CN101962731B

CN101962731B - 高强度易切削加工灰铸铁

Info

Publication number: CN101962731B
Application number: CN2010105436131A
Authority: CN
Inventors: 姜启川; 王金国; 逄伟
Original assignee: Jilin University
Current assignee: Jilin University
Priority date: 2010-11-15
Filing date: 2010-11-15
Publication date: 2012-04-11
Anticipated expiration: 2030-11-15
Also published as: CN101962731A

Abstract

本发明涉及一种新型高强度易加工灰铸铁，适用于生产高强度大马力发动机缸体，所述的灰铸铁包含以下成分，按重量百分比计：C：2.90～3.50；Si：1.80～2.20；Mn：0.30～0.60；P：0.01～0.05；S：0.03～0.15；Cr：0.15～0.50；Cu：0.20～0.80；Sn：0.01～0.10；V：0.110～0.190；N：0.020～0.070。本发明实现了在其抗拉强度超过含Mo高强度灰铸铁的同时，切削加工性能又比含Mo高强度灰铸铁优良的目的。有效地解决了在金属材料领域强度与加工性能一直是一对矛盾的关键问题。

Description

高强度易切削加工灰铸铁

技术领域：

本发明涉及一种新型高强度易加工灰铸铁材料，适用于生产高强度大马力发动机缸体，特别是既要高强度，又要切削加工性能好的高强度灰铸铁件的生产。

背景技术：

高强度灰铸铁材质主要用于发动机缸体、缸盖等铸件上，1995年世界上13个主要汽车公司的发动机铸铁件产量为459.9万吨，其中缸体和缸盖铸件重量为265.2万吨，占发动机铸铁件重量的57.7％。在我国，卡车柴油机缸体和缸盖铸件的材质几乎全部采用高强度灰铸铁，只有大马力发动机缸盖个别采用了蠕铁。而发动机缸体、缸盖铸件的尺寸大、结构复杂、必须具有较高的力学性能和热疲劳性能，因此，对其基体组织要求严格，铸件本体部位的珠光体含量95％以上，石墨形态呈A型。与此同时，还要求高强度灰铸铁有良好的加工性能。在金属材料领域强度与加工性能一直是一对矛盾。一般情况下，强度越高，加工性能越差。因此，加工性能一直制约高强度灰铸铁的发展。

目前，国内外在灰铸铁件的加工性能上，一直存在不少的差异。发达国家早在上个世纪四十年就开展了灰铸铁材料加工性研究，经过几十年研究和发展，促进了高强度灰铸铁加工性的显著改善，虽然工业化生产中不时出现新问题，但总体上能满足汽车零部件大批量、高效率、自动化加工的要求。目前，国产铸件在同样的加工条件下与国外铸件相比，加工铸件的尺寸偏差、加工余量、表面质量、边角白口、硬质点等并没有明显差异，铸件材料的强度、硬度、金相组织也均无异常，但是加工刀具磨耗大、加工时间长、铸件加工表面粗糙度差等是工业化生产中的关键难题。

以发动机缸体铸件为例，加工过程中刀具磨损情况的对比详见表1(“改善康明斯气缸体加工性初探”，现代铸铁，2006/2)。缸体粗镗缸孔刀具寿命比较结果表明，加工国产缸体时刀具的寿命远低于加工进口缸体时刀具的使用寿命，不仅严重地降低了生产效率，同时，显著增加了刀具的损耗，使切削加工成本大大增加。

表1国产与进口缸体粗镗缸孔刀具寿命比较

本发明“高强度易切削加工灰铸铁”与目前的高强度灰铸铁相比，具有的主要技术优点是：在化学成分中取消昂贵的Mo、Ni等元素，添加少量的V元素，获得高的抗拉强度，同时，具有优良的切削加工性能。由主要技术优点带来的高性能和经济成本优势，将使高强度灰铸铁的应用范围扩大和生产成本及后续的切削加工成本大大降低，将会大大地促进新产品的开发和为生产商家将带来显著的经济效益。

发明内容：

本发明的目的在于解决现有高强度灰铸铁的加工问题，提供一种高强度易切削加工灰铸铁。通过在发明专利“微合金化高强度灰铸铁”(专利号200510016878.5)的化学成分的基础上，提高化学元素V含量，在保证其抗拉强度的同时，改善加工性能。实现其抗拉强度在超过含Mo高强度灰铸铁的同时，比含Mo高强度灰铸铁具有优良的切削加工性能的目的。使其适用于大马力发动机缸体及其它高强度灰铸铁件的生产。

本发明技术方案：在发明专利“微合金化高强度灰铸铁”(专利号200510016878.5)的化学成分的基础上，通过优化N、Si、Mn等元素，提高化学元素V含量，改善珠光体的形态、尺寸、片间距，尤其是石墨的形貌、尺寸、分布等，在提高灰铸铁强度的同时，提高其加工性能。

本发明“高强度易切削加工灰铸铁”，其成分在“微合金化高强度灰铸铁”(专利号200510016878.5)的化学成分的基础上有一定变化(C：2.90～3.50；Si：1.50～2.40；Mn：0.20～0.80；P：0.01～0.05；S：0.03～0.15；Cr：0.15～0.50；Cu：0.20～0.80；Sn：0.01～0.10；V：0.005～0.100；N：0.005～0.100，其中，N重量百分比从0.005～0.100变化到0.020～0.070，Si重量百分比从1.50～2.40变化到1.80～2.20，Mn重量百分比从0.20～0.80变化到0.30～0.60，除V以外其余成分相似)。在此基础上，提高了微量的V，其重量百分比化学成分为：V：0.110～0.190

本发明的高强度易切削加工灰铸铁的铸态组织：A型石墨；珠光体量≥95％。同时，生产工艺简单，操作方便。

图例说明：

图1：1号合金铸态组织

图2：2号合金铸态组织。

图3：3号合金铸态组织。

图4：4号合金铸态组织。

图5：车削加工距离与车刀磨损面积。

图6：钻削加工距离与钻头边缘磨损长度的关系。

图6中1号合金为含Mo高强度灰铸铁，2-4号合金为本发明高强度灰铸铁。

具体实施方式：

发明合金组织与性能：

本发明高强度易切削加工灰铸铁采用中频感应电炉进行熔炼，主要原材料为废钢与增碳剂，铁液温度大于1500摄氏度出炉，浇入浇包内，在浇包内进行变质和孕育处理。与加Mo高强度灰铸铁相比，本发明高强度易切削加工灰铸铁通过取消昂贵的Mo元素，优化N、Si、Mn等元素，提高化学元素V含量，使珠光体的形态为交叉分布、尺寸减小、片间距减小，尤其是石墨细小、弯曲、尖角变钝、分布均匀等，如图1-4所示；在提高灰铸铁强度的同时，提高其加工性能，因均匀、弥散分布的细小、弯曲石墨易发生变形、转动，易在剪切面上发生碎断，导致容易断屑，减小剪切抗力，改善加工性能。加Mo高强度灰铸铁与本发明高强度易切削加工灰铸铁的合金成分和力学性能分别如表2和表3所示。

表2加Mo高强度灰铸铁与本发明高强度易切削加工灰铸铁的合金成分

注：1号合金-含Mo高强度灰铸铁；

2号合金-V含量重量百分比为：0.118的高强度易切削加工灰铸铁；

3号合金-V含量重量百分比为：0.151的高强度易切削加工灰铸铁；

4号合金-V含量重量百分比为：0.189的高强度易切削加工灰铸铁

表3加Mo高强度灰铸铁与本发明高强度易切削加工灰铸铁的力学性能

发明合金切削加工性能：

加Mo高强度灰铸铁与本发明高强度易切削加工灰铸铁的切削加工性能采用车削加工与钻削加工实验研究。车削加工实验主要研究车削加工抗力、车削加工表面粗糙度、车刀的磨损程度；钻削加工实验主要研究钻削加工抗力、扭矩、钻削加工表面粗糙度及钻头的磨损程度。

车削加工抗力及加工表面粗糙度如表4所示。

表4.车削加工抗力及加工表面的粗糙度

车削加工过程中车刀的磨损面积与车削加工距离的关系参阅图5所示。

实验结果表明，加Mo高强度灰铸铁与本发明高强度易切削加工灰铸铁车削加工性能由好到差顺序为：3号合金→2号合金→4号合金→1号合金。

钻削加工钻削抗力、扭矩、表面粗糙度如表5所示。

表5.钻削加工抗力、扭矩和表面粗糙度

钻削加工距离与钻头边缘的磨损长度关系参阅图6所示。

综合考虑实验灰铸铁的钻削加工性能高低顺序为：4号合金→3号合金→2号合金→1号合金

采用本发明高强度易切削加工灰铸铁在中国第一汽车集团公司一汽铸造有限公司生产6DL、6DM、6DN系列大马力柴油机发动机缸体毛坯试用，测试结果表明，缸体毛坯的组织和力学性能完全达到使用要求，同时具有优良的切削加工性能，强度和加工性能均达到或超过进口缸体水平。为实现大马力柴油机发动机缸体的国产化生产提供了材料保障，并可获得显著的经济效益。

Claims

1.一种高强度易切削加工灰铸铁合金，其特征在于，包含以下成分，按重量百分比计：C：2.90～3.50；Si：1.80～2.20；Mn：0.30～0.60；P：0.01～0.05；S：0.03～0.15；Cr：0.15～0.50；Cu：0.20～0.80；Sn：0.01～0.10；V：0.110～0.190；N：0.020～0.070。