CN103757564A - 合金铸铁贝氏体活塞环及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于活塞环技术领域，涉及合金铸铁贝氏体活塞环及其生产工艺，合金铸铁贝氏体活塞环的重量%组份如下：碳：2.9-3.4%，硅：2.0-2.6%，锰：0.5-1.1%，磷：0.3-0.6%，硫：0.1-0.3%，铜：0.5-1.1%，钼：0.8-1.3%，铬：0.05-0.25%，铌：0.12-0.18%，钒：0.05-0.15%；钛：0.04-0.13%，镍：0.8-1.2%，余量为Fe，生产工艺是：按合金铸铁贝氏体活塞环组份的重量%进行配料、生产活塞环砂箱、熔炼、浇铸活塞环，优点是：耐磨性高，机械性能与现有活塞环相当，生产成本降低，性价比高。
Description
技术领域
本发明属于活塞环技术领域，特指一种合金铸铁贝氏体活塞环及其生产工艺。
背景技术
目前，社会上仍在用多合金铸铁材质的活塞环，如合金铸铁、钨钒钛合金铸铁、铜铬钼合金铸铁、高合金铸铁、等合金铸铁材质的活塞环，由于它们的基体组织都是以珠光体为主材料，材料抗弯强度都比较低，一般为350N/mm2-500N/mm2，硬度为95-108HRB，耐磨性较差，该类活塞环往往不能满足当代高速、高强化、高性能、低排放、长寿命内燃机的要求。
现有合金铸铁贝氏体，加入的主要合金元素是钼（一般镍含量为0.8-1.2%，钼含量为0.8-1.3%），该种活塞环的金相组织为铸铁贝氏体，机械性能好，耐磨性能好，但是该种活塞环生产成本高。
发明内容
本发明的目的是提供一种机械性能及耐磨性能均好的合金铸铁贝氏体活塞环及其生产工艺。
本发明的目的是这样实现的：
一种合金铸铁贝氏体活塞环，其组份的重量百分比如下：碳：2.9-3.4%，硅：2.0-2.6%，锰：0.5-1.1%，磷：0.3-0.6%，硫：0.1-0.3%，铜：0.5-1.1%，钼：0.8-1.3%，铬：0.05-0.25%，铌：0.12-0.18%，钒：0.05-0.15%；钛：0.04-0.13%，镍0.8-1.2%，余量为Fe。
上述的合金铸铁贝氏体活塞环的生产工艺，包括如下步骤：
（1）按如下组份的重量%进行配料：碳：2.9-3.4%，硅：2.0-2.6%，锰：0.5-1.1%，磷：0.3-0.6%，硫：0.1-0.3%，铜：0.5-1.1%，钼：0.8-1.3%，铬：0.05-0.25%，铌：0.12-0.18%，钒：0.05-0.15%；钛：0.04-0.13%，镍0.8-1.2%，余量为Fe；
（2）生产活塞环砂箱；
（3）熔炼：用变频感应炉熔炼步骤（1）的配料熔炼成铁水，控制铁水出炉温度为1450-1530℃；出炉前加入铁水重量0.5-0.7%的孕育剂处理形成浇铸用铁水；
（4）浇铸活塞环：将步骤（3）生产的浇铸用铁水浇铸到步骤（2）生产的活塞环砂箱里，自然冷却后脱模，得到合金铸铁贝氏体活塞环。
上述的孕育剂是硅钡钙孕育剂或硅锶孕育剂或硅钡孕育剂。
本发明相比现有技术突出且有益的技术效果是：
本发明的活塞环加入优化合金元素后，得到的复合基体，优于现有的活塞环的铸铁珠光体，耐磨性得到提高，机械性能（包括稿拉强度、硬度）与现有活塞环相当，但生产成本降低，性价比高，是非常具有市场优势的产品。
附图说明
图1是本发明例1得到的活塞环基体金相组织的显微照片。
具体实施方式
下面以具体实施例对本发明作进一步描述，参见图1：
一种合金铸铁贝氏体活塞环，其组份的重量百分比如下：碳：2.9-3.4%，硅：2.0-2.6%，锰：0.5-1.1%，磷：0.3-0.6%，硫：0.1-0.3%，铜：0.5-1.1%，钼：0.8-1.3%，铬：0.05-0.25%，铌：0.12-0.18%，钒：0.05-0.15%；钛：0.04-0.13%，镍0.8-1.2%，余量为Fe。
上述的合金铸铁贝氏体活塞环的生产工艺，包括如下步骤：
（1）按如下组份的重量%进行配料：碳：2.9-3.4%，硅：2.0-2.6%，锰：0.5-1.1%，磷：0.3-0.6%，硫：0.1-0.3%，铜：0.5-1.1%，钼：0.8-1.3%，铬：0.05-0.25%，铌：0.12-0.18%，钒：0.05-0.15%；钛：0.04-0.13%，镍0.8-1.2%，余量为Fe；
（2）生产活塞环砂箱；
（3）熔炼：用变频感应炉熔炼步骤（1）的配料熔炼成铁水，控制铁水出炉温度为1450-1530℃；出炉前加入铁水重量0.5-0.7%的孕育剂处理形成浇铸用铁水；
（4）浇铸活塞环：将步骤（3）生产的浇铸用铁水浇铸到步骤（2）生产的活塞环砂箱里，自然冷却后脱模，得到合金铸铁贝氏体活塞环。
上述的孕育剂是硅钡钙孕育剂或硅锶孕育剂或硅钡孕育剂。
本发明的合金铸铁贝氏体活塞环的石墨形状为A型，复合基体主要为羽毛状，针状的铸钛贝氏体和弥散分布的铌、钒、钛元素。氮化物硬质组成。活塞环的工作表面硬度为100-115HRB，抗弯强度为520N/mm2-750N/mm2，更适合当代高速、高强化、高性能、低排放、长寿命的内燃机上使用。
在上述合金铸铁贝氏体活塞环组份的含量内任意取值配比，均可得到本发明的积极效果：
例1：按照合金铸铁贝氏体活塞环组份的重量百分比含量称重：碳：3.3%，硅：2.35%，锰：0.65%，磷：0.45%，硫：0.16%，铜：0.66%，钼：0.92%，镍0.9%，铬：0.07%，铌：0.12%，钒：0.07%，钛：0.06%，余量用Fe加之100%进行配料，用变频感应炉熔炼铁水，在出炉前加入铁水质量0.62%的硅钡孕育剂：0.62%，控制铁水出炉温度为1490℃铁水出炉，用砂箱型常规工艺生产活塞环铸件，出箱后得到多元合金铸铁贝氏体灰铸铁活塞环，其硬度为112HRB，抗弯强度为630N/mm2。
例2：按照合金铸铁贝氏体活塞环组份的重量百分含量：碳：3.15%，硅：2.15%，锰：0.55%，磷：0.35%，硫：0.14%，铜：0.70%，钼：0.55%，铬：0.055%，铌：0.13%，钒：0.06%，钛：0.05%，余量为Fe进行配料，用变频感应炉熔炼铁水，在出炉前加入铁水质量0.55%的硅钡孕育剂，控制铁水出炉温度为1510℃铁水出炉，用砂箱型常规工艺生产活塞环铸件，出箱后得到多元铸铁贝氏体活塞环，其硬度为110HRB，抗弯强度为590N/mm2。
本发明在碳、硅、锰、磷、硫普通元素化学成份的基础上，加入钼、铬、铌、钒、钛5种优化组合的合金元素，主要可以起到以下作用：
1、钼、铬的作用：钼铬都是反石墨化元素，含量高时有白口倾向，都固溶于奥氏体中，在900—500℃高温区，采用急冷方式连续冷却时，过冷奥氏体不会发生扩散分解，完合避免了珠光体组织分布较差、硬度较高、机加工性能差、材料成本高的不足。因此，同时加入铜、外、铬三元素后，在上述同样的工艺条件下，可稳定获得铸铁贝氏体，不但石墨形状，分布及机加工性能得到明显改善，而且钼元素的用量可减少50%左右，材料成本明显降低。
2、铌、钒、钛的作用：对石墨化而言，铌是中性元素，钒是反石墨化元素，钛含量小于0.1%可促进石墨化。由于铌、钒、钛元素的含量都低，因此，对活塞环铸件石墨形状，分布的影响并不大，铌、钒、钛元素都是强碳，氮化手形成元素，它们与碳氮有很强的影响的亲和力，在本发明的活塞环中可以形成NbC、Nb（C、N）、VC、V（C、N）、TiC、Ti（C、N）等高硬度的碳、氮化物呈弥散分布，与铸铁贝氏体组成高耐摩性的复合基体，其颗粒大小一般2-7μm，其数量每平方毫米面积上大于50个，其显微硬度达HV1500-2830，因此铌、钡、钛元素对促进形成后贝氏体，也能起到良好的作用。
上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种合金铸铁贝氏体活塞环，其特征在于：其组份的重量百分比如下：碳：2.9-3.4%，硅：2.0-2.6%，锰：0.5-1.1%，磷：0.3-0.6%，硫：0.1-0.3%，铜：0.5-1.1%，钼：0.8-1.3%，铬：0.05-0.25%，铌：0.12-0.18%，钒：0.05-0.15%；钛：0.04-0.13%，镍0.8-1.2%，余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的合金铸铁贝氏体活塞环的生产工艺，其特征在于：包括如下步骤：
（1）按如下组份的重量百分比进行配料：碳：2.9-3.4%，硅：2.0-2.6%，锰：0.5-1.1%，磷：0.3-0.6%，硫：0.1-0.3%，铜：0.5-1.1%，钼：0.8-1.3%，铬：0.05-0.25%，铌：0.12-0.18%，钒：0.05-0.15%；钛：0.04-0.13%，镍0.8-1.2%，余量为Fe；
（2）生产活塞环砂箱；
（3）熔炼：用变频感应炉熔炼步骤（1）的配料熔炼成铁水，控制铁水出炉温度为1450-1530℃；出炉前加入铁水重量0.5-0.7%的孕育剂处理形成浇铸用铁水；
（4）浇铸活塞环：将步骤（3）生产的浇铸用铁水浇铸到步骤（2）生产的活塞环砂箱里，自然冷却后脱模，得到合金铸铁贝氏体活塞环。
3.根据权利要求2所述的合金铸铁贝氏体活塞环的生产工艺，其特征在于：所述的孕育剂是硅钡钙孕育剂或硅锶孕育剂或硅钡孕育剂。
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