CN102251190A - 铬钼镍钛钒涡轮增压器密封环 - Google Patents

Abstract

本发明公开了铬钼镍钛钒涡轮增压器密封环，它的化学成份重量百份比是：C：1.1-1.3%、Si：0.6-1.3%、Mn：≤0.6%、P：≤0.06%、S：≤0.04%、Cr：12-14%、Mo：1.0-1.3%、Ni：≤0.5、Ti≤0.35、V：0.15-0.35%、RE残留量0.025-0.04%、余量为Fe。本发明不仅具有CrMoNi良好的耐磨性、热稳定性、硬度的优点，还克服了CrMoNi铸钢韧性差的缺点，具有更好的耐磨性和韧性，且高温下的CrMoNiTiV铸钢密封环弹力损失率优于CrMoNi铸钢密封环和不锈钢密封环，350℃下切向弹力损失率CrMoNiVTi密封环在10%以内，硬度损失率：在600度保温3小时，损失率为5%以内。本发明既可用于增压器的密封环，还可应用于发动机气门座圈、带放气阀与可变截面涡轮增压器执行器轴承等零部件。

Description

铬钼镍钛钒涡轮增压器密封环

技术领域

本发明涉及密封环，尤其是涉及内燃机涡轮增压器密封环。

背景技术

密封环是涡轮增压器上的一个重要零件，它长期在高温高速下连续工作，工作条件十分恶劣，密封环容易失去弹性和过度磨损失去密封作用，导致增压器漏油、漏气、破坏平衡，从而降低涡轮增压器的工作质量，而涡轮增压器工作质量的高低又直接影响内燃机的工作性能。涡轮增压器密封环性能好坏与其材质有直接关系，现有密封环按材质分主要有三种：铬不锈钢密封环、钨钢密封环和铬钼镍钢密封环，这三种材质密封环各有各自的优点和不足：铬不锈钢密封环虽然制造成本较低，但耐热性、耐磨性和热稳定性较差，一般常用于转速较低的涡轮增压器和配套机的压气端；钨钢密封环高温下热稳定性和红硬性好，但它制造工艺复杂、制造成本高，而且由于硬度高，导致与其相配的零件容易磨损，一般常用于转速较低的涡轮增压器和配套机的涡轮端；铬钼镍密封环虽然耐磨性、热稳定性高、硬度适宜，但它韧性较差。

发明内容

针对上述现有技术中涡轮增器密封环存在的问题，本发明提出了一种不仅耐磨性好、热稳定性和红硬性高、硬度优良，而且韧性好，同时便于制造、成本又低的铬钼镍钛钒涡轮增压器密封环。

本发明要解决的技术问题所采取的技术方案是：所述铬钼镍钛钒涡轮增压器密封环的化学成份重量百份比是：C：1.1-1.3%、Si：0.6-1.3%、Mn：≤0.6%、P：≤0.06%、S：≤0.04%、Cr：12-14%、Mo：1.0-1.3%、Ni：≤0.5、Ti≤0.35、V：0.15-0.35%、RE残留量0.025-0.04%、余量为Fe。

   本发明所述铬钼镍钛钒涡轮增压器密封环的制造方法是：

1、按技术要求采购铸钢生铁、硅铁、铬铁、钼铁、锰铁、镍铁、钛铁，

2、根据上述碳、硅、锰、磷、硫、铬、钼、镍、钛、钒、铁含量和元素烧损率进行配料，计算出各件铁合金的重量比，称量各种铁合金的重量，

3、将已称量好的上述铁合金加入到已预热的工频炉中，升温到1500-1600℃；

4、升温到1500℃时，再加入钒铁，

5、升温到1600℃时，加入其合金总量的0.2-0.5%的稀土硅铁合金晶粒细化处理，

6、继续升温到1650℃，去除浮渣和杂物，加入覆盖保温剂，在1550℃时，开始浇铸到铸型中，

7、铸型冷却后，切除坯料浇冒口，将坯料加入热处理炉中，加热到960℃保温四小时后，出炉强风冷却；再进炉加热到600℃保温3小时出炉空冷，

8、将密封环坯料进行清理后，取样进行硬度检测、金相组织分析，其维氏硬度为：HV360-440；金相组织为：回火屈氏体（带马氏体位向）+条状及断续网状碳化物，

9、对坯料进行粗车、粗磨形成密封筒，

10、对已粗加工的密封筒进行线切口，切成0.2的开口，

11、在密封筒开口处插片，形成开口宽度不同的密封筒，

12、将上述密封筒和工装，放入真空炉中均匀加热到590℃±10℃，保温3-4小时后，随炉冷至200℃以下，出炉，

13、再进真空炉继续加热到590℃±10℃，保温3-4小时后，随炉冷至200℃以下，出炉，

14、又进真空炉加热到480℃±10℃，保温3-4小时后，随炉冷至100℃以下，出炉空冷，

15、将密封筒切片，制成密封环，进行精磨加工后，按图纸要求进行100%的透光、尺寸、工作开口检验，合格后，包装入库。

本发明所述铬钼镍钛钒涡轮增压器密封环主要技术指标：

       1、切向弹力损失率： 350度保温5小时，损失率不大于10%，

      2、硬度损失率：在600度保温3小时，损失率不大于5%。

本发明所述铬钼钛钒铸钢合金密封环的性能及元素钒的作用机理是：在现有铬钼镍钛铸钢密封环基础上增加了钒，一是由于钒属于强碳化物形成元素，可使α固溶体的马氏体形态保持到更高的回火温度，能提高α固溶体的再结晶温度，使钢具有更高的回火稳定性。二是钒与碳有很强的亲和力，所形成的V4C3（或VC）碳化物很稳定，能显著阻碍奥氏体的晶粒的长大，淬火加热时超过1200℃才开始明显熔解；再是钒可通过形成细小弥散的碳化物来提高钢的高温性能。V4C3硬度≥HRC83，其颗粒非常细小，分布又十分均匀，因此V4C3能显著改善钢的硬度、耐磨性和韧性。特别是对提高钢的耐磨性最为有效，在550℃回火时钒也引起“二次硬化”现象，故有利于钢的耐磨性和热硬性进一步改善。随着钢中含碳量和钒量的增加，将会降低钢的塑性和韧性，因此选定合适的配比既有利于改善钢的硬度、耐磨性和韧性，特别是对提高钢的耐磨性，又可防止塑性和韧性降低。

本发明所述CrMoNiTiV涡轮增压器密封环不仅具有CrMoNi良好的耐磨性、热稳定性、硬度的优点，还克服了CrMoNi铸钢的韧性差的缺点，具有更好的耐磨性和韧性，且高温下的CrMoNiTiV铸钢密封环弹力损失率优于CrMoNi铸钢密封环和不锈钢密封环，经350℃保温5小时弹力损失试验，切向弹力损失率CrMoNiVTi密封环在10%以内，而CrMoNi铸钢密封环15%，不锈钢环为20%左右。本发明既可用于增压器的密封环，还可应用于发动机气门座圈、带放气阀与可变截面涡轮增压器执行器轴承等零部件，其应用广泛。

本发明所述CrMoNiTiV涡轮增压器密封环高温下的红硬性，在柴油机增压器的正常工作温度下，温度较高的一端——涡轮端的密封环其工作温度不超过400℃（最高约380℃），在这一温度下，CrMoNiTiV密封环的硬度损失率比不锈钢环的略低，且当温度超过400℃，达到500℃-600℃时，CrMoNiTiV密封环的硬度损失率不到5%，而现有不锈钢环的硬度损失率超过20%。

具体实施方式

实施例1，本实施例1所述所述铬钼镍钛钒涡轮增压器密封环的化学成份重量百份比是：C：1.12%、Si：1.29%、Mn：0.52%、P：0.052%、S：0.031%、Cr：12.2%、Mo：1.27%、Ni：0.45、Ti：0.32、V：0.15%，RE残留量0.028%、余量为Fe。按照上述成份的百分重量比、各种元素的实际烧损率和各种规格型号的原料合金含量进行配料计算，得出每炉中铸钢生铁、硅铁、铬铁、钼铁、锰铁、镍铁、钛铁和钒铁加入量，并按下述方法进行制造：

1、将已称量好的铸钢生铁、硅铁、铬铁、钼铁、锰铁、镍铁、钛铁加入到已预热的工频炉中，升温到1500-1600℃；

2、当升温到1500℃时，再加入钒铁，

5、当升温到1600℃时，加入其合金总量的0.48%的稀土硅铁合金晶粒细化处理，

6、继续升温到1650℃，去除浮渣和杂物，加入覆盖保温剂，在1550℃时，开始浇铸到铸型中，

7、铸型冷却后，切除坯料浇冒口，将坯料加入热处理炉中，加热到960℃保温四小时后，出炉强风冷却；再进炉加热到600℃保温3小时出炉空冷，

8、坯料清理后，取样进行硬度检测、金相组织分析，其维氏硬度为：HV388；金相组织为：回火屈氏体（带马氏体位向）+条状及断续网状碳化物，

9、对坯料进行粗车、粗磨形成密封筒，

10、对已粗加工的密封筒进行线切口，切成0.2的开口，

11、在密封筒开口处插片，形成开口宽度不同的密封筒，

12、将上述密封筒和工装，放入真空炉中均匀加热到590℃±10℃，保温3-4小时后，随炉冷至200℃以下，出炉，

13、再进真空炉继续加热到590℃±10℃，保温3-4小时后，随炉冷至200℃以下，出炉，

14、又进真空炉加热到480℃±10℃，保温3-4小时后，随炉冷至100℃以下，出炉空冷，

15、将密封筒切片，制成密封环，进行精磨加工后，按图纸要求进行100%的透光、尺寸、工作开口检验，合格后，包装入库。

上述实施例1所制得的密封环各项技术指标经检测：

       1、切向弹力损失率： 350度保温5小时，损失率为8.8%；

      2、硬度损失率：在600度保温3小时，损失率3.8%。

实施例2，本实施例2所述所述铬钼镍钛钒涡轮增压器密封环的化学成份重量百份比是：C：1.24%、Si：0.93%、Mn：0.51%、P：0.048%、S：0.029%、Cr：13.6%、Mo：1.17%、Ni：0.42、Ti：0.31、V：0.21%，RE残留量0.032%、余量为Fe。按照上述成份的重量比、各种元素的实际烧损率和各种规格型号的原料合金含量进行配料计算，得出每炉中铸钢生铁、硅铁、铬铁、钼铁、锰铁、镍铁、钛铁和钒铁加入量，并按实施例1所述方法制造而成，其中加入的稀土硅铁合金重量为合金总量的0.4%。

上述实施例2所制得的密封环各项技术指标经检测：

1、切向弹力损失率： 350度保温5小时，损失率9.1%；

 2、硬度损失率：在600度保温3小时，损失率为4.1%。

实施例3，本实施例3所述所述铬钼镍钛钒涡轮增压器密封环的化学成份重量百份比是：C：1.30%、Si：0.65%、Mn：0.48%、P：0.044%、S：0.025%、Cr：13.8%、Mo：1.05%、Ni：0.39、Ti：0.32、V：0.34%，RE残留量0.037%、余量为Fe。按照上述成份的重量比、各种元素的实际烧损率和各种规格型号的原料合金含量进行配料计算，得出每炉中铸钢生铁、硅铁、铬铁、钼铁、锰铁、镍铁、钛铁和钒铁加入量，并按实施例1所述方法制造而成，其中加入的稀土硅铁合金重量为合金总量的0.25%。

上述实施例3所制得的密封环各项技术指标经检测：

       1、切向弹力损失率： 350度保温5小时，损失率为8.3%；

      2、硬度损失率：在600度保温3小时，损失率为4.3%。

Claims (2)

1. 铬钼镍钛钒涡轮增压器密封环，其特征在于：它的化学成份重量百份比是：C：1.1-1.3%、Si：0.6-1.3%、Mn：≤0.6%、P：≤0.06%、S：≤0.04%、Cr：12-14%、Mo：1.0-1.3%、Ni：≤0.5、Ti≤0.35、V：0.15-0.35%、RE残留量0.025-0.04%、余量为Fe。

2.铬钼镍钛钒涡轮增压器密封环的制造方法，其特征在于：

（1） 按技术要求采购铸钢生铁、硅铁、铬铁、钼铁、锰铁、镍铁、钛铁，

（2） 根据上述碳、硅、锰、磷、硫、铬、钼、镍、钛、钒、铁含量和其元素烧损率进行配料，计算出各件铁合金的重量比，称量各种铁合金的重量，

（3） 将已称量好的上述铁合金加入到已预热的工频炉中，升温到1500-1600℃；

（4） 升温到1500℃时，再加入钒铁，

（5） 升温到1600℃时，加入上述合金总重量0.2-0.5%的稀土硅铁合金晶粒细化处理，

（6） 继续升温到1650℃，去除浮渣和杂物，加入覆盖保温剂，在1550℃时，开始浇铸到铸型中，

（7） 铸型冷却后，切除坯料浇冒口，将坯料加入热处理炉中，加热到960℃保温四小时后，出炉强风冷却；再进炉加热到600℃保温3小时出炉空冷，

（8） 将密封环坯料进行清理后，取样进行硬度检测、金相组织分析，其维氏硬度为：HV360-440；金相组织为：回火屈氏体（带马氏体位向）+条状及断续网状碳化物，

（9）对坯料进行粗车、粗磨形成密封筒，

（10）对已粗加工的密封筒进行线切口，切成0.2的开口，

（11）在密封筒开口处插片，形成开口宽度不同的密封筒，

（12）将上述密封筒和工装，放入真空炉中均匀加热到590℃±10℃，保温3-4小时后，随炉冷至200℃以下，出炉，

（13）再进真空炉继续加热到590℃±10℃，保温3-4小时后，随炉冷至200℃以下，出炉，

（14）又进真空炉加热到480℃±10℃，保温3-4小时后，随炉冷至100℃以下，出炉空冷，

（15）将密封筒切片，制成密封环，进行精磨加工后，按图纸要求进行100%的透光、尺寸、工作开口检验，合格后，包装入库。