CN103882283A - 船舶发动机气缸套材质及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
船舶发动机气缸套材质及其制造方法，其气缸套材质化学成份百分比为：C：3.3～3.8；Si：2.3～2.8；Mn：≤0.35：P：≤0.02；S：≤0.03；Cu：0.3～0.6；Ni：0.4～0.7；Mo：≤0.5；Mg：0.03～0.06，Re：0.01～0.04，其余为Fe。所述气缸套的抗拉强度＞900MPa，表面硬度为290～350HB。本发明的船舶发动机气缸套材质的强度、韧性及耐磨性远高于各种合金铸铁材质，高于贝氏体灰铸铁和普通球墨铸铁材质，本材质气缸套工作表面具有自润滑性，减磨、抗磨，同时本材质具有减震性能，可降低噪音，减轻穴蚀。本发明的气缸套使用寿命长，发动机能耗及排放低。
Description
技术领域
本发明涉及船舶发动机气缸套材质及其制造方法，具体涉及船舶发动机气缸套材质及其离心铸造及热处理方法。
背景技术
目前船舶发动机气缸套材质多采用磷铜钒、钒钛，镍钼铜等合金铸铁，热处理选用氮化处理，气缸套抗拉强度为250～300MPa，硬度为230～290HB，强度及耐磨性差，缸套使用寿命短，发动机能耗高，排放超标。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种船舶气缸套的材质及制造方法，通过强化气缸套的综合机械性能来提高气缸套的使用寿命，降低发动机能耗和排放。
本发明的技术解决方案是：所述的船舶发动机气缸套材质化学成份百分比为：
C：3.3～3.8；Si：2.3～2.8；Mn：≤0.35：P：≤0.02；S：≤0.03；Cu：0.3～0.6；Ni：0.4～0.7；Mo：≤0.5；Mg：0.03～0.06
Re：0.01～0.04，其余为Fe。
所述的船舶发动机气缸套材质的基体组织是针状铁素体加残余奥氏体，石墨形状主要呈球状，余为少量团状和极少团絮状。
所述气缸套的抗拉强度＞900MPa，表面硬度为290～350HB。
所述的船舶发动机气缸套材质的制造方法包括离心铸造和热处理，其中离心铸造按以下步骤进行：
1、各组成成份按如下的重量百分比配料：C：3.3～3.8；Si：2.3～2.8；Mn：≤0.35：P：≤0.02；S：≤0.03；Cu：0.3～0.6；Ni：0.4～0.7；Mo：≤0.5；Mg：0.03～0.06
Re：0.01～0.04，其余为Fe；
2、熔炼设备为中频感应电炉，铁水出炉温度为：1460～1490℃；
3、球化和孕育：采用冲入法进行球化，球化处理后温度为：1430～1450℃。球化剂采用QRMg8RE5（JB/T9228-1999），加入量为1.2～1.3%，孕育剂为75硅铁，加入量为1.4%。75硅铁分别两次加入，第一次与球化剂同时加入包底，加入量为1.0%，第二次加孕育剂是在处理完后在铁水面上加入，加入量为0.4%；
4、采用离心浇铸金属模具浇注，按常规球铁浇注方法加工气缸套铸件。
本发明气缸套材质中各组成化学元素的作用如下：
a、 碳是石墨化形成元素，具有稳定奥氏体，阻碍贝氏体转变的作用，球铁中碳高可阻碍渗碳体的析出；
b、 硅在球铁中可以促进石墨化，随着硅量增加，石墨球径细小，铁素体量增加，从而提高球铁的机械性能，硅本身是负偏析元素，对基体有强化作用，在等温淬火时可抑制碳化物的形成；
c、 锰是很容易偏析的元素，常在晶界大量富集，使共晶团边界出现游离渗碳体和马氏体，严重恶化机械性能，一般把锰控制在0.5%以下；
d、 磷很容易偏析，一般含磷量接近0.1%就会出现2～3%的磷共晶，磷对等温球铁有明显的脆化作用；
e、 铜能有效抑制等温转变时的碳化物的形成，所以能显著提高等温淬火球墨铸铁的塑性和韧性，适当增加铜的含量可以提高铸件的淬硬性；
f、 镍可以轻微降低其抗拉强度，但可以显著提高塑性和韧性，适当增加镍的含量可以提高铸件的淬硬性；
g、 钼是一种具有很强淬透性的元素。可以阻碍珠光体的转变，而不阻碍针状铁素体的转变；与镍有相反的偏析方式，因此不产生大块晶间碳化物的条件下能使基体显微硬度达到比较好的平衡。
其中热处理方法如下：
1、将气缸套半成品加热至845-870℃，保温1.6小时，使组织完全奥氏体化，奥氏体化升温和保温在箱式电阻炉中进行，用温度控制器控制温度，温度波动在±3℃以内；
2、等温淬火温度控制在285～315℃，放置在盐浴中等温保持1.8小时，然后取出空冷。采用硝盐浴处理（成分为50%NaNO3+50%KNO3），采用温度控制器自动控制温度和水银温度计人工控温的双重控温方法，温度波动在±5℃以内。
本发明的优点是：
本发明的船舶发动机气缸套材质的强度、韧性及耐磨性远高于各种合金铸铁材质，高于贝氏体灰铸铁和普通球墨铸铁材质，本材质气缸套工作表面具有自润滑性，减磨 、抗磨，使用过程中不断产生自硬层，不断提高强度和耐磨性，同时本材质具有减震性能，可降低噪音，减轻穴蚀，本发明的气缸套使用寿命长，发动机能耗及排放低。
具体实施方式
实施例1
按如下化学成分百分含量进行配料：
C：3.5%；Si：2.4%；Mn：0.25%：P：0.015%；S：0.02%；Cu：0.4%；Ni：0.5%；Mo：0.4%；Mg：0.04%；Re：0.03%，其余为Fe。熔炼设备为中频感应电炉，铁水出炉温度为：1470℃。采用冲入法进行球化，球化处理后温度为： 1440℃。球化剂采用QRMg8RE5（JB/T9228-1999），加入量为1.2%，孕育剂为75硅铁，加入量为1.4%。75硅铁分别两次加入，第一次与球化剂同时加入包底，加入量为1.0%，第二次加孕育剂是在处理完后在铁水面上加入，加入量为0.4%。采用离心浇铸金属模具浇注，按常规球铁浇注方法加工气缸套铸件。热处理将气缸套半成品加热至850℃，保温1.6小时，使组织完全奥氏体化。等温淬火温度控制在290℃，放置在盐浴中等温保持1.8小时，然后取出空冷。采用硝盐浴处理（成分为50%NaNO3+50%KNO3）。所得气缸套等温淬火后的材质，其抗拉强度为910MPa，表面硬度为342HB。
实施例2
按如下化学成分百分含量进行配料：
C：3.7%；Si：2.6%；Mn：0.2%：P： 0.02%；S：0.025%；Cu：0.5%；Ni：0.6%；Mo：0.35%；Mg：0.05%；Re：0.02%，其余为Fe。熔炼设备为中频感应电炉，铁水出炉温度为： 1480℃。采用冲入法进行球化，球化处理后温度为：1450℃。球化剂采用QRMg8RE5（JB/T9228-1999），加入量为1.3%，孕育剂为75硅铁，加入量为1.4%。75硅铁分别两次加入，第一次与球化剂同时加入包底，加入量为1.0%，第二次加孕育剂是在处理完后在铁水面上加入，加入量为0.4%。采用离心浇铸金属模具浇注，按常规球铁浇注方法加工气缸套铸件。热处理将气缸套半成品加热至870℃，保温1.6小时，使组织完全奥氏体化。等温淬火温度控制在310℃，放置在盐浴中等温保持1.8小时，然后取出空冷。采用硝盐浴处理（成分为50%NaNO3+50%KNO3）。所得气缸套等温淬火后的材质，其抗拉强度905MPa，表面硬度为338HB。
Claims (5)
1.船舶发动机气缸套材质及其制造方法，其特征在于气缸套材质成份百分比为：C：3.3～3.8；Si：2.3～2.8；Mn：≤0.35：P：≤0.02；S：≤0.03；Cu：0.3～0.6；Ni：0.4～0.7；Mo：≤0.5；Mg：0.03～0.06，Re：0.01～0.04，其余为Fe。
2.根据权利要求1所述的船舶发动机气缸套材质，其特征在于所述气缸套基体组织是针状铁素体加残余奥氏体，石墨形状主要呈球状，余为少量团状和极少团絮状。
3.根据权利要求1所述船舶发动机气缸套材质，其特征在于所述气缸套的抗拉强度＞900MPa，表面硬度为290～350HB。
4.根据权利要求1所述的船舶发动机气缸套材质的制造方法包括离心铸造方法和热处理方法，其特征在于所述气缸套材质的离心铸造方法按以下步骤进行：
（1）各组成成份按如下的重量百分比配料：C：3.3～3.8；Si：2.3～2.8；Mn：≤0.35：P：≤0.02；S：≤0.03；Cu：0.3～0.6；Ni：0.4～0.7；Mo：≤0.5；Mg：0.03～0.06，Re：0.01～0.04，其余为Fe；
（2）熔炼设备为中频感应电炉，铁水出炉温度为：1460～1490℃；
（3）球化和孕育：采用冲入法进行球化，球化处理后温度为：1430～1450℃,球化剂采用QRMg8RE5（JB/T9228-1999），加入量为1.2～1.3%，孕育剂为75硅铁，加入量为1.4%,75硅铁分别两次加入，第一次与球化剂同时加入包底，加入量为1.0%，第二次加孕育剂是在处理完后在铁水面上加入，加入量为0.4%；
（4）采用离心浇铸金属模具浇注，按常规球铁浇注方法加工气缸套铸件。
5.根据权利要求1所述的船舶发动机气缸套材质的制造方法包括离心铸造方法和热处理方法，其特征在于所述气缸套材质的热处理方法如下：
（1）将气缸套半成品加热至845-870℃，保温1.6小时，使组织完全奥氏体化；
（2）等温淬火温度控制在285～315℃，放置在盐浴中等温保持1.8小时，然后取出空冷。
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