CN103146990A - 汽车涡轮壳体用高硅钼铬球铁材质及其制备方法 - Google Patents

Abstract

汽车涡轮壳体用高硅钼铬球铁材质及其制备方法，其材质成分重量百分比：碳为2.90至3.10%，硅为4.40至4.80%，锰小于0.30%，磷小于0.05%，硫小于0.02%，镁为0.03至0.05%，镍小于0.50%，铬为 0.70至0.80%，钼为0.50至0.65%，铝小于0.03%，铜小于0.10%，钛小于0.035%，余量为铁（Fe）；其制备方法是将碳化硅、生铁、返材、废钢入熔炼设备；物料熔后加硅铁、钼铁、铬铁精炼；取熔炼物料浇注并光谱分析；熔炼设备继续升温加低硫增碳剂准备球化处理；物料入球化包喂丝球化处理；球化后物料入浇注包孕育处理，除去氧化渣降温；物料液温降浇注、冷却落砂清理；落砂后铸件热处理，退火冷至室温为成品；材质配方合理，制备工艺操作简便易行，制备材质具有良好铸造和机加工性能，成本低，使用效果理想。

Description

汽车涡轮壳体用高硅钼铬球铁材质及其制备方法

技术领域

本发明涉及汽车用涡轮增压器涡轮壳体材质的生产工艺方法，尤其涉及一种汽车涡轮壳体用高硅钼铬球铁材质及其制备方法。

背景技术

随着涡轮增压技术的迅猛发展，其节能环保的特性被众多汽车厂商广泛接受，涡轮壳体作为其主要部件之一，对其耐高温、耐腐蚀方面的性能要求也越来越高，高硅钼铬球铁材质具有较好的高温力学性能、耐腐蚀性能及性价比，是生产涡轮壳体的良好材质，但高硅钼铬球铁材质由于合金含量较高导致铸造性能很差，在生产结构复杂、壁厚不均的涡轮壳铸件时，薄壁处容易出现显微缩松，厚大部位易出现缩孔等缺陷，同时材质的白口过大会对加工切削性能产生影响，增加加工过程的刀具使用成本。

目前，高硅钼铬球铁材质的生产工艺流程主要为铁液熔炼、球化处理、孕育处理、浇注、冷却、落砂清理、热处理等工序，由于高硅钼铬球铁材质合金含量高，在熔炼过程中温度要求较高，在球化和孕育环节不易控制，容易出现球化不良等铸造缺陷，给铸件的批量生产带来隐患。因此，该材质的配方及生产工艺还有待进一步改进。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术存在的上述缺点，而提供一种汽车涡轮壳体用高硅钼铬球铁材质及其制备方法，材质配方科学合理，制备方法工艺操作简便易行，制备的材质具有良好的铸造性能和机加工性能，且成本低，使用效果理想。

本发明的目的是由以下技术方案实现的：

本发明汽车涡轮壳体用高硅钼铬球铁材质，其特征在于，其成分的重量百分比是：碳（C）为2.90至3.10%，硅（Si）为4.40至4.80%，锰（Mn ）为小于0.30%，磷（P）为小于0.05%，硫（S）为小于0.02%，镁（Mg ）为0.03至0.05%，镍（Ni）为小于0.50%，铬（Cr）为 0.70至0.80%，钼（Mo）为0.50至0.65%，铝（Al）为小于0.03%，铜（Cu）为小于0.10%，钛（Ti）为小于0.035%，余量为铁（Fe）。

前述汽车涡轮壳体用高硅钼铬球铁材质的制备方法，其特征在于：（1）将碳化硅、生铁、返材、废钢按顺序投入熔炼设备内，将熔炼设备升温，使物料熔化；（2）待熔炼设备内的物料完全熔化后添加硅铁、钼铁、铬铁进行精炼及成分调整；（3）取适量熔炼物料浇注并制成试样进行光谱分析；（4）当熔炼物料符合要求后，继续将熔炼设备温度升至1450至1550℃区间后加入低硫增碳剂，准备进行球化处理；（5）将熔炼设备升温至1450至1550℃的物料倒入球化包进行喂丝球化处理；（6）将球化后物料倒入浇注包并进行孕育处理，然后除去氧化渣并进行静置降温；（7）待物料液温降至1350至1400℃时进行浇注，浇注时将物料液体浇入铸型中，然后冷却50分钟以上，进行落砂清理；（8）将落砂清理后的铸件进行热处理，退火保温后出炉空冷至室温即为成品。

前述的汽车涡轮壳体用高硅钼铬球铁材质的制备方法，其中熔炼物料的重量百分比是：碳化硅为0.3至0.5%、生铁为10至20%、返材为60至80%、废钢为10至20%、硅铁0.2至0.6%、钼铁0.2至0.5%、铬铁0.3至0.5%，余量为低硫增碳剂。

前述的汽车涡轮壳体用高硅钼铬球铁材质的制备方法，其中熔炼设备采用感应电炉。

前述的汽车涡轮壳体用高硅钼铬球铁材质的制备方法，其中添加的低硫增碳剂为石墨电极增碳剂，该石墨电极增碳剂为市售产品，其规格为固定碳量≥95%，硫≤0.08%。

前述的汽车涡轮壳体用高硅钼铬球铁材质的制备方法，其中喂丝球化处理中使用的球化合金采用无稀土Mg线，Mg线使用量为17至21米。

前述的汽车涡轮壳体用高硅钼铬球铁材质的制备方法，其中孕育处理包括一次孕育处理和二次孕育处理，一次孕育处理中加入中钡孕育剂，该中钡孕育剂加入量为球化物料重量的0.1至0.3%，二次孕育处理中采用中钡孕育剂,加入量为一次孕育处理物料重量的0.3至0.5%。

前述的汽车涡轮壳体用高硅钼铬球铁材质的制备方法，其中中钡孕育剂是长效孕育剂Inoculin390，该长效孕育剂Inoculin390为市售产品，其规格为Si=60至67%，Ba=7至11%，Ca=0.4至2.0%，Al=0.5至1.7%，余量为Fe。

前述的汽车涡轮壳体用高硅钼铬球铁材质的制备方法，其中退火工艺条件为930至950℃温度下保温4小时，降温至250至300℃出炉空冷。

本发明的有益效果：本发明汽车涡轮壳体用高硅钼铬球铁材质具有良好的铸造性能和机加工性能，成本较低，该高硅钼铬球铁材质的制备方法工艺条件设计合理，容易控制，有益于铸件生产，使用效果理想。

具体实施方式

本发明汽车涡轮壳体用高硅钼铬球铁材质，其特征在于，其成分的重量百分比是：碳（C）为2.90至3.10%，硅（Si）为4.40至4.80%，锰（Mn ）为小于0.30%，磷（P）为小于0.05%，硫（S）为小于0.02%，镁（Mg ）为0.03至0.05%，镍（Ni）为小于0.50%，铬（Cr）为 0.70至0.80%，钼（Mo）为0.50至0.65%，铝（Al）为小于0.03%，铜（Cu）为小于0.10%，钛（Ti）为小于0.035%，余量为铁（Fe）。

本发明汽车涡轮壳体用高硅钼铬球铁材质的制备方法，其特征在于：（1）将碳化硅、生铁、返材、废钢按顺序投入熔炼设备内，将熔炼设备升温，使物料熔化；（2）待熔炼设备内的物料完全熔化后添加硅铁、钼铁、铬铁进行精炼及成分调整；（3）取适量熔炼物料浇注并制成试样进行光谱分析；（4）当熔炼物料符合要求后，继续将熔炼设备温度升至1450至1550℃区间后加入低硫增碳剂，准备进行球化处理；（5）将熔炼设备升温至1450至1550℃的物料倒入球化包进行喂丝球化处理；（6）将球化后物料倒入浇注包并进行孕育处理，然后除去氧化渣并进行静置降温；（7）待物料液温降至1350至1400℃时进行浇注，浇注时将物料液体浇入铸型中，然后冷却50分钟以上，进行落砂清理；（8）将落砂清理后的铸件进行热处理，退火保温后出炉空冷至室温即为成品。

本发明汽车涡轮壳体用高硅钼铬球铁材质的制备方法，其中，该熔炼物料的重量百分比是：碳化硅为0.3至0.5%、生铁为10至20%、返材为60至80%、废钢为10至20%、硅铁0.2至0.6%、钼铁0.2至0.5%、铬铁0.3至0.5%，余量为低硫增碳剂；该熔炼设备采用感应电炉；其中添加的低硫增碳剂为石墨电极增碳剂，该石墨电极增碳剂为市售产品，其规格为固定碳量≥95%，硫≤0.08%；该喂丝球化处理中使用的球化合金采用无稀土Mg线，Mg线使用量为17至21米；该孕育处理包括一次孕育处理和二次孕育处理，一次孕育处理中加入中钡孕育剂，该中钡孕育剂加入量为球化物料重量的0.1至0.3%，二次孕育处理中采用中钡孕育剂,加入量为一次孕育处理物料重量的0.3至0.5%；该中钡孕育剂是长效孕育剂Inoculin390，该长效孕育剂Inoculin390为市售产品，其规格为Si=60至67%，Ba=7至11%，Ca=0.4至2.0%，Al=0.5至1.7%，余量为Fe；该退火工艺条件为930至950℃温度下保温4小时，降温至250至300℃出炉空冷。

实施例1

本发明高硅钼铬球铁材质的制备包括以下步骤：

1、原料配比（重量百分比）为：生铁=14%，返材=70%，废钢=14.5%，碳化硅=0.3%，低硫增碳剂=0.1%、硅铁=0.4%、钼铁=0.3%、铬铁=0.4%。

2、熔炼设备采用感应电炉，将上述重量百分比的碳化硅、生铁、返材、废钢按顺序投入感应电炉底部，同时将上述重量百分比的低硫增碳剂、硅铁、钼铁、铬铁放入储料斗中待用，将感应电炉升温，使投入的物料开始熔化，待感应电炉内物料完全熔化后添加硅铁、钼铁、铬铁，进行精炼及成分调整。

3、取适量精炼物料液体浇注制成试样并进行光谱分析。

4、当熔炼物料符合要求后，继续将熔炼设备温度升至1480至1520℃区间后加入低硫增碳剂，准备进行球化处理；

5、将熔炼设备升温至1480至1520℃的物料倒入球化包进行喂丝球化处理，球化合金采用无稀土Mg线，Mg线使用量为18米；

6、将感应电炉内物料液体倒入球化包进行喂丝球化处理的同时加入中钡孕育剂，进行一次孕育处理，该中钡孕育剂采用市售的长效孕育剂Inoculin390，其规格为Si=60-67%，Ba=7-11%，Ca=0.4-2.0%，Al=0.5-1.7%，余量为Fe；该中钡孕育剂用量为感应电炉内物料重量的0.3%；

7、将球化后物料液体倒入浇注包进行二次孕育处理，孕育剂采用中钡孕育剂，该中钡孕育剂采用市售的长效孕育剂Inoculin390，其规格为Si=60-67%，Ba=7-11%，Ca=0.4-2.0%，Al=0.5-1.7%，余量为Fe；加入量为浇包内物料重量的0.5%，除去氧化渣并进行静置降温；

8、待物料液体温度降至1400℃时进行浇注，将该物料液体浇入铸型中，待冷却50分钟以上后进行落砂清理；

9、将落砂清理好的铸件进行热处理，退火工艺采用930至950℃温度下保温4小时，降温至250至300℃出炉空冷，得到成品。

本实施例物料液体浇注制成试样进行光谱分析结果是：C=2.970%，Si=4.480%，Mn=0.210%，P=0.020%，S=0.010%，Mg=0.047%, Ni=0.240%，Cr=0.730%, Mo=0.570%,Al=0.023%,Cu=0.020%,Ti=0.025%,Fe=90.655%；材质的球化率达到90%以上，显微组织由铁素体及少量的碳化物和珠光体组成。

采用本实施例生产的高硅钼铬球铁材质制备的涡轮壳体，其机械性能参数如表1所示：

表1：

实施例2

本发明高硅钼铬球铁材质的制备包括以下步骤：

1、原料配比（重量百分比）为：生铁=16%，返材=65%，废钢=17%，碳化硅=0.5%，低硫增碳剂=0.2%、硅铁=0.5%、钼铁=0.35%，铬铁=0.45%；

2、熔炼设备采用感应电炉，将上述重量百分比的碳化硅、生铁、返材、废钢按顺序投入感应电炉底部，同时将上述重量百分比的低硫增碳剂、硅铁、钼铁、铬铁放入储料斗中待用，将感应电炉升温，使投入的物料开始熔化，待感应电炉内物料完全熔化后添加硅铁、钼铁、铬铁，进行精炼及成分调整；

3、取适量精炼物料液体浇注制成试样并进行光谱分析；

4、当熔炼物料符合要求后，继续将熔炼设备温度升至1480-1520℃区间后加入低硫增碳剂，准备进行球化处理；

5、将熔炼设备升温至1480至1520℃的物料倒入球化包进行喂丝球化处理，球化合金采用无稀土Mg线，Mg线使用量为20米；

6、将感应电炉内物料液体倒入球化包进行喂丝球化处理的同时加入中钡孕育剂，进行一次孕育处理，该中钡孕育剂采用市售的长效孕育剂Inoculin390，其规格为Si=60-67%，Ba=7-11%，Ca=0.4-2.0%，Al=0.5-1.7%，余量为Fe；该中钡孕育剂用量为感应电炉内物料重量的0.1%；

7、将球化后物料液体倒入浇注包进行二次孕育处理，孕育剂采用中钡孕育剂，该中钡孕育剂采用市售的长效孕育剂Inoculin390，其规格为Si=60-67%，Ba=7-11%，Ca=0.4-2.0%，Al=0.5-1.7%，余量为Fe；加入量为浇包内物料重量的0.3%，除去氧化渣并进行静置降温。

8、待物料液体温度降至1400℃时进行浇注，将该物料液体浇入铸型中，待冷却50分钟以上后进行落砂清理。

9、将落砂清理好的铸件进行热处理，退火工艺采用930至950℃温度下保温4小时，降温至250-300℃出炉空冷，得到成品。

本实施例物料液体浇注制成试样进行光谱分析结果是：C=3.000%，Si=4.490%，Mn=0.190%，P=0.020%，S=0.009%，Mg=0.045%, Ni=0.220%，Cr=0.720%, Mo=0.570%,Al=0.024%,Cu=0.020%,Ti=0.022%,Fe=90.670%；材质的球化率达到90%以上，显微组织由铁素体及少量的碳化物和珠光体组成。

采用本实施例生产的高硅钼铬球铁材质制备的涡轮壳体，其机械性能参数如表2所示：

表2

本发明高硅钼铬球铁材质消除了球化不良、缩孔、缩松等缺陷，克服了材质白口倾向大的问题，因此具有良好的铸造性能和机加工性能，且成本较低，采用这种材质制造的汽车涡轮壳体具有良好的常温和高温机械性能，耐高温、耐腐蚀及抗氧化性能优良，可以满足最高850℃高温的工作环境需要。本发明高硅钼铬球铁材质的制备方法工艺条件设计合理，容易控制，有益于铸件生产。

本发明实施例中未进行说明的内容为现有技术，故，不再进行赘述。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种汽车涡轮壳体用高硅钼铬球铁材质，其特征在于，其成分的重量百分比是：碳（C）为2.90至3.10%，硅（Si）为4.40至4.80%，锰（Mn ）为小于0.30%，磷（P）为小于0.05%，硫（S）为小于0.02%，镁（Mg ）为0.03至0.05%，镍（Ni）为小于0.50%，铬（Cr）为 0.70至0.80%，钼（Mo）为0.50至0.65%，铝（Al）为小于0.03%，铜（Cu）为小于0.10%，钛（Ti）为小于0.035%，余量为铁（Fe）。

2.一种如权利要求1所述汽车涡轮壳体用高硅钼铬球铁材质的制备方法，其特征在于：（1）将碳化硅、生铁、返材、废钢按顺序投入熔炼设备内，将熔炼设备升温，使物料熔化；（2）待熔炼设备内的物料完全熔化后添加硅铁、钼铁、铬铁进行精炼及成分调整；（3）取适量熔炼物料浇注并制成试样进行光谱分析；（4）当熔炼物料符合要求后，继续将熔炼设备温度升至1450至1550℃区间后加入低硫增碳剂，准备进行球化处理；（5）将熔炼设备升温至1450至1550℃的物料倒入球化包进行喂丝球化处理；（6）将球化后物料倒入浇注包并进行孕育处理，然后除去氧化渣并进行静置降温；（7）待物料液温降至1350至1400℃时进行浇注，浇注时将物料液体浇入铸型中，然后冷却50分钟以上，进行落砂清理；（8）将落砂清理后的铸件进行热处理，退火保温后出炉空冷至室温即为成品。

3.根据权利要求2所述的汽车涡轮壳体用高硅钼铬球铁材质的制备方法，其特征在于：所述熔炼物料的重量百分比是：碳化硅为0.3至0.5%、生铁为10至20%、返材为60至80%、废钢为10至20%、硅铁0.2至0.6%、钼铁0.2至0.5%、铬铁0.3至0.5%，余量为低硫增碳剂。

4.根据权利要求2所述的汽车涡轮壳体用高硅钼铬球铁材质的制备方法，其特征在于：所述熔炼设备采用感应电炉。

5.根据权利要求2所述的汽车涡轮壳体用高硅钼铬球铁材质的制备方法，其特征在于：所述添加的低硫增碳剂为石墨电极增碳剂，该石墨电极增碳剂为市售产品，其规格为固定碳量≥95%，硫≤0.08%。

6.根据权利要求2所述的汽车涡轮壳体用高硅钼铬球铁材质的制备方法，其特征在于：所述喂丝球化处理中使用的球化合金采用无稀土Mg线，Mg线使用量为17至21米。

7.根据权利要求2所述的汽车涡轮壳体用高硅钼铬球铁材质的制备方法，其特征在于：所述孕育处理包括一次孕育处理和二次孕育处理，一次孕育处理中加入中钡孕育剂，该中钡孕育剂加入量为球化物料重量的0.1至0.3%，二次孕育处理中采用中钡孕育剂,加入量为一次孕育处理物料重量的0.3至0.5%。

8.根据权利要求7所述的汽车涡轮壳体用高硅钼铬球铁材质的制备方法，其特征在于：所述中钡孕育剂是长效孕育剂Inoculin390，该长效孕育剂Inoculin390为市售产品，其规格为Si=60至67%，Ba=7至11%，Ca=0.4至2.0%，Al=0.5至1.7%，余量为Fe。

9.根据权利要求2所述的汽车涡轮壳体用高硅钼铬球铁材质的制备方法，其特征在于：所述退火工艺条件为930至950℃温度下保温4小时，降温至250至300℃出炉空冷。