CN104080931A - 用于活塞环应用的高模量耐磨性灰口铸铁 - Google Patents

用于活塞环应用的高模量耐磨性灰口铸铁 Download PDF

Info

Publication number
CN104080931A
CN104080931A CN201280068281.3A CN201280068281A CN104080931A CN 104080931 A CN104080931 A CN 104080931A CN 201280068281 A CN201280068281 A CN 201280068281A CN 104080931 A CN104080931 A CN 104080931A
Authority
CN
China
Prior art keywords
cast iron
piston ring
alloy
matrix
described cast
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201280068281.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104080931B (zh
Inventor
哈伦·吉康德
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Federal Mogul LLC
Original Assignee
Federal Mogul LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Federal Mogul LLC filed Critical Federal Mogul LLC
Publication of CN104080931A publication Critical patent/CN104080931A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104080931B publication Critical patent/CN104080931B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
    • F16J9/26—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction characterised by the use of particular materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D25/00—Special casting characterised by the nature of the product
    • B22D25/06—Special casting characterised by the nature of the product by its physical properties
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D5/00—Heat treatments of cast-iron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D5/00—Heat treatments of cast-iron
    • C21D5/02—Heat treatments of cast-iron improving the malleability of grey cast-iron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/0068—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for particular articles not mentioned below
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/08—Making cast-iron alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C37/00—Cast-iron alloys
    • C22C37/06—Cast-iron alloys containing chromium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C37/00—Cast-iron alloys
    • C22C37/06—Cast-iron alloys containing chromium
    • C22C37/08—Cast-iron alloys containing chromium with nickel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C37/00—Cast-iron alloys
    • C22C37/10—Cast-iron alloys containing aluminium or silicon

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)

Abstract

一种由铸铁构成的活塞环具有改进的机械加工性，优异的性能，以及最低的成本。该铸铁包括2.2-2.9wt.％的碳，3.2-4.2wt.％的硅，0.75-1.25wt.％的铜，1.0-1.5wt.％的锰，0.09-0.15wt.％的硫，不大于0.2wt.％的磷，以及3.8的平均碳当量。该铸铁优选包括一种马氏体基体，硫化锰和碳化物分布在该基体中。该基体还优选不包含铁素体、奥氏体和斯氏体。通过对合金进行铸造、奥氏体化、淬火和回火而形成该铸铁。

Description

用于活塞环应用的高模量耐磨性灰口铸铁
技术领域
本发明大体涉及用于内燃机的活塞环及其构成材料和制造方法。
背景技术
内燃机应用的活塞环通常由具有耐磨性和抗咬合性的铸铁组分构成。Miwa的美国专利US5,972,128公开了用于构成活塞环的铸铁组分。Miwa的专利中公开的铸铁包括，以铸铁的重量百分比(wt.％)计的，3.15-3.16wt.％的碳，2.66-2.86wt.％的硅,0.65-1.18wt.％的铜,0.7-0.78wt.％的锰,0.04-0.06wt.％的硫，以及0.10-0.12wt.％的磷。美国专利US4,891,076和US5,985,052也公开了示例性的铸铁组分。
有一种类型的铸铁被称为灰口铸铁或灰口铁。灰口铁存在多种等级，并且典型的灰口铁组分包括，以占灰口铁总重量的重量百分比(wt.％)计的，2.0-4.0wt.％的碳，1.25-3.25wt.％的硅，0.75-1.25wt.％的锰，0.08-0.12wt.％的硫，以及0.07-0.2wt.％的磷。
最近，对于包含复杂物理特性(例如先进的油槽结构)的活塞环具有日益增长的需求，以提供增强的性能和降低成本。然而，现有技术的铸铁通常难以机械加工，或者需要昂贵的合金添加剂以实现所需的物理特性，这限制了它们在内燃机应用的活塞环中的使用。
发明内容
本发明的一个方面提供一种铸铁，其包括以铸铁的重量百分比(wt.％)计的，2.2-2.9wt.％的碳，3.2-4.2wt.％的硅，0.75-1.25wt.％的铜，1.0-1.5wt.％的锰，0.09-0.15wt.％的硫，以及不大于0.2wt.％的磷。本发明还提供一种由该铸铁构成的活塞环。
本发明的另一方面提供一种由铸铁构成的活塞环的制造方法。该方法包括提供一种合金，其包括以该合金的重量百分比计的，2.2-2.9wt.％的碳，3.2-4.2wt.％的硅，0.75-1.25wt.％的铜，1.0-1.5wt.％的锰，0.09-0.15wt.％的硫，以及不大于0.1wt.％的磷。该方法接下来包括铸造该合金，使该合金奥氏体化，对奥氏体化的该合金淬火，以及对该合金回火。本发明的另一方面还提供一种该铸铁的制造方法。
该铸铁具有改进的机械加工性，尤其是在用于形成带有复杂结构特征(例如先进的油槽结构)的活塞环时。该铸铁还具有优异的抗弯强度，硬度，耐磨性，以及弹性模量。进一步地，与用于制造铸铁和活塞环的其它方法相比，该铸铁和由该铸铁构成的活塞环以低材料成本和低加工成本制成。
附图说明
结合下列具体描述以及附图进行考虑，本发明的其它特点将会更加容易理解，其中:
图1是根据本发明一个实施例的活塞环的立体图。
具体实施方式
本发明的一个方面提供一种改进的铸铁，以及大体如图1所示的由该铸铁构成的活塞环20。该铸铁提供改进的机械加工性，以便可以在该铸铁中形成复杂的物理特性，例如先进的沟槽结构。该铸铁还以最小的产品成本提供优异的抗弯强度、硬度、耐磨性以及弹性模量。该铸铁通过对包含特定含量的碳、硅、铜、锰、硫和磷的合金进行铸造、奥氏体化、淬火和回火而制成。由此得到的铸铁包括一种基体，该基体具有包括马氏体和贝氏体中的至少一种的微观结构。该铸铁还包括分散于该基体各处的硫化锰(MnS)和碳化物。
如图1所示，由该铸铁构成的活塞环20包括彼此平行且围绕中心轴A周向延伸的底面22和朝向相反的顶面24。活塞环20还具有分别从底面22纵向延伸到顶面24的朝向中心轴A的内径面26以及朝向相反的外径面28。外径面28和内径面26通常彼此平行且围绕中心轴A周向延伸。当活塞环20用于发动机应用中时，外径面28与气缸壁的内表面接触并在其间提供气密密封。活塞环20可以包括形成于其中的各种结构特征，例如沿着一个或多个表面22、24、26、28的多个油槽30。活塞环20可以包括其它表面改型或结构，这取决于活塞环20的应用。活塞环20可以具有活塞环制造中常见的所有表面改型或结构。
活塞环20的铸铁包括特定含量的碳、硅、铜、锰、硫和磷以提供改进的机械加工性和所需的物理特性。在一个实施例中，铸铁包括足以提供3.4-4.2碳当量的碳，这是在铸铁的共晶温度以下的碳当量，称为平均碳当量低级低共熔体。铸铁的共晶温度通常为1145-1155°F。在一个实施例中，铸铁具有3.8的平均碳当量低级低共熔体。
为了提供优选的3.4-4.2的碳当量范围，铸铁通常包括，以铸铁总重量的重量百分比(wt.％)计的，2.2-2.9wt.％或者2.4to2.8wt.％的碳。在另一实施例中，铸铁包括至少2.2wt.％或者不大于2.9wt.％的碳。
在一个实施例中，铸铁包括3.2-4.2wt.％或者3.4-3.8wt.％的硅。在另一实施例中，铸铁包括至少3.2wt.％或者不大于4.2wt.％的硅。
在一个实施例中，铸铁包括0.75-1.25wt.％或者0.8-1.0wt.％的铜。在另一实施例中，铸铁包括至少0.75wt.％或者不大于1.25wt.％的铜。
在一个实施例中，铸铁包括1.0-1.5wt.％或者1.1-1.3wt.％的锰。在另一实施例中，铸铁包括至少1.0wt.％或者不大于1.5wt.％的锰。
在一个实施例中，铸铁包括0.09-0.15wt.％或者0.10-0.12wt.％的硫。在另一实施例中，铸铁包括至少0.09wt.％或者不大于0.15wt.％的硫。
在一个实施例中，铸铁包括不大于0.2wt.％或者0.07-0.09wt.％的磷。在另一实施例中，铸铁包括至少0.01wt.％或者不大于0.09wt.％的磷。
铸铁优选包括其含量有助于优异耐磨性的铬、钒、铌、钨和硼。在一个实施例中，铸铁包括0.25-0.65wt.％或者0.3-0.55wt.％的铬。在另一实施例中，铸铁包括至少0.25wt.％或者不大于0.65wt.％的铬。在一个实施例中，铸铁包括不大于0.2wt.％或者不大于0.17wt.％的钒。在另一实施例中，铸铁包括至少0.01wt.％的钒。在一个实施例中，铸铁包括不大于0.2wt.％或者不大于0.15wt.％的铌。在另一实施例中，铸铁包括至少0.01wt.％的铌。在一个实施例中，铸铁包括不大于0.5wt.％或者不大于0.45wt.％的钨。在另一实施例中，铸铁包括至少0.01wt.％的钨。在一个实施例中，铸铁包括不大于0.1wt.％或者不大于0.08wt.％的硼。在另一实施例中，铸铁包括至少0.01wt.％的硼。
铸铁优选包括其含量有助于优异抗弯强度和硬度的钼和镍。在一个实施例中，铸铁包括0.3-0.5wt.％或者0.34-0.39wt.％的钼。在另一实施例中，铸铁包括至少0.3wt.％或者不大于0.5wt.％的钼。在另一个实施例中，铸铁包括不大于0.22wt.％或者0.10-0.25wt.％的镍。在另一实施例中，铸铁包括至少0.10wt.％或者不大于0.25wt.％的镍。
铸铁还优选包括其含量有助于优异物理特性的钛。在一个实施例中，铸铁包括0.03-0.09wt.％或者0.04-0.08wt.％的钛。在另一实施例中，铸铁包括至少0.03wt.％或者不大于0.09wt.％的钛。
余量的铸铁组分优选基本由铁构成，并且其含量足以提供包括马氏体和贝氏体中至少一种的基体。在一个实施例中，铸铁包括至少75.0wt.％或者至少85.0wt.％的铁。尽管余量的铸铁优选由铁构成，该铸铁还可以包括优选占铸铁总重量的不大于1.0wt.％的杂质。
铸铁的基体具有包括马氏体和贝氏体中至少一种(优选马氏体)的微观结构。在一个实施例中，该基体包括占基体总体积的80-90vol.％的马氏体。
优选地，铸铁包括分布于基体各处的碳化物的微细分布。碳化物的微细分布有利于由铸铁提供的优异耐磨性。铬、钒、铌、钨和硼的量影响形成于基体中的碳化物的量。铸铁还包括分布于基体各处的硫化锰(MnS)，这有利于铸铁的改进的机械加工性。铸铁中锰和硫的量影响MnS的量。在一个实施例中，铸铁包括占铸铁总体积的0.5-1.5vol.％的锰。
铸铁的基体优选不含有铁素体、奥氏体和斯氏体。优选地，铁素体、奥氏体和斯氏体的总量不超过基体总体积的5vol.％。少量的铁素体、奥氏体和斯氏体，以及大量的马氏体和贝氏体，有利于铸铁的改进的机械加工性和优异的物理特性。
铸铁的机械加工性的改进允许活塞环20构成为沿着表面22、24、26、28带有多种不同结构。在一个实施例中，活塞环20的表面22、24、26、28包括至少一个油槽30、突起或其它形式的凹陷、轮廓或表面改型。
除了提供改进的机械加工性，该铸铁具有优异的抗弯强度、硬度和弹性模量。在一个实施例中，该铸铁的抗弯强度为750-1000MPa，通常为780-850MPa。该铸铁的布氏硬度通常为330-360BHN，洛氏硬度为100-116HRB，通常为108-112HRB。在一个实施例中，该铸铁的弹性模量为115-160GPa，通常为120-140GPa。该铸铁还具有改进的耐磨性。在一个实施例中，当根据ASTMG-133标准使用Cameron-Plint型TE-77往复滑动磨损测试仪进行测试时，该铸铁的磨损不大于70微米，通常不大于40微米。
本发明的另一方面提供一种改进的铸铁的制造方法以及由该铸铁构成的活塞环20的制造方法。与用于形成铸铁和活塞环的其它方法相比，铸铁和活塞环20的制造方法是经济的，并且能够以较低的材料和工艺成本进行。
该方法首先包括提供一种铁合金，其包括以合金的重量百分比(wt.％)计的，2.2-2.9wt.％或者2.4-2.8wt.％的碳；3.2-4.2wt.％或者3.4-3.8wt.％的硅；0.75-1.25wt.％或者0.8-1.0wt.％的铜；1.0-1.5wt.％或者1.1-1.3wt.％的锰；0.09-0.15wt.％或者0.10-0.12wt.％的硫；0.25-0.65wt.％或者0.3-0.55wt.％的铬；0.3-0.5wt.％或者0.34-0.39wt.％的钼；0.03-0.09wt.％或者0.04-0.08wt.％的钛；不大于0.2wt.％或者不大于0.15wt.％的铌；不大于0.5wt.％或者不大于0.45wt.％的钨；不大于0.1wt.％或者不大于0.08wt.％的硼；不大于0.2wt.％或者不大于0.17wt.％的钒；不大于0.1wt.％或者0.07-0.09wt.％的磷；不大于0.25wt.％或者0.10-0.25wt.％的镍；以及至少75.0wt.％或者至少85.0wt.％的铁。
该方法接下来包括熔融合金并且在模具中铸造合金以提供所需的形状。在一个实施例中，该模具使得活塞环20的形状具有顶面24，底面22，内径面26和外径面28。
接下来，该方法包括通过将铸造合金在1750-1875°F加热60-120分钟以使铸造合金奥氏体化。接下来，该方法包括使奥氏体化合金在140-150°F的油中淬火。该方法进一步包括在淬火步骤之后使合金在950-1150°F回火60-120分钟以形成成品铸铁。
实施例
对根据本发明的实施例构成的两种铸铁进行性能测试。表1公开的两种本发明实施例铸铁的组分(以铸铁的重量百分比计)作为实施例1和2。将本发明实施例与传统灰口铸铁进行比较。表1也公开了用于比较的灰口铸铁的组分。
表1
本发明实施例1 本发明实施例2 比较实施例
C 2.68 2.67 3.38
Si 4.11 3.87 2.5
Cu 0.91 0.89 0.5
Mn 1.26 1.2 0.55
Cr 0.38 0.52 0.23
V 0.03 0.16 0.05
Nb 0.01 0.11 0
B 0 0 0
W 0.01 0.26 0
P 0.01 0.01 0.4
Ni 0.18 0.17 0
S 0.11 0.1 0.11
Mo 0.38 0.38 0
Ti 0.05 0.05 0
Fe 余量 余量 余量
然后测试本发明铸铁和比较铸铁的硬度、弹性模量、抗弯强度和耐磨性。根据ASTM EI8-086(金属材料的洛氏硬度的标准方法)测试每种铸铁的硬度。硬度测试结果列于表2，并且示出了本发明铸铁比传统灰口铸铁具有更大的硬度。
表2硬度(HRB)
本发明实施例1 本发明实施例2 比较实施例
109.8 109.9 101.7
然后根据费德罗-莫格尔的活塞环材料形态分析(代号GEO504，参见费德罗-莫格尔活塞环手册，可由http://www.federalmogul.com/korihandbook/en/index.htm获得)测试本发明铸铁和比较铸铁的弹性模量。弹性模量测试结果列于表3，并且示出了本发明铸铁比传统灰口铸铁具有更大的弹性模量。
表3弹性模量(GPa)
本发明实施例1 本发明实施例2 比较实施例
122 131 102
然后根据费德罗-莫格尔的活塞环材料形态分析(代号GEO504，参见费德罗-莫格尔活塞环手册，可由http://www.federalmogul.com/korihandbook/en/index.htm获得)测试本发明铸铁和比较铸铁的抗弯强度。抗弯强度测试结果列于表4，并且示出了本发明铸铁比传统灰口铸铁具有更大的抗弯强度。
表4抗弯强度(MPa)
本发明实施例1 本发明实施例2 比较实施例
790 850 540
然后根据ASTM G-133标准使用Cameron-Plint型TE-77往复滑动磨损测试仪测试本发明铸铁和比较铸铁的磨损。磨损测试结果列于表5，并且示出了本发明铸铁比传统灰口铸铁具有更少的磨损。
表5磨损(μm)
本发明实施例1 本发明实施例2 比较实施例
35 18 112
本发明铸铁还提供优于现有技术(例如美国专利US5,985,052，US5,972,128和US4,891,076)的其它铸铁的优点。
US5,985,052的铸铁包括一种针状铁素体的基体，该铁素体位于带有非破损、非连续的斯氏体混合物的稳定奥氏体中，该基体不同于本发明铸铁的基体。US5,985,052的材料还包括大量磷，这导致高的斯氏体含量。US5,985,052的铸铁中的非精炼的斯氏体导致难以机械加工，不像本发明铸铁具有优异的机械加工性。根据US5,985,052构成的铸铁具有280-330BHN的硬度，其硬度低于本发明铸铁的硬度。此外，当US5,985,052的铸铁用于构成活塞环时，加热过程中基体的奥氏体的分解可能在活塞环在内燃机应用中服役时使基体回复成脆性的马氏体相或者更软的相。此外，与本发明方法不同的是，US5,985,052的铸铁通过奥氏体回火获得。
US5,972,128的铸铁使用昂贵合金以提供耐磨性，并且比本发明铸铁难以机械加工。US5,972,128的材料的硬度为85-95HRB，低于本发明铸铁的硬度。US4,891,076的铸铁也是通过奥氏体回火获得，并且包括铁素体和奥氏体的基体，不同于根据本发明实施例的铸铁具有包括马氏体或贝氏体中至少一种的基体并且带有分散于整个基体中的碳化物和MnS。
显然，根据以上教导，本发明的多种修改和变化都是可能的，并且可以通过具体描述之外的方式实现。

Claims (23)

1.一种由铸铁构成的活塞环，其特征在于，包括以所述铸铁总重量的重量百分比计的如下组分：
2.2-2.9wt.％的碳，
3.2-4.2wt.％的硅，
0.75-1.25wt.％的铜，
1.0-1.5wt.％的锰，
0.09-0.15wt.％的硫，以及
不大于0.1wt.％的磷。
2.如权利要求1所述的活塞环，其特征在于，所述铸铁包括一种基体以及分散在整个所述基体中的硫化锰和碳化物，所述基体包括马氏体和贝氏体中的至少一种。
3.如权利要求2所述的活塞环，其特征在于，所述铸铁包括占所述铸铁总体积的体积百分比为0.5-1.5vol.％的硫化锰。
4.如权利要求2所述的活塞环，其特征在于，所述基体包括占所述基体总体积的体积百分比为80-90vol.％的马氏体。
5.如权利要求2所述的活塞环，其特征在于，所述基体包括占所述基体总体积的体积百分比不大于5vol.％的铁素体、奥氏体和斯氏体。
6.如权利要求1所述的活塞环，其特征在于，所述铸铁的平均碳当量为3.5-4.2。
7.如权利要求5所述的活塞环，其特征在于，所述铸铁的平均碳当量为3.8。
8.如权利要求1所述的活塞环，其特征在于，所述铸铁包括占所述铸铁的重量百分比为0.3-0.5wt.％的钼。
9.如权利要求1所述的活塞环，其特征在于，所述铸铁包括占所述铸铁的重量百分比不大于0.22wt.％的镍。
10.如权利要求1所述的活塞环，其特征在于，所述铸铁包括占所述铸铁的重量百分比为0.25-0.65wt.％的铬。
11.如权利要求1所述的活塞环，其特征在于，所述铸铁包括2.4-2.8wt.％的碳；3.4-3.8wt.％的硅；0.8-1.0wt.％的铜；1.1-1.3wt.％的锰；0.10-0.12wt.％的硫；0.3-0.55wt.％的铬；0.34-0.39wt.％的钼；0.04-0.08wt.％的钛；0.07-0.09wt.％的磷；0.10-0.25wt.％的镍；不大于0.15wt.％的铌；不大于0.45wt.％的钨；不大于0.08wt.％的硼；不大于0.17wt.％的钒；以及至少75.0wt.％的铁。
12.如权利要求1所述的活塞环，其特征在于，所述铸铁具有围绕中心轴周向延伸的底面和朝向相反的顶面，分别从所述底面纵向延伸到所述顶面的朝向所述中心轴的内径面和朝向相反的外径面，所述外径面和所述内径面围绕所述中心轴周向延伸。
13.如权利要求12所述的活塞环，其特征在于，所述铸铁具有形成在至少一个所述表面中的油槽。
14.如权利要求1所述的活塞环，其特征在于，所述铸铁包括2.67-2.68wt.％的碳；3.87-4.11wt.％的硅；0.89-0.91wt.％的铜；1.2-1.26wt.％的锰；0.10-0.11wt.％的硫；0.38-0.52wt.％的铬；0.38wt.％的钼；0.05wt.％的钛；0.01wt.％的磷；0.17-0.18wt.％的镍；0.1-0.11wt.％的铌；0.01-0.26wt.％的钨；0.03-0.16wt.％的钒；以及余量的铁。
15.如权利要求1所述的活塞环，其特征在于，所述铸铁具有围绕中心轴周向延伸的底面和朝向相反的顶面，分别从所述底面纵向延伸到所述顶面的朝向所述中心轴的内径面和朝向相反并用于与气缸壁接触的外径面，所述外径面和所述内径面围绕所述中心轴周向延伸，以及形成在至少一个所述表面中的油槽；
所述铸铁进一步包括，以所述铸铁的重量百分比计的如下组分：0.25-0.65wt.％的铬，0.3-0.5wt.％的钼，0.03-0.09wt.％的钛，不大于0.2wt.％的铌，不大于0.5wt.％的钨，不大于0.1wt.％的硼，不大于0.2wt.％的钒，不大于0.25wt.％的镍，以及大体构成余量的铁；
所述铸铁的碳当量为3.9-4.2；
所述铸铁的共晶温度为1145-1155°F；
所述铸铁包括一种基体，所述基体包括马氏体和贝氏体中的至少一种；
所述铸铁包括分散在整个所述基体中的碳化物、石墨和硫化锰；
所述基体包括占所述基体的体积百分比为80-90vol.％的所述马氏体，以及0.5-1.5vol.％的所述硫化锰；
所述铸铁基体不包括铁素体、奥氏体和斯氏体；
所述铸铁的抗弯强度为750-1000MPa；
所述铸铁的布氏硬度为330-360BHN；
所述铸铁的洛氏硬度为100-115HRB；以及
所述铸铁的弹性模量为115-160GPa。
16.一种铸铁，其特征在于，包括以所述铸铁总重量的重量百分比计的如下组分：
2.2-2.9wt.％的碳，
3.2-4.2wt.％的硅，
0.75-1.25wt.％的铜，
1.0-1.5wt.％的锰，
0.09-0.15wt.％的硫，以及
不大于0.1wt.％的磷。
17.一种由铸铁构成的活塞环的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供一种合金，其包括以该合金的重量百分比计的，2.2-2.9wt.％的碳，3.2-4.2wt.％的硅，0.75-1.25wt.％的铜，1.0-1.5wt.％的锰，0.09-0.15wt.％的硫，以及不大于0.1wt.％的磷；
铸造该合金；
使该合金奥氏体化；
对奥氏体化的该合金淬火；以及
对该合金回火。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，奥氏体化步骤包括将合金在1750-1850°F加热60-120分钟。
19.如权利要求17所述的方法，其特征在于，淬火步骤包括将奥氏体化的该合金放置在140-150°F的油中。
20.如权利要求17所述的方法，其特征在于，回火步骤包括将淬火后的合金在950-1000°F加热60-120分钟。
21.如权利要求17所述的方法，其特征在于，该合金包括以合金重量百分比计的，2.5-2.9wt.％的碳，3.6-4.2wt.％的硅，0.75-1.25wt.％的铜，1.0-1.5wt.％的锰，以及0.09-0.15wt.％的硫。
22.如权利要求17所述的方法，其特征在于，包括在铸铁中形成油槽。
23.一种铸铁合金的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供一种合金，其包括以该合金的重量百分比计的，2.2-2.9wt.％的碳，3.2-4.2wt.％的硅，0.75-1.25wt.％的铜，1.0-1.5wt.％的锰，0.09-0.15wt.％的硫，以及不大于0.1wt.％的磷；
铸造该合金；
使该合金奥氏体化；
对奥氏体化的该合金淬火；以及
对该合金回火。
CN201280068281.3A 2011-11-30 2012-11-29 用于活塞环应用的高模量耐磨性灰口铸铁 Active CN104080931B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201161565040P 2011-11-30 2011-11-30
US61/565,040 2011-11-30
PCT/US2012/066955 WO2013082221A1 (en) 2011-11-30 2012-11-29 High modulus wear resistant gray cast iron for piston ring applications

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104080931A true CN104080931A (zh) 2014-10-01
CN104080931B CN104080931B (zh) 2016-01-20

Family

ID=47326411

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201280068281.3A Active CN104080931B (zh) 2011-11-30 2012-11-29 用于活塞环应用的高模量耐磨性灰口铸铁

Country Status (8)

Country Link
US (2) US9091345B2 (zh)
EP (1) EP2785882B1 (zh)
JP (2) JP2015507081A (zh)
KR (1) KR20140097390A (zh)
CN (1) CN104080931B (zh)
BR (1) BR112014012557B1 (zh)
IN (1) IN2014CN04738A (zh)
WO (1) WO2013082221A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104962839A (zh) * 2015-05-22 2015-10-07 南京飞燕活塞环股份有限公司 一种高耐磨性、高抗折断性、高硬度活塞环材料
CN106367665A (zh) * 2016-08-30 2017-02-01 贵州金磨科工贸发展有限公司 一种用于生产气门座圈的铸铁材料及气门座圈生产方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2546938C1 (ru) * 2014-02-25 2015-04-10 Юлия Алексеевна Щепочкина Чугун
PL3565913T3 (pl) * 2017-01-06 2023-08-14 Materion Corporation Pierścienie tłokowe uszczelniające ze stopów miedzi, niklu i cyny

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU380737A1 (zh) * 1971-04-08 1973-05-15 В. Михайлов, А. М. Амирхан , В. Г. Сурнин Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно исследовательский автомобильный , автомоторный институт , Ярославский ордена Ленина моторный завод
US4435226A (en) * 1981-12-01 1984-03-06 Goetze Ag Wear resistant cast iron alloy with spheroidal graphite separation and manufacturing method therefor
CN1496418A (zh) * 2002-01-14 2004-05-12 ���η�ϣ�������������޹�˾ 球墨铸铁合金
CN1641248A (zh) * 2004-12-07 2005-07-20 王义波 一种球墨铸铁活塞环
CN101532116A (zh) * 2009-03-02 2009-09-16 贵州金磨科工贸发展有限公司 用于生产气缸套的多元微量合金铸件新材料及制备方法

Family Cites Families (39)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB840490A (en) * 1957-06-06 1960-07-06 Goetzewerke Improvements relating to the manufacture of piston rings
US3794334A (en) 1970-05-11 1974-02-26 Ramsey Corp Piston ring facings
JPS5149573B2 (zh) 1971-09-09 1976-12-27
JPS5144487B2 (zh) * 1972-04-12 1976-11-29
US3814447A (en) 1972-11-02 1974-06-04 Ramsey Corp Sealing element for use in internal combustion engines
DE2933702C2 (de) 1979-08-21 1981-09-17 Goetze Ag, 5093 Burscheid Kolbenring für insbesondere Brennkraftmaschinen
US4251599A (en) 1979-08-23 1981-02-17 Ramsey Corporation Ferrous metal body coated with an alloy formed by an iron/silicon extended molybdenum plasma spray powder
US4248440A (en) 1979-09-12 1981-02-03 Ramsey Corporation Titania-alumina-yttria piston ring facing
KR890001030B1 (en) 1981-12-16 1989-04-20 Ae Plc Nitro-carburizing treatment method and metal ring
JPS60200950A (ja) * 1984-03-27 1985-10-11 Nippon Piston Ring Co Ltd フロ−テイングシ−ル
US4681326A (en) * 1985-06-10 1987-07-21 Cummins Engine Company, Inc. Gas lubricated piston ring assembly
US4891076A (en) 1986-12-22 1990-01-02 Ford Motor Company Gray cast iron having both increased wear resistance and toughness
JPS6483804A (en) 1987-09-25 1989-03-29 Mazda Motor Tappet valve mechanism for engine
DE69116808T2 (de) 1990-11-21 1997-02-06 Hitachi Metals Ltd Stahl mit sehr guter Beständigkeit gegen Abblättern und Eignung für mit alkoholischen Brennstoffe in Berührung kommende Apparatenbauteile
JP3294675B2 (ja) * 1993-06-18 2002-06-24 本田技研工業株式会社 高熱伝導性耐食鋳鉄
DE19525863A1 (de) * 1995-07-15 1997-01-16 Ae Goetze Gmbh Gleitringdichtung für die Laufwerke von Gleiskettenfahrzeugen
JP3779370B2 (ja) 1996-02-28 2006-05-24 株式会社リケン 鋳鉄及びピストンリング
DE19720779C1 (de) 1997-05-17 1998-10-01 Ae Goetze Gmbh Kolbenring aus Gußeisen
US5985052A (en) 1998-02-19 1999-11-16 Dana Corporation Abrasion-resistant material
US6315946B1 (en) * 1999-10-21 2001-11-13 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Ultra low carbon bainitic weathering steel
US6732698B1 (en) 2000-06-30 2004-05-11 Federal-Mogul World Wide, Inc. Austempered gray iron cylinder liner and method of manufacture
JP4724275B2 (ja) 2000-07-17 2011-07-13 株式会社リケン 耐スカッフィング性、耐クラッキング性及び耐疲労性に優れたピストンリング及びその製造方法
ITMI20021670A1 (it) 2002-07-26 2004-01-26 Erre Vis S P A Ghisa sferoidale particolarmente per la realizzazione di segmenti elastici di tenuta per pistoni di motori a combustione interna
JP2004092714A (ja) 2002-08-30 2004-03-25 Nippon Piston Ring Co Ltd ピストンとピストンリングの組合せ
KR101087562B1 (ko) 2003-03-31 2011-11-28 히노 지도샤 가부시키가이샤 내연기관용 피스톤 및 그 제조 방법
US7163594B1 (en) * 2003-10-10 2007-01-16 Gunite Corporation High tensile strength gray iron alloy
US7083685B1 (en) * 2005-07-15 2006-08-01 Hino Motors, Ltd. Gray cast iron member
DE102005063123B3 (de) 2005-12-30 2007-05-31 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Gleitelement, insbesondere Kolbenring, Verfahren zur Herstellung eines Gleitelements, Gleitsystem und Beschichtung für ein Gleitelement
US20100158745A1 (en) 2006-04-20 2010-06-24 Hitachi Metals, Ltd. Piston ring material for internal combustion engine
DE102006038670B4 (de) 2006-08-17 2010-12-09 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Hochsiliziumhaltiger Stahlwerkstoff zur Herstellung von Kolbenringen und Zylinderlaufbuchsen
US20100140880A1 (en) 2006-11-24 2010-06-10 Toshikatsu Hayashi Piston ring
DE102007007961C5 (de) 2007-02-17 2015-08-13 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Kolbenring
JP2008285711A (ja) * 2007-05-16 2008-11-27 Hino Motors Ltd 可鍛鋳鉄の製造方法及び当該方法により製造されたピストン
US7891669B2 (en) 2007-06-16 2011-02-22 Mahle International Gmbh Piston ring with chromium nitride coating for internal combustion engines
EP2162561B1 (en) 2007-06-16 2013-03-13 MAHLE International GmbH Piston ring with a sulphonitriding treatment
JPWO2009069762A1 (ja) 2007-11-30 2011-04-21 日本ピストンリング株式会社 ピストンリング用鋼材およびピストンリング
JP5828575B2 (ja) 2008-03-04 2015-12-09 日産自動車株式会社 ピストンリング
DE102009010727B3 (de) * 2009-02-26 2011-01-13 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Stahlgusswerkstoffzusammensetzung zur Herstellung von Kolbenringen und Zylinderlaufbuchsen
KR101605905B1 (ko) * 2009-12-22 2016-03-23 두산인프라코어 주식회사 Ｃｇｉ 주철 및 그 제조방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU380737A1 (zh) * 1971-04-08 1973-05-15 В. Михайлов, А. М. Амирхан , В. Г. Сурнин Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно исследовательский автомобильный , автомоторный институт , Ярославский ордена Ленина моторный завод
US4435226A (en) * 1981-12-01 1984-03-06 Goetze Ag Wear resistant cast iron alloy with spheroidal graphite separation and manufacturing method therefor
CN1496418A (zh) * 2002-01-14 2004-05-12 ���η�ϣ�������������޹�˾ 球墨铸铁合金
CN1641248A (zh) * 2004-12-07 2005-07-20 王义波 一种球墨铸铁活塞环
CN101532116A (zh) * 2009-03-02 2009-09-16 贵州金磨科工贸发展有限公司 用于生产气缸套的多元微量合金铸件新材料及制备方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104962839A (zh) * 2015-05-22 2015-10-07 南京飞燕活塞环股份有限公司 一种高耐磨性、高抗折断性、高硬度活塞环材料
CN106367665A (zh) * 2016-08-30 2017-02-01 贵州金磨科工贸发展有限公司 一种用于生产气门座圈的铸铁材料及气门座圈生产方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP6576994B2 (ja) 2019-09-18
CN104080931B (zh) 2016-01-20
JP2018053363A (ja) 2018-04-05
BR112014012557A2 (pt) 2017-06-06
BR112014012557B1 (pt) 2019-03-19
KR20140097390A (ko) 2014-08-06
US20130134680A1 (en) 2013-05-30
WO2013082221A1 (en) 2013-06-06
US9091345B2 (en) 2015-07-28
US9316313B2 (en) 2016-04-19
EP2785882B1 (en) 2016-01-20
US20150285378A1 (en) 2015-10-08
EP2785882A1 (en) 2014-10-08
JP2015507081A (ja) 2015-03-05
IN2014CN04738A (zh) 2015-09-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114672738B (zh) 用于发动机气阀机构应用的高性能基于铁的合金、其制备方法及其用途
AU2013344748B2 (en) Method for the production of high-wear-resistance martensitic cast steel and steel with said characteristics
CN105018859B (zh) 一种耐磨贝氏体铸钢的制备方法
CN103088249B (zh) 一种溜槽衬板用高硬度耐磨合金铸铁材料及其制备方法
CN104080931B (zh) 用于活塞环应用的高模量耐磨性灰口铸铁
CN105531387B (zh) 内燃机用高导热性活塞环
CN103031499A (zh) 铁基烧结滑动部件及其制备方法
CN106065455B (zh) 具有改善的耐久性的渗碳合金钢及其制造方法
JP2017036492A (ja) 高炭素冷延鋼板及びその製造方法
RU2695692C2 (ru) Инструментальная сталь для холодной обработки
CN106048456B (zh) 具有改善的耐久性的渗碳合金钢及其制造方法
CN105986193A (zh) 轴承钢
CN104911466A (zh) 一种超高强度复相组织灰铸铁气缸套及其制备方法
CN104451397B (zh) 一种活塞式内燃机中活塞环用精密合金的制备方法
CN101033527B (zh) 高铬中碳不锈钢
CN106048451A (zh) 一种耐磨损合金弹簧钢及其热处理工艺
CN106834907B (zh) 用于阀弹簧的超高强度弹簧钢
CN101624677A (zh) 一种G8SiMnMoVRE耐冲击高淬透性轴承用钢
CN103757564B (zh) 合金铸铁贝氏体活塞环及其生产工艺
Rizov Some results from the investigation of effects of heat treatment on properties of ni-hard cast irons
Hui et al. Effect of heat treatment on microstructure and property of high vanadium wear‐resistant alloy
EP3239307B1 (en) A ductile iron and process of forming a ductile iron component
CN102465230A (zh) 合金铸铁活塞材料
JP2981899B2 (ja) ピストンリング材
CN107447170A (zh) 一种高强度耐磨耐腐蚀不锈钢及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant