CN103898397B

CN103898397B - 汽车涡轮壳及排气管用高硅钼铝铁素体耐热球墨铸铁

Info

Publication number: CN103898397B
Application number: CN201410146428.7A
Authority: CN
Inventors: 陈友三; 陈常彬; 郭志雄; 谢成兴; 温学文
Original assignee: TIANJIN NEW WEI SAN INDUSTRIAL Co Ltd
Current assignee: TIANJIN NEW WEI SAN INDUSTRIAL Co Ltd
Priority date: 2014-04-14
Filing date: 2014-04-14
Publication date: 2016-03-30
Anticipated expiration: 2034-04-14
Also published as: CN103898397A

Abstract

本发明提供一种汽车涡轮壳及排气管用高硅钼铝铁素体耐热球墨铸铁，其含量的重量百分比是：碳为大于2.60%，硅为3.20%至3.80%，锰为小于0.30%，磷为小于0.050%，硫为小于0.020%，镍为小于0.20%，钼为0.40至0.90%，镁为0.03%至0.08%，铜为小于0.20%，钛为小于0.035%，铝为2.50至3.50%，稀土为小于0.10%，余量为铁，各组分含量重量百分数之和等于100%；其具有良好尺寸稳定性，较高的延展性、抗氧化性、耐热性和耐冲击性；因硅含量较高且铝元素适量，从而使材料具有较好的抗氧化性能，由于含有适量的钼元素，可提高材料的高温机械性能。

Description

汽车涡轮壳及排气管用高硅钼铝铁素体耐热球墨铸铁

技术领域

本发明涉及一种汽车涡轮壳及排气管用高硅钼铝铁素体耐热球墨铸铁。

背景技术

随着科学技术的不断进步，环境指标要求的日益严格，降低能耗，减少环境污染以及节约有限的资源是当今汽车工业发展所面临的十分重要而紧迫的问题。提高发动机效率和降低废气排放污染是汽车发动机技术发展的主要方向，增压器技术的使用是提高发动机效率，降低燃油消耗，减少废气排放的有效手段。涡轮增压器的工作温度较高，柴油机用涡轮增压器的工作温度一般在600℃左右，汽油发动机用涡轮增压器工作温度要高达800至900℃，特种车辆发动机用涡轮增压器工作温度要高达900至1050℃。随着涡轮增压器工作温度要求的提高，制造涡轮增压器的材质也在不断的更新换代。此外，用作汽车涡轮壳及排气管的材料不仅需要能够耐受足够的高温强度，还要在长期服役在高温作业中具有良好的尺寸稳定性和较好导热能力，因此仍需要不断改进汽车涡轮壳及排气管用的耐热材料。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有产品存在的上述缺点，而提供一种汽车涡轮壳及排气管用高硅钼铝铁素体耐热球墨铸铁，其具有弹性模量较高、抗氧化性能好、导热系数高、热膨胀系数小的特点，采用该材料制备汽车涡轮壳及排气管，能够使涡轮增压器的使用性能和使用寿命有较大幅度提升。

本发明的目的是由以下技术方案实现的。

本发明汽车涡轮壳及排气管用高硅钼铝铁素体耐热球墨铸铁，其特征在于，其含量的重量百分比是：碳为大于2.60%，硅为3.20%至3.80%，锰为小于0.30%，磷为小于0.050%，硫为小于0.020%，镍为小于0.20%，钼为0.40至0.90%，镁为0.03%至0.08%，铜为小于0.20%，钛为小于0.035%，铝为2.50至3.50%，稀土为小于0.10%，余量为铁，各组分含量重量百分数之和等于100%。

本发明汽车涡轮壳及排气管用高硅钼铝铁素体耐热球墨铸铁的制备方法，其特征在于，依序包括以下步骤：

一、配料：原料的重量百分配比：生铁=20%，废钢=17%，回炉料=60%，金属铝=1.20%，钼铁=0.35%，增碳剂=0.60%，硅铁=0.85%；

二、熔炼：熔炼设备采用中频感应电炉，感应电炉的容量为3吨；将上述配好的原料按顺序依次投入中频感应电炉内，然后送电升温；当投入的物料完全熔开，继续将中频感应电炉内的温度升至摄氏1600度左右，取分光分析试片对中频感应电炉内的料液进行分光分析；

三、出汤及熔汤处理：料液的化学成分满足要求后，炉内钢水继续升温至摄氏1650度左右出汤，出汤前断电静置3至5分钟后扒去铁水表面的浮渣；将预热充分的浇注包定位至感应电炉出铁水口处准备出铁水；在出铁水过程中向包内投入预处理剂；出汤完毕后将铁水转运至球化处理站，采用喂丝球化工艺，使片状石墨转变为球状石墨；喂丝球化完毕后除去铁水表面浮渣，将扒渣干净的铁水转运至造型线，将球化好的铁水转入浇注包，铁水转入浇注包的过程中将孕育剂随流加入；孕育完毕后扒去铁水表面的浮渣,得到汽车涡轮壳及排气管用高硅钼铝铁素体耐热球墨铸铁。

前述汽车涡轮壳及排气管用高硅钼铝铁素体耐热球墨铸铁的制备方法，其中，所述预处理剂是硅钙钡铝铁合金，(其英文名称为Inoculant3#)，主要作用为降低铁水的过冷度，提高铁水凝固过程中的形核能力),其重量百分比组成为：硅(Si)为60至70%，钙（Ca）为1.0至2.0%、钡（Ba）为7至11%，铝（Al）为1.0至2.0%，余量为铁（Fe），各组分含量重量百分数之和等于100%；该预处理剂的添加量为炉内铁水重量的0.30%。

前述的汽车涡轮壳及排气管用高硅钼铬铁素体耐热球墨铸铁的制备方法，其中，所述孕育剂为硅钙钡铝铁合金，(其英文名称为Inoculiant2#)，其重量百分比组成为：硅（Si）为70至75%，钙（Ca）为1.0至2.0%，钡（Ba）为2至4%，铝（Al）为2.0至3.0%，余量为铁（Fe），各组分含量重量百分数之和等于100%；该孕育剂的添加量为炉内铁水重量的0.30%。

本发明汽车涡轮壳及排气管用高硅钼铝铁素体耐热球墨铸铁的有益效果，本发明的材料是在高硅钼耐热铸铁的基础上添加适量铝元素，并调整了硅和钼元素的含量，从而使材料具有较好的延展性、抗氧化性、耐热性和耐冲击性能，还具有良好尺寸稳定性，大幅度提升涡轮增压器的使用寿命；其制备方法合理，成本低。

具体实施方式

实施例：

一、配料：主要原物料的重量百分配比：生铁=20%，废钢=17%，回炉料=60%，金属铝=1.20%，钼铁=0.35%，增碳剂=0.60%，硅铁=0.85%。

二、熔炼：熔炼设备采用中频感应电炉，感应电炉的容量为3吨。将上述配好的原物料按顺序依次投入中频感应电炉内，然后送电升温；当投入的物料完全熔开，继续将中频感应电炉内的温度升至摄氏1600度左右，取分光分析试片对中频感应电炉内的料液进行分光分析，分析结果见表1所示：

表1炉内料液化学成分

元素	C%	Si%	Mn%	P%	S%	Mg%	Cu%	Ti%	Mo%	Ni%	Ce%	Al%	Fe%
														分析结果	3.12	3.56	0.22	0.025	0.007	0.061	0.05	0.016	0.54	0.19	0.030	2.62	89.561

三、出汤及熔汤处理：料液的化学成分满足要求后，炉内钢水继续升温至摄氏1650度左右出汤，出汤前断电静置3至5分钟后扒去铁水表面的浮渣。将预热充分的浇注包定位至感应电炉出铁水口处准备出铁水。在出铁水过程中向包内投入预处理剂，该预处理剂为硅钙钡铝铁合金，该硅钙钡铝铁合金预处理剂加入量为炉内铁水重量的0.30%，加入预处理剂的重量百分比是：硅(Si)为60%，钙（Ca）为2.0%、钡（Ba）为11%，铝（Al）为2.0%，铁（Fe）为25%；加入预处理剂的目的是：增加铁水中结晶质点的数量，降低铁水过冷度，为铁水球化做准备；出汤完毕后将铁水转运至球化处理站，采用喂丝球化工艺，球化的目的是使片状石墨转变为球状石墨。喂丝球化完毕后除去铁水表面浮渣，将扒渣干净的铁水转运至造型线，将球化好的铁水转入浇注包，铁水转入浇注包的过程中将孕育剂随流加入，该孕育剂为硅钙钡铝铁合金，其加入量为炉内铁水重量的0.30%，加入孕育剂的重量百分比是：硅（Si）为70%，钙（Ca）为2.0%，钡（Ba）为4%，铝（Al）为2.0%，铁（Fe）为22%；加入孕育剂的目的是：降低球化后铁水的白口倾向，提高结晶质点的数量，使基地组织均匀化，降低铁水的收缩倾向。孕育完毕后扒去铁水表面的浮渣,得到汽车涡轮壳及排气管用高硅钼铝铁素体耐热球墨铸铁等待浇注。

四、浇注及拆箱：浇注前浇注包内测温，测温结果符合浇注温度标准要求（摄氏1450至1550度）,进行浇注；浇注包内铁水在孕育后10分钟内浇注完毕，浇注完毕60分钟以后拆箱。

五、后处理：铸件拆箱以后进行洗砂、研磨、修整、检验等工序后,得到铸件毛坯，随后铸件毛坯即可入库。

本实施例中未进行说明的技术内容为现有技术，故不再进行赘述。

本发明汽车涡轮壳及排气管用高硅钼铝铁素体耐热球墨铸铁的优点是：在800℃的屈服点强度为48MPa以上；800℃的导热系数为38.3W/（m*K）以上；800℃的弹性模量为105GPa以上；800℃时的热膨胀系数仅为14.9*10-6/K。因此使用这种高硅钼铝铁素体耐热球墨铸铁材料生产的汽车涡轮壳及排气管具有优良的高温强度，热膨胀系数小，热传导系数高，热扩散速度快等优良性质。

本发明汽车涡轮壳及排气管用高硅钼铝铁素体耐热球墨铸铁与现有的高硅钼铁素体球墨铸铁相比较具有较高的高温强度、热膨胀系数小、热传导系数高、热扩散系数高等优势。下表2为高硅钼铁素体球墨铸铁和高硅钼铝铁素体球墨铸铁性能测试件的化学成分。（序号1为本发明的材质，序号2为高硅钼铁素体球墨铸铁）

表2（上述两种材质性能测试件的化学成分）

元素	C%	Si%	Mn%	P%	S%	Mg%	Cu%	Ti%	Mo%	Ni%	Ce%	Al%	Fe%
														序号1	3.12	3.56	0.22	0.025	0.007	0.061	0.05	0.016	0.54	0.19	0.030	2.62	89.561
序号2	3.23	4.68	0.23	0.031	0.009	0.038	0.06	0.023	0.581	0.18	0.0025	0.0125	90.8021

采用与现有技术同样的工艺进行熔炼、浇铸，浇铸后试样分别加工成同等规格的样品进行机械性能及热物理性能测试，结果表明本发明汽车涡轮壳及排气管用铁素体耐热球墨铸铁的常温屈服强度比高硅钼铁素体耐热球墨铸铁提高约18%，抗拉强度比高硅钼铁素体耐热球墨铸铁高出约6%，室温下弹性模量比高硅钼铁素体耐热球墨铸铁稍有下降，室温下热膨胀系数比高硅钼铁素体球墨铸铁要低16%左右，在1000℃高温下热膨胀系数比高硅钼铁素体球墨铸铁要低5.5%左右，热传导系数在常温下是高硅钼铁素体球墨铸铁的3倍以上，热传导系数在1000℃高温下提高28%左右，具体测试结果如下表3所示，表中序号1为本发明涡轮壳及排气管用高硅钼铝铁素体耐热球墨铸铁，序号2为高硅钼铁素体耐热球墨铸铁。

表3为本发明实施例汽车涡轮壳及排气管用高硅钼铝铁素体耐热球墨铸铁与现有高硅钼铁素体球墨铸铁测试结果对比

经上述材料性能对比，本发明汽车涡轮壳及排气管用高硅钼铝铁素体球墨铸铁在室温、高温下的机械性能和物理性能都优于高硅钼铁素体球墨铸铁。

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

1.一种汽车涡轮壳及排气管用高硅钼铝铁素体耐热球墨铸铁，其特征在于，其含量的重量百分比是：碳为大于2.60％，硅为3.20％至3.80％，锰为小于0.30％，磷为小于0.050％，硫为小于0.020％，镍为小于0.20％，钼为0.40至0.90％，镁为0.03％至0.08％，铜为小于0.20％，钛为小于0.035％，铝为2.50至3.50％，稀土为小于0.10％，余量为铁，各组分含量重量百分数之和等于100％。

2.一种如权利要求1所述汽车涡轮壳及排气管用高硅钼铝铁素体耐热球墨铸铁的制备方法，其特征在于，依序包括以下步骤：

一、配料：原料的重量百分配比：生铁＝20％，废钢＝17％，回炉料＝60％，金属铝＝1.20％，钼铁＝0.35％，增碳剂＝0.60％，硅铁＝0.85％；

3.根据权利要求2所述汽车涡轮壳及排气管用高硅钼铝铁素体耐热球墨铸铁的制备方法，其特征在于，所述预处理剂是硅钙钡铝铁合金，其重量百分比组成为：硅(Si)为60至70％，钙(Ca)为1.0至2.0％、钡(Ba)为7至11％，铝(Al)为1.0至2.0％，余量为铁(Fe)，各组分含量重量百分数之和等于100％；该预处理剂的添加量为炉内铁水重量的0.30％。

4.根据权利要求2所述的汽车涡轮壳及排气管用高硅钼铝铁素体耐热球墨铸铁的制备方法，其特征在于，所述孕育剂为硅钙钡铝铁合金，其重量百分比组成为：硅(Si)为70至75％，钙(Ca)为1.0至2.0％，钡(Ba)为2至4％，铝(Al)为2.0至3.0％，余量为铁(Fe)，各组分含量重量百分数之和等于100％；该孕育剂的添加量为炉内铁水重量的0.30％。