落,石墨留下的孔洞也可以储存润滑油,继续起到减摩作用。同时,该材料也具有良好的耐磨性。铸铁中的硼碳化物硬度较高,从而使材料具有极好的耐磨性。
本发明所公开的用于铝活塞镶圈的铸铁材料,金相组织为奥氏体基体和分布在基体上的细片状A型石墨及少量的硼碳化物。主要性能指标有:抗拉强度≥170Mpa,抗弯强度≥340Mpa,硬度HBW130-170。各项性能指标均达到或超过国际标准ISO2892《奥氏体铸铁》中牌号为L-NiCuCr1562的奥氏体铸铁的要求,尤其是最重要的物理性能指标:20-200℃平均线膨胀系数,与铝合金的热膨胀系数非常接近,用作铝活塞镶圈时与铝合金的热膨胀系数能够很好的匹配,能够减少热应力带来的不利影响。
本发明所公开的用于铝活塞镶圈的铸铁材料,镍含量只有L-NiCuCr1562的30%-60%,成本上大大的降低,而主要的各项性能指标均达到或超过L-NiCuCr1562,所以该材料可以取代L-NiCuCr1562,成为新型的内燃机铝活塞镶圈材料。
具体实施方式
下面以具体实例对本发明做进一步说明。
(1)将铸铁、锰铁、纯镍、硼铁等原材料,按相应成分的质量之比依次加入到中频感应炉中。
(2)待炉内铁水温度达到1450℃左右时,加入聚渣剂进行聚渣,捞渣。
(3)在烧包内加入75-硅铁,硅铁的加入量为原料总量的0.4-0.6%;当铁水温度达到15000℃左右时,倒入烧包,进行包内孕育。
(4)1450℃左右将铁水倒入离心铸造机进行浇注。
经化学成分检测,该材料的化学成分按质量百分比计为:
C 2.86%,Si 1.74%,Ni 6.87%,Mn 4.44%,Cu 4.69%,B 0.01%,S 0.1%,P 0.12%,余量为Fe。
试样经过4%硝酸酒精腐蚀,金相组织为奥氏体基体及分布在其上的细片状A型石墨和少量的硼碳化物。石墨形态为A型,且分布均匀。长度分布在30-100чm。试样经物理及理学性能检测,主要性能指标如下:20-200℃平均线膨胀系数:20.6×10-6/℃;抗拉强度:192.0Mpa;抗弯强度:386.6Mpa;硬度HBW:156.7。
Claims (2)
1.一种用于铝活塞镶圈的铸铁材料,其特征在于:该材料化学成分按质量百分比计为:
C 2.4-3.2%,Si 1.6-2.2%,Ni 5.0-8.0%,Mn 4.0-8.0%,Cu2.0-5.0%,B 0-0.06%,S 0-0.1%,P 0-0.12%,余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的用于铝活塞镶圈的铸铁材料,其特征在于,化学成分按质量百分比计为:C 2.86%,Si 1.74%,Ni 6.87%,Mn 4.44%,Cu 4.69%,B 0.01%,S 0.1%,P 0.12%,余量为Fe。
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102168223A (zh) * | 2011-03-30 | 2011-08-31 | 王涛 | 铝活塞镶圈的耐磨材料 |
CN104164608A (zh) * | 2013-05-19 | 2014-11-26 | 滨州亚泰雅德动力配件有限公司 | 一种用于铝活塞耐磨镶圈的铸铁材料 |
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- 2009-11-04 CN CN200910230016A patent/CN101701313A/zh active Pending
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