CN102876962B - 贝氏体球墨铸铁活塞环的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种贝氏体球墨铸铁活塞环的制造方法，其化学组分及重量百分含量为C3.2％～4.0％；Si2.1％～3.0％；Mn0.2％～0.6％；P≤0.12％；Mo0.4％～1.5％；Cu0.4％～1.5％；S≤0.05％；其余为Fe和不可避免杂质；制造方法包括制作专用模板、混砂、造型、熔炼、浇注、落砂、清理、入库等工艺过程。所述熔炼过程中包括对铁水过热处理，球化处理和两次随流孕育处理。通过本发明生产的球墨铸铁活塞环，可以不经过热处理过程，在铸态下得到贝氏体基体组织，具有高强度、高韧性和高耐磨性，降低了能源的消耗，避免了由于热处理而造成氧化、变形等质量问题，保证了产品质量，缩短了加工流程，降低了生产成本。

Description

贝氏体球墨铸铁活塞环的制造方法

技术领域

本发明涉及一种内燃机零部件制造方法，具体的说是一种活塞环的制造方法。

背景技术

内燃机是一种用途广泛的动力机械设备，它是通过燃料在机器内部燃烧，将其释放出的热能直接转换为动能的热力发动机。活塞环是内燃机发动机中最为关键的零部件之一。活塞环在柴油发动机中起着密封燃烧室和曲轴箱、传递活塞热量、控制油耗的作用。活塞环工作过程中，既要承受高温、高压，又要承受剧烈的磨损和较大的冲击负荷作用，工作条件相当恶劣，活塞环必须要有良好的耐磨性、较高的强度及足够的韧性。为了延长活塞环的使用寿命，对活塞环的材质提出了较高要求。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种贝氏体球墨铸铁活塞环的制造方法，可以不经过热处理过程，直接在铸态下获得贝氏体组织，使得活塞环具有高强度、高韧性和高耐磨性。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种贝氏体球墨铸铁活塞环的制造方法，所述贝氏体球墨铸铁活塞环材质中的化学组分及重量百分含量为：

C：3.2％～4.0％；Si：2.1％～3.0％；Mn：0.2％～0.6％；P≤0.12％；Mo：0.4％～1.5％；Cu：0.4％～1.5％；S≤0.05％；其余为Fe和不可避免杂质；

上述贝氏体球墨铸铁活塞环的制造方法包括以下步骤：

A、采用专用模板，在自动造型机上用叠箱砂型铸造；

B、将制作贝氏体球墨铸铁活塞环的各种组分按重量百分比放置在变频电炉中进行熔炼，熔炼过程中匀速升温至1595℃～1630℃进行过热处理，再静置到1580℃～1610℃的出炉温度；

将稀土镁球化剂预埋在浇包包底，球化剂上层放置覆盖剂，当铁水静置到出炉温度后，从变频电炉中往浇包先倒入占浇包2/3体积的铁水，静置1min后球化处理完成，再继续倒入剩余1/3的铁水；在倒入剩余1/3铁水的过程中使用硅锶孕育剂进行两次随流孕育处理，总孕育量为0.8%～1.0%；孕育处理后进行浇注，浇注温度为1380℃～1440℃；

C、待砂型内具有贝氏体基体组织的球墨铸铁活塞环毛坯冷却到室温时，将砂型和贝氏体球墨铸铁活塞环毛坯一起放置在震动落砂机中，使砂型与铸件分开，之后进行抛丸处理，清除表面粘砂；

D、毛坯整理入库。

本发明的进一步改进在于：所述专用模板包括底板以及设置在底板上的浇注系统。

本发明的进一步改进在于：所述浇注系统包括设置在底板中心与底板平面垂直的直浇道以及设置在底板上的与直浇道连通的横浇道，底板上沿横浇道的两侧对称设置有四个活塞环模型，所述活塞环模型通过内浇道与横浇道相连通。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

本发明通过调整活塞环材质中的化学组分并使用合理的生产工艺，使得生产的贝氏体球墨铸铁活塞环在铸态下形成贝氏体基体组织，具有良好的耐冲击性、耐热疲劳性和耐磨性。贝氏体球墨铸铁活塞环的弹性模量≥170000 N/mm²，抗弯强度≥2500 N/mm²，抗拉强度≥650 N/mm²。

贝氏体球墨铸铁活塞环毛坯不经过热处理，就达到了需要热处理才能实现的性能要求。此种毛坯的开发，降低了能源的消耗，避免了由于热处理而造成地氧化、变形等质量问题，保证了产品质量，缩短了加工流程，降低了生产成本。如生产外径为Φ126贝氏体球墨铸铁活塞环，每热处理10万片约需23000度电，电力成本约13800元，整个过程共需要325小时；生产铸态贝氏体球墨铸铁活塞环，不经过热处理，耗时只需65小时。由此可见，每10万片可节约电力成本约13800元，生产效率提高了80%。

通过对活塞环材质中的化学组分及重量百分含量的控制，加入提高球铁淬透性的元素Mo、Cu,可促使铸件在冷却过程中避开珠光体转变温度，不用经过热处理，在铸态下就可形成贝氏体。

选择稀土镁作为球化剂，将稀土镁球化剂预埋在浇包包底，球化剂上层放置覆盖剂，这样对铁水进行球化处理既可以确保球化效果，也使得反应过程平缓，消除安全隐患。

选择硅锶作为孕育剂，并进行二次随流孕育处理，可以防止由于化学组分含量中Mo、Cu等元素含量较高、铁水过冷度较大导致对铁水进行球化处理时碳化物的形成，提高产品韧性。

采用专用模板可以防止因模具拆装引起的人为偏差，影响铸件质量。浇注系统布局合理，可提高型腔强度，保证铁水充型速度，有利于铁水合理充型，减少铸造缺陷，提高毛坯质量。

附图说明

图1是本发明的专用模板示意图；

图2是本发明实施例1所得毛坯的100×石墨形态图；

图3是本发明实施例1所得毛坯的500×基体组织图。

其中，1、底板，2、直浇道，3、横浇道，4、内浇道。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：

实施例1

一种贝氏体球墨铸铁活塞环，进行原料配比时，选用优质原材料，按以下组分和重量百分比配料：C：3.2％；Si：2.5％；Mn：0.3％；P：0.12％；Mo：0.65％；Cu： 1.5％；S：0.05％；其余为Fe和不可避免杂质。

贝氏体球墨铸铁活塞环的制备方法如下所述：

A、采用专用模板，在自动造型机上用叠箱砂型铸造。专用模板如图1所示，包括底板1以及设置在底板1上的浇注系统，浇注系统主要包括直浇道2，横浇道3和内浇道4。直浇道2设置在底板中心并与底板平面垂直。横浇道3设置在底板上，与直浇道1相连通。底板1上沿横浇道3的两侧对称设置四个活塞环模型，内浇道4的数量根据活塞环模型数量确定，内浇道4一端与横浇道3相连通，另一端分别连接各个活塞环模型。

造型的每摞型型高685 mm～720mm，砂型硬度85～95。对造型用型砂的性能要求为：湿压强度1.4 Kg/cm²～1.6Kg/cm²；紧实率25%～40%；含水量3.3%～4%；含泥量≤15%；有效膨润土含量≥8%；透气性≥50。

B、将制作贝氏体球墨铸铁活塞环的各种组分按重量百分比放置在变频电炉中进行熔炼，熔炼过程中匀速升温，除C、Si当量外，其余化学成分均按炉后化学成分控制。

炉内铁水化学成分中C考虑到0.1%烧损量，可控制在3.3%～4.1%，小于3.3%时加入Q10生铁调整至3.3%以上；大于4.1%时加入废钢调整至4.1%以下。炉内铁水化学成分中Si控制在1.5%～1.9%，小于1.5%时向炉内补加结晶硅或75硅铁，使Si含量大于1.5%；大于1.9%时向炉内补加Q10生铁或废钢，使Si含量小于1.9%，补加的Q10生铁或废钢均须预热。

根据铁水化学成分及铁水凝固特点，确定铁水出炉温度为1580℃～1610℃。为提高铁水纯净度，还需对铁水进行过热处理，过热度选择高于铁水出炉温度15℃～20℃，即先把铁水过热到1595℃～1630℃后，再静置到1580℃～1610℃的出炉温度。

选用稀土镁作为球化剂，将球化剂预埋在浇包包底，球化剂上层用覆盖剂隔离，当铁水静置到出炉温度后，从变频电炉中往浇包先倒入占浇包2/3体积的铁水，静置1min后球化处理完成，再继续倒入剩余1/3的铁水。

由于化学成分含量中Mo、Cu等元素含量较高，同时球化剂的加入使得铁水的过冷倾向增大，容易产生碳化物。为有效消除碳化物，促进析出大量细小圆整的石墨球，球化处理之后还应该对铁水进行孕育处理。本发明选择硅锶作为孕育剂，为使硅锶孕育剂被充分吸收，进行二次随流孕育。一次孕育时孕育剂粒度为3 mm～6mm，孕育剂加入量为0.4%～0.5% ；二次孕育时孕育剂粒度为1 mm～3mm，孕育剂加入量为0.4%。两次孕育处理的总孕育量为0.8%～1.0%。

孕育处理后，将浇包拉到放置砂型的工位进行浇注，浇注温度为1380℃～1440℃，为保持孕育效果，防止球化衰退，铁水浇铸必须在3分钟之内完成。

C、待砂型内具有贝氏体基体组织的球墨铸铁活塞环毛坯冷却到室温时，将砂型和贝氏体球墨铸铁活塞环毛坯一起放置在震动落砂机中，使砂型与铸件分开，之后进行抛丸处理，清除表面粘砂。

D、毛坯整理入库。

本实施例通过调整材质中的化学组分并使用合理的生产工艺，生产出的贝氏体球墨铸铁活塞环的硬度为HB 378；弹性模量为172955 N/mm²；热稳定性为96％；抗弯强度为2850N/mm²；抗拉强度为694 N/mm²。

金相显微组织如图2、图3所示，石墨形态为球状石墨，球化率≥80%，球大小≤45um；基体组织：主要为贝氏体，游离铁素体≤5%，游离渗碳体及磷共晶≤5%。

实施例2～实施例8

各实施例的工艺条件、制造方法与实施例1 相同，贝氏体球墨铸铁活塞环材质中的化学组分及百分含量如表1所示：

表1

各实施例对应的机械性能及金相组织检测结果如表2所示：

表2

Claims (1)

1.一种贝氏体球墨铸铁活塞环的制造方法，其特征在于：所述贝氏体球墨铸铁活塞环材质中的化学组分及重量百分含量为

C3.2％～4.0％；Si2.1％～3.0％；Mn0.2％～0.6％；P≤0.12％；Mo0.4％～1.5％；Cu0.4％～1.5％；S≤0.05％；其余为Fe和不可避免杂质；

上述贝氏体球墨铸铁活塞环的制造方法包括以下步骤：

A、采用专用模板，在自动造型机上用叠箱砂型铸造，

所述专用模板包括底板（1）以及设置在底板（1）上的浇注系统，所述浇注系统包括设置在底板中心与底板平面垂直的直浇道（2）以及设置在底板上的与直浇道连通的横浇道（3），底板（1）上沿横浇道（3）的两侧对称设置有四个活塞环模型，所述活塞环模型通过内浇道（4）与横浇道（3）相连通；

B、将制作贝氏体球墨铸铁活塞环的各种组分按重量百分比放置在变频电炉中进行熔炼，熔炼过程中匀速升温至1595℃～1630℃进行过热处理，再静置到1580℃～1610℃的出炉温度；

将稀土镁球化剂预埋在浇包包底，球化剂上层放置覆盖剂，当铁水静置到出炉温度后，从变频电炉中往浇包先倒入占浇包2/3体积的铁水，静置1min后球化处理完成，再继续倒入剩余1/3的铁水；在倒入剩余1/3铁水的过程中使用硅锶孕育剂进行两次随流孕育处理，总孕育量为0.8%～1.0%；孕育处理后进行浇注，浇注温度为1380℃～1440℃；

C、待砂型内具有贝氏体基体组织的球墨铸铁活塞环毛坯冷却到室温时，将砂型和贝氏体球墨铸铁活塞环毛坯一起放置在震动落砂机中，使砂型与铸件分开，之后进行抛丸处理，清除表面粘砂；

D、毛坯整理入库。

Images