CN102517490A - 一种铸态贝氏体蠕墨铸铁气缸套及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铸态贝氏体蠕墨铸铁气缸套，所述铸态贝氏体蠕墨铸铁的化学成分组成按如下重量百分比计：碳：3.4～3.9%、硅：2.2～2.8%、0＜锰≤0.6%、0＜磷≤0.4%、0＜硫≤0.03%、铜：0.8～1.2%、钼：0.5～1.2%、钛：0.08～0.2%、稀土元素：0.04～0.13%、镁：0.005～0.011%，余量为Fe。本发明所述气缸套的布氏硬度在280～340HB，抗拉强度在700MPa以上，耐磨性优于传统气缸套，适合在高端发动机上使用。

Description

一种铸态贝氏体蠕墨铸铁气缸套及其制备方法

技术领域

本发明属于气缸套技术领域，具体涉及一种铸态贝氏体蠕墨铸铁气缸套。

背景技术

目前，高端的大功率中、重型发动机上使用的缸套多为合金贝氏体灰铸铁气缸套，其强度及耐磨性可以满足现有发动机的工作要求和设计寿命；但由于灰铸铁固有的特性，其抗拉强度达到400MPa以上后，已很难再有所提高。然而随着发动机升功率的进一步提高，爆发压力进一步增大，合金贝氏体已很难满足以后高端发动机的工作要求和设计寿命。

发明内容

本发明目的在于提供一种铸态贝氏体蠕墨铸铁气缸套，该气缸套布氏硬度好，抗拉强度高、耐磨性能好。

本发明还公开了所述铸态贝氏体蠕墨铸铁气缸套的制备方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种铸态贝氏体蠕墨铸铁气缸套，该铸态贝氏体蠕墨铸铁的化学组成按如下重量百分比计：碳（C）：3.4～3.9%、硅（Si）：2.2～2.8%、0＜锰（Mn）≤0.6%、0＜磷（P）≤0.4%、0＜硫（S）≤0.03%、铜（Cu）：0.8～1.2%、钼（Mo）：0.5～1.2%、钛（Ti）：0.08～0.2%、稀土元素：0.04～0.13%、镁（Mg）：0.005～0.011%，余量为Fe。

本发明所述铸态贝氏体蠕墨铸铁，其石墨蠕化率在80%以上，其基体为贝氏体和少量的回火马氏体，形态以羽毛状、针状，其碳化物含量不大于5%。所得铸态贝氏体蠕墨铸铁气缸套的布氏硬度为280～340HB，抗拉强度在700MPa以上，更适合在将来的大功率、高爆发压力、高升功率、低排放、长寿命的高端发动机上使用。

上述铸态贝氏体蠕墨铸铁气缸套的制备方法，包括如下步骤：

①用生铁、废钢、回炉料及合金料将化学成分的重量百分比配制如下：

C：3.4～3.9%，Si：1.2～1.6%，0＜Mn≤0.6%，0＜P≤0.4%，0＜S≤0.03%，Cu：0.8～1.2%，Mo：0.5～1.2%，Ti：0.08～0.2%，余量为Fe。

②用中频感应电炉熔炼配料，控制铁液出炉温度为1540～1580℃；然后将铁液转运至温度为1500～1520℃浇注炉内。

③依据毛坯重量，向浇注杯中加入蠕化剂和SiFe75孕育剂，然后加入铁液（蠕化剂和SiFe75孕育剂的添加量均为铁液重量的0.8～1.0%）使铁液发生蠕化。

此处加入蠕化剂和SiFe75孕育剂用以补充步骤①中硅含量的不足及缺少的稀土和镁元素，使气缸套铸件中的各化学成分在要求的范围之内。本发明所用的蠕化剂是：稀土硅铁（FeSiRE30）和稀土硅铁镁（FeSiMg4RE12）按质量1：1进行掺配，目的在于保证掺配后的蠕化剂中稀土和镁的质量比在9～11：1。

④将蠕化后的铁液浇入离心铸造的模具中，采用金属型湿涂料离心铸造常规工艺生产气缸套铸件；控制铸件出模温度为750～950℃，然后迅速冷却铸件1～2min，使铸件温度降至400～500℃。

⑤将铸件转移至保温箱或隧道炉中缓冷1～2h；然后在450～550℃保温2～3h进行回火处理得气缸套成品。

本发明在普通蠕墨铸铁、碳、硅、锰、磷、硫、稀土、镁普通元素化学成分的基础上，加入铜、钼、钛三种合金元素，主要可以起到以下作用：

1、铜的作用：铜在铁液一次结晶时有促进石墨化的作用，降低白口倾向。铜元素和钼元素搭配使用，可以减少钼元素在晶核中的偏析。铜可固溶于奥氏体，稳定奥氏体，使C曲线右移，在快速冷却时，利于铸态贝氏体的形成，而且可以强化贝氏体，提高材料强度和韧性。

2、钼的作用：钼是反石墨化元素，钼可固溶于奥氏体中，稳定奥氏体，使C曲线显著右移，在铸铁冷却过程中避免形成珠光体，强烈促进贝氏体的形成，从而提高铸铁的强度和硬度。

3、钛的作用：钛主要作用是使蠕墨铸铁的蠕化工艺范围变宽，降低铸造的难度。其次，在铸铁中形成钛的碳化物，因其硬度极高且又弥散分布在铸铁的基体中，极大的提高了铸铁的耐磨性。

镁的作用是不光参与铁液蠕化，且在蠕化过程中起到翻搅铁液，促进稀土和铁液的蠕化反应。稀土元素的作用在于促进蠕化。

本发明所述铸态贝氏体蠕墨铸铁气缸套具有以下优点：

与目前的贝氏体合金铸铁气缸套相比，具有更高的强度、弹性模量及优异的耐磨性能，同时还具有和灰铸铁接近的导热性，更能适合和满足发动机气缸套恶劣的工作环境，达到更高的排放要求；是高端的中、重型发动机潜在的备选材料。此外，本发明气缸套在大功率、高爆发压力发动机上使用的质量稳定性、可靠性会进一步提高，完全避免使用传统缸套易崩缸、掉台的风险，提高了使用寿命。

附图说明

图1为本发明所述气缸套放大100倍的石墨金相图，由图可看出蠕墨铸铁的石墨形态；

图2为本发明所述气缸套放大500倍的基体金相图，由图可看出基体组织的贝氏体形态。

具体实施方式

以下通过优选实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不局限于此。

实施例1

按如下重量百分比配制各化学成分：碳3.71%，硅1.23%，锰0.22%，磷0.075%，硫0.020%，铜0.89%，钼0.63%，钛0.15%，余量为Fe；用中频感应电炉熔炼配料，控制铁液出炉温度为1540℃；然后将铁液转运至温度为1520℃浇注炉内；依据毛坯重量，向浇注杯中加入蠕化剂和SiFe75孕育剂，然后加入铁液使铁液发生蠕化，蠕化剂和SiFe75孕育剂的添加量均为铁液重量的0.9%；将蠕化后的铁液浇入离心铸造的模具中，采用金属型湿涂料离心铸造常规工艺生产气缸套铸件；控制铸件出模温度为900℃，然后迅速冷却铸件1.5min使铸件温度降至500℃；将铸件转移至保温箱中缓冷2h；然后在520℃保温2.5h进行回火处理得气缸套成品，该气缸套成品的抗拉强度为750MPa，硬度为320HB；气缸套的金相组织见图1和2；其最终化学成分为碳3.65%，硅2.63%，锰0.22%，磷0.075%，硫0.015%，铜0.91%，钼0.61%，钛0.11%，稀土0.085%，镁0.0087%，余量为Fe（某些元素的含量误差在允许的范围内，此为本领域公知常识）。

实施例2

按如下重量百分比配制各化学成分：碳3.82%，硅1.26%，锰0.32%，磷0.09%，硫0.025%，铜1.05%，钼0.99%，钛0.09%，余量为Fe；用中频感应电炉熔炼配料，控制铁液出炉温度为1580℃；然后将铁液转运至温度为1510℃浇注炉内；依据毛坯重量，向浇注杯中加入蠕化剂和SiFe75孕育剂，然后加入铁液使铁液发生蠕化，蠕化剂和SiFe75孕育剂的添加量均为铁液重量的0.9%；将蠕化后的铁液浇入离心铸造的模具中，采用金属型湿涂料离心铸造常规工艺生产气缸套铸件；控制铸件出模温度为850℃，然后迅速冷却铸件2min使铸件温度降至500℃；将铸件转移至保温箱中缓冷1.5h；然后在500℃保温2h进行回火处理得气缸套成品，该气缸套成品的抗拉强度为765MPa，硬度为309HB；其最终化学成分为碳3.85%，硅2.43%，锰0.31%，磷0.09%，硫0.020%，铜1.01%，钼0.97%，钛0.09%，稀土0.076%，镁0.0069%，余量为Fe。

实施例3

按如下重量百分比配制各化学成分：碳3.88%，硅1.53%，锰0.42%，磷0.075%，硫 0.022%，铜1.15%，钼1.15%，钛0.11%，余量为Fe；用中频感应电炉熔炼配料，控制铁液出炉温度为1560℃；然后将铁液转运至温度为1505℃浇注炉内；依据毛坯重量，向浇注杯中加入蠕化剂和SiFe75孕育剂，然后加入铁液使铁液发生蠕化，蠕化剂和SiFe75孕育剂的添加量均为铁液重量的0.9%；将蠕化后的铁液浇入离心铸造的模具中，采用金属型湿涂料离心铸造常规工艺生产气缸套铸件；控制铸件出模温度为750℃，然后迅速冷却铸件1.5min使铸件温度降至400℃；将铸件转移至保温箱中缓冷1.5h；然后在550℃保温2h进行回火处理得气缸套成品，该气缸套成品的抗拉强度为780MPa，硬度为320HB；其最终化学成分为碳3.79%，硅2.73%，锰0.42%，磷0.074%，硫0.023%，铜1.15%，钼1.13%，钛0.11%，稀土0.095%，镁0.0067%，余量为Fe。

Claims (2)

1.一种铸态贝氏体蠕墨铸铁气缸套，其特征在于，所述铸态贝氏体蠕墨铸铁的化学成分组成按如下重量百分比计：

碳：3.4～3.9%、硅：2.2～2.8%、0＜锰≤0.6%、0＜磷≤0.4%、0＜硫≤0.03%、铜：0.8～1.2%、钼：0.5～1.2%、钛：0.08～0.2%、稀土元素：0.04～0.13%、镁：0.005～0.011%，余量为Fe。

2.权利要求1所述铸态贝氏体蠕墨铸铁气缸套的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

①按如下重量百分比配制各化学成分：C：3.4～3.9%，Si：1.2～1.6%，0＜Mn≤0.6%，0＜P≤0.4%，0＜S≤0.03%，Cu：0.8～1.2%，Mo：0.5～1.2%，Ti：0.08～0.2%，余量为Fe；

②用中频感应电炉熔炼配料，控制铁液出炉温度为1540～1580℃；然后将铁液转运至温度为1500～1520℃浇注炉内；

③依据毛坯重量，向浇注杯中加入蠕化剂和SiFe75孕育剂，然后加入铁液使铁液发生蠕化，蠕化剂和SiFe75孕育剂的添加量均为铁液重量的0.8～1.0%；

④将蠕化后的铁液浇入离心铸造的模具中，采用金属型湿涂料离心铸造常规工艺生产气缸套铸件；控制铸件出模温度为750～950℃，然后迅速冷却铸件1～2min，使铸件温度降至400～500℃；

⑤将铸件转移至保温箱或隧道炉中缓冷1～2h；然后在450～550℃保温2～3h进行回火处理得气缸套成品。

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