CN102959110B - 一种高强度耐磨气缸套及其制备方法 - Google Patents

一种高强度耐磨气缸套及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于发动机配件技术领域，特别涉及一种高强度耐磨气缸套及其制备方法。所述气缸套重量百分组成如下：C3.0-3.3％，Si 2.0-2.3％，P0.3-0.6％，S＜0.1％，Mn0.3-0.6％，Mo0.1-0.3％，Nb0.08-0.15％，余量为铁；所述气缸套组织为含磷针状铁素体和富碳奥氏体，其中磷共晶不小于3％。本发明气缸套克服了珠光体缸套耐磨性低的缺点、同时也克服了铸态贝氏体耐腐性差的缺点，硬度为HRC38-43.Rm＞400Mpa，强度高、耐腐蚀性好。

Description

一种高强度耐磨气缸套及其制备方法
技术领域
本发明属于发动机配件技术领域，特别涉及一种高强度耐磨气缸套及其制备方法。
背景技术
气缸套是发动机的关键零件之一，目前其材质多为普通灰铸铁或合金灰铸铁。该类气缸套主要是依靠降低碳当量和合金强化来满足强度和耐磨性的要求，抗拉强度一般为350MPa以下，强度和耐磨性较差，不能满足大功率发动机机器对节能、降耗、减排的发展要求。目前，国内外的缸套铸铁产品几乎都在向低排放方向发展，EGR的使用对发动机内的气缸套的耐磨、耐腐的要求更高。因此开发高强度耐磨气缸套是现有技术发展提出的一个迫在眉睫需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度耐磨气缸套及其制备方法，以满足发动机对气缸套强度与耐磨性的高要求。
本发明采用的技术方案如下：
一种高强度耐磨气缸套，所述气缸套重量百分组成如下：C3.0-3.3％，Si2.0-2.3％，P0.3-0.6％，S＜0.1％，Mn0.3-0.6％，Mo0.1-0.3％，Nb0.08-0.15％，余量为铁；所述气缸套组织为含磷针状铁素体和富碳奥氏体，其中磷共晶不小于3％。
奥氏体中的含碳量为1.8-2.2％。
气缸套中的微量磷可以促进石墨化，合金元素在淬火时能增加淬透性、便于针状铁素体的形成。
本发明还进一步提供了所述的高强度耐磨气缸套的制备方法，步骤基本如下：按照重量百分配比C3.0-3.3％、Si 2.0-2.3％、Mn0.3-0.6％、Mo0.1-0.3％、Nb0.08-0.15％，余量为铁进行配料，通过离心铸造制造出气缸套，在中性气氛中进行奥氏体化，之后等温淬火，最后低温回火获得所述气缸套。
离心铸造气缸套时，浇铸温度为1320℃-1400℃，离心机转速为1350-1400转/分。
离心铸造之后，奥氏体化之前预冷时间T＝12+3*s，其中s为缸套单边壁厚，s的单位以mm计，T的单位以s计。
奥氏体化的条件为在920℃±10保温90-100min。
等温淬火的温度为330-350℃，时间为75-85min。
淬火液为硝盐，成分为硝酸钠与硝酸钾的混合液，其中硝酸钠与硝酸钾的质量比为1∶1。
低温回火的温度为160-180℃，时间为90-120min。
方法中未涉及到的部分采用本领域常规技术手段即可。
本发明提供了一种含磷的针状铁素体和富碳奥氏体的缸套，组织内含有磷共晶和钼、铌的碳化物，含磷的针状铁素体和富碳奥氏体铸铁强度介于球墨铸铁和灰铸铁之间，同时具有比灰铸铁和球墨铸铁更好的耐磨性能，因此，含磷针状铁素体和富碳奥氏体铸铁的应用，特别是应用到EGR的发动机上更凸显出它的耐腐、耐磨的优越性，这是在发现球墨和蠕墨铸铁气缸套后，首次作为一种材质在发动机上使用。
其组织主要通过制备方法获得，其中先离心铸造生产出气缸套，本发明离心铸造工况下，能稳定地生产出珠光体不低于95％，基体为珠光体的含磷铸铁，预冷后通过中性气氛加热进行奥氏体化、然后通过含磷缸套的等温淬火获得组织为针状铁素体和富碳的奥氏体、同时磷共晶产生，使缸套具有强度高、耐磨、耐腐的特点。
本发明获得的气缸套的性能如下：硬度为HRC38-43，Rm＞400Mpa，耐腐蚀性好。将其应用于EGR发动机上，使用效果良好。
本发明相对于现有的气缸套，具有以下优点：
本发明气缸套为含磷的针状铁素体和富碳的奥氏体组织，性能优越，克服了珠光体缸套耐磨性低的缺点、同时也克服了铸态贝氏体气缸套耐腐性差的缺点，制备工艺简单、稳定。
附图说明
图1为实施例1离心铸造得到的气缸套通过热处理后的组织图；
图2为图1放大500倍的光学显微镜照的金相图片；
图3为图1放大1000倍的SEM图片；
图4为实施例2离心铸造得到的气缸套通过热处理后的组织图；
图5为图4放大500倍的光学显微镜照的金相图片；
图6为图4放大1000倍的SEM图片。
具体实施方式
以下以具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此：
实施例1
高强度耐磨气缸套，其重量百分组成为(％)：
C：3.25，Si：2.25，P：0.35，S：0.08，Mn：0.5，Mo：0.2，Nb：0.082，余量为Fe。
制备方法如下：
离心铸造：浇铸温度1380℃，离心机转速1360转/min。
机加工：将缸套毛坯加工成半成品，内孔和外圆留0.5mm余量；半成品单边缸壁厚度为8mm，预冷时间为36秒。
热处理：缸套放入可控气氛炉中920℃奥氏体化1.5小时，然后淬入组成为50％硝酸钾+50％硝酸钠的盐浴中，340℃等温75min；然后在180℃低温回火2h。
从图中1-3中可以看出，获得的气缸套组织为针状铁素体和富碳奥氏体，放大100倍的条件下，石墨长度为4-8mm，满足ATSM5级标准。气缸套的硬度平均为HRC41.1，Rm＝432Mpa。
实施例2
高强度耐磨气缸套，其重量百分组成为(％)：
C：3.2，Si：2.15，P：0.35，S：0.07，Mn：0.35，Mo：0.26，Nb：0.12，余量为Fe。
制备方法如下：
离心铸造：浇铸温度1400℃，离心机转速1380转/min。
机加工：将缸套毛坯加工成半成品，内孔和外圆留0.5mm余量。
热处理：缸套放入可控气氛炉中920℃奥氏体化100min，然后淬入组成为50％硝酸钾+50％硝酸钠的盐浴中，330℃等温85min；然后在180℃低温回火2h。
从图中4-6中可以看出，获得的气缸套组织为针状铁素体和富碳奥氏体，放大100倍的条件下，石墨长度为4-8mm，满足ATSM5级标准。获得的气缸套硬度平均为HRC42.8，Rm＝448Mpa。

Claims (9)

1.一种高强度耐磨气缸套，其特征在于，所述气缸套重量百分组成如下：C3.0-3.3%，Si2.0-2.3%，P0.3-0.6%，S＜0.1%，Mn0.3-0.6%，Mo0.1-0.3%,Nb0.08-0.15%，余量为铁；所述气缸套组织为含磷针状铁素体和富碳奥氏体，其中磷共晶不小于3%。
2.如权利要求1所述的高强度耐磨气缸套，其特征在于，奥氏体中的含碳量为1.8-2.2%。
3.权利要求1所述的高强度耐磨气缸套的制备方法，其特征在于，按照重量百分配比C3.0-3.3%、Si2.0-2.3%、P0.3-0.6%、S＜0.1%、Mn0.3-0.6%、Mo0.1-0.3%、Nb0.08-0.15%，余量为铁进行配料，离心铸造制造出气缸套，在中性气氛中进行奥氏体化，之后等温淬火，最后低温回火获得所述气缸套。
4.如权利要求3所述的高强度耐磨气缸套的制备方法，其特征在于，等温淬火的温度为330-350℃，时间为75-85min。
5.如权利要求4所述的高强度耐磨气缸套的制备方法，其特征在于，淬火液为硝酸钾与硝酸钠质量比为1：1的混合液。
6.如权利要求3-5之一所述的高强度耐磨气缸套的制备方法，其特征在于，低温回火的温度为160-180℃，时间为90-120min。
7.如权利要求6所述的高强度耐磨气缸套的制备方法，其特征在于，奥氏体化的条件为在910-930℃保温90-100min。
8.如权利要求3-5之一所述的高强度耐磨气缸套的制备方法，其特征在于，离心铸造气缸套时，浇铸温度为1320℃-1400℃，离心机转速为1350-1400转/min。
9.如权利要求8所述的高强度耐磨气缸套的制备方法，其特征在于，离心铸造之后，奥氏体化之前预冷时间T=12+3*s，其中s为缸套单边壁厚，s的单位以mm计，T的单位以s计。
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