CN104313454A - 一种多元微合金化贝氏体灰铸铁、汽缸套及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多元微合金化贝氏体灰铸铁、汽缸套及其制备方法，该贝氏体灰铸铁由以下重量百分比的组分组成：碳2.70%～2.95%，硅1.80%～2.15%，锰0.30%～0.55%，0＜磷≤0.1%，0＜硫≤0.1%，铜0.3%～0.5%，钼0.10%～0.18%，硼0.01%～0.05%，铬0.35%～0.60%，氮0.04%～0.10%，铌0.2%～0.4%，钒0.25%～0.35%，钛0.025%～0.065%；余量为Fe。本发明的多元微合金化贝氏体灰铸铁，提高了贝氏体基体的高温组织稳定性，保证其高温强度维持在较高水平，高温组织性能优异，生产成本低，适用于制造高温高速重载发动机汽缸套。

Description

一种多元微合金化贝氏体灰铸铁、汽缸套及其制备方法

技术领域

本发明属于贝氏体灰铸铁技术领域，具体涉及一种多元微合金化贝氏体灰铸铁，同时还涉及一种多元微合金化贝氏体灰铸铁汽缸套及其制备方法。

背景技术

汽缸套作为发动机关键零部件，其在高温、高压、高负荷及润滑困难的工作环境下，易磨损与穴蚀，因此要求汽缸套不仅要具有高的强度和硬度，还需要良好的冲击韧性和耐热耐磨性能。灰铸铁因其本身所具有的减磨、自润滑、容易加工、价格低等因素而被普遍用于汽缸套生产。在各种铸铁基体组织中，贝氏体组织以其特有的机械性能，延长了汽缸套的使用寿命，使贝氏体铸铁受到国内外众多汽车企业越来越广泛的关注。

随着科技的飞速发展和日益严格的排放法规要求，发动机产品的更新换代随之加快步伐，作为发动机核心零部件之一的汽缸套的服役条件也日趋苛刻、恶劣，因此，为了提高汽缸套的使用寿命，同时满足高标准排放的要求，汽缸套产品通常需进行气体氮化处理以提高其耐磨性，从而延长其使用寿命，满足高温高速重载发动机的需要。然而，目前重载发动机所用汽缸套材质均为贝氏体基体组织，众所周知，贝氏体组织为中低温转变产物，其贝氏体转变温度远低于气体氮化温度，因此在较高的气体氮化温度下，贝氏体基体将发生组织转变，使其相应的强度指标和耐磨性能急剧下降，与此同时，组织转变将直接导致汽缸套成品尺寸变化剧烈而致产品失效，因此，如何提高贝氏体基体高温工况下的组织稳定性是生产高温高速重载发动机用汽缸套产品最重要的因素之一。

现有技术中，专利CN100510365C公开了一种多元合金化铸态贝氏体灰铸铁汽缸套，其组成按重量百分比计如下：碳3.0～3.4%，硅2.2～2.6%，锰0.6～1.0%，0＜磷≤0.1%，0＜硫≤0.1%，铜0.6%～1.0%，钼0.2%～0.5%，铬0.1%～0.3%，铌0.05%～0.12%，钒0.05%～0.2%，钛0.07%～0.15%；余量为Fe。该汽缸套虽然一定程度上提高了其机械性能，但是其高温组织稳定性较差，还不能满足高温高速重载发动机的需要。专利CN102747267B公开了一种微合金化超高强度高碳当量灰铸铁，包括C、Si、Mn、P、S、Cr、Cu、Sn元素，还包括微量的Zr、Ti、V和N元素。该灰铸铁虽然一定程度上提高了抗拉强度，但是其灰铸铁基体为珠光体，在气体氮化温度条件下，其组织形态会发生变化，由层片状向粒状转变，从而使强度指标明显下降，难以满足高温高速重载发动机汽缸套材质的需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种多元微合金化贝氏体灰铸铁，解决了现有贝氏体基体在气体氮化温度下组织转变所导致的强度下降、汽缸套成品尺寸变化剧烈导致产品失效的问题。

本发明的第二个目的是提供一种多元微合金化贝氏体灰铸铁汽缸套。

本发明的第三个目的是提供一种多元微合金化贝氏体灰铸铁汽缸套的制备方法。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种多元微合金化贝氏体灰铸铁，由以下重量百分比的组分组成：碳2.70%～2.95%，硅1.80%～2.15%，锰0.30%～0.55%，0＜磷≤0.1%，0＜硫≤0.1%，铜0.3%～0.5%，钼0.10%～0.18%，硼0.01%～0.05%，铬0.35%～0.60%，氮0.04%～0.10%，铌0.2%～0.4%，钒0.25%～0.35%，钛0.025%～0.065%；余量为Fe。

一种多元微合金化贝氏体灰铸铁汽缸套，由以下重量百分比的组分组成：碳2.70%～2.95%，硅1.80%～2.15%，锰0.30%～0.55%，0＜磷≤0.1%，0＜硫≤0.1%，铜0.3%～0.5%，钼0.10%～0.18%，硼0.01%～0.05%，铬0.35%～0.60%，氮0.04%～0.10%，铌0.2%～0.4%，钒0.25%～0.35%，钛0.025%～0.065%；余量为Fe。

一种上述的多元微合金化贝氏体灰铸铁汽缸套的制备方法，包括下列步骤：

1）按以下重量百分比的组分准备原料：碳2.70%～2.95%，硅1.80%～2.15%，锰0.30%～0.55%，0＜磷≤0.1%，0＜硫≤0.1%，铜0.3%～0.5%，钼0.10%～0.18%，硼0.01%～0.05%，铬0.35%～0.60%，氮0.04%～0.10%，铌0.2%～0.4%，钒0.25%～0.35%，钛0.025%～0.065%；余量为Fe；熔炼原料，得混合料；

2）将混合料加热至1450～1550℃，待固体完全熔化，出炉后顺流加入第一孕育剂进行一次孕育，控制出炉温度为1450～1530℃，得混合铁液；

3）采用离心浇铸工艺，将混合铁液浇铸到模具中，浇铸温度为1300～1420℃，浇铸转速为1200～1250r/min，加入第二孕育剂进行二次孕育，控制铸件的出模温度为850～900℃，出模后将铸件迅速冷至440～480℃，保温，得汽缸套毛坯；

4）热处理：将步骤3）所得汽缸套毛坯加热至550～590℃并保温，后空冷至室温，即得。

步骤2）中所述出炉的时间为固体完全熔化10min后。

步骤2）中所述第一孕育剂为Si-Sr-Zr孕育剂；所述第一孕育剂的加入量是混合料质量的0.6%。

步骤3）中所述第二孕育剂为Si-Sr孕育剂；所述第二孕育剂的加入量是混合铁液质量的0.1%。

步骤3）中，浇铸前控制模具温度为400～450℃。

浇铸前，模具内壁喷涂湿涂料，涂料的厚度为0.6～1.0mm。

步骤3）中，将铸件迅速冷至440～480℃的方法是采用水激冷10～20s。

步骤3）中所述保温的时间为2～3h；步骤4）中所述保温的时间为3h。

本发明的多元微合金化贝氏体灰铸铁，通过优化合金成分，在普通合金灰铸铁的基础上加入适量的Nb、V、Ti等强碳化物形成元素，辅以B、N元素，降低贵重合金元素Mo的使用，完全不使用贵重合金元素Ni，明显降低生产成本；利用Nb、V、Ti等强碳化物形成元素辅以B、N元素在贝氏体基体上析出大量的碳、氮化物，形成数量众多的第二相质点，在气体氮化过程中能有效防止贝氏体基体的转变，阻碍晶粒的长大，从而提高贝氏体基体的高温组织稳定性，保证其高温强度仍维持在较高水平，高温组织性能优异；铸态贝氏体基体的抗拉强度可达540MPa左右，在气体氮化温度550～580℃保温20h，其强度指标仍可维持在420MPa左右，满足高温高速重载环境下所需氮化汽缸套的需要；而目前普遍采用的贝氏体基体的汽缸套材质在铸态条件下其抗拉强度仅420MPa左右，在氮化温度550～580℃下保持20h，其抗拉强度下降至330MPa以下，远不能满足高温高速重载发动机汽缸套生产的需要。本发明的多元微合金化贝氏体灰铸铁，适用于制造高温高速重载发动机汽缸套，尤其适用于制造大功率、高温、高速、重载、高性能、低油耗、低排放标准发动机汽缸套。

本发明的多元微合金化贝氏体灰铸铁汽缸套，通过优化合金成分，利用Nb、V、Ti等强碳化物形成元素在铸态贝氏体基体上形成数量众多的碳化物质点，有效防止贝氏体组织的转变，阻碍晶粒的长大；再利用辅加元素B、N与Nb、V、Ti元素形成化合物来强化贝氏体基体，使其高温组织稳定性较好，高温性能维持在较高水平；铸态贝氏体基体的抗拉强度可达540MPa左右，在气体氮化温度550～580℃保温20h，其强度指标仍可维持在420MPa左右，符合贝氏体基体汽缸套在高温高速重载苛刻环境下的服役要求，满足高温高速重载发动机的需要。

本发明的多元微合金化贝氏体灰铸铁及汽缸套，相对于专利CN100510365C公开的汽缸套，通过优化合金成分，增加了合金元素B和N，节省了贵重金属Mo的使用，相应的主要合金元素的使用量较低，降低了原料成本；所得复合贝氏体基体，耐磨性得到明显提高，其标准试棒的抗拉强度高达540MPa，远高于现有的汽缸套材质；同时，克服了贝氏体基体高温组织稳定性差的问题，本发明的贝氏体基体灰铸铁及汽缸套能进行高温气体氮化处理，进而满足高温高速重载发动机的需要。

本发明的多元微合金化贝氏体灰铸铁，相对于专利CN102747267B公开的灰铸铁，在合金成分上降低了C的含量，使得灰铸铁的韧性得到明显改善；基体组织为贝氏体组织，明显不同于专利CN102747267B所公开的基体组织为珠光体基体的灰铸铁；同时增加了B、Nb元素，通过优化合金成分，所得贝氏体基体具有较高的高温组织稳定性，保证其高温强度仍维持在较高水平，高温组织性能优异，能满足高温高速重载发动机汽缸套材质的需要。

本发明的多元微合金化贝氏体灰铸铁汽缸套的制备方法，在离心铸造大生产工况条件下，能稳定地生产出铸态贝氏体基体的NbVTi合金灰铸铁汽缸套，满足苛刻服役环境下的需要；所得铸态贝氏体基体高温组织稳定性优良，能满足高温高速重载发动机的需要；具有操作简单、生产过程容易控制、生产成本降低的特点，适合大规模工业化生产。

附图说明

图1为实施例1所得汽缸套原始铸态显微组织的SEM图；

图2为实施例1所得汽缸套不同温度保温后的SEM图，其中（a）为560℃保温10h后的显微组织，（b）为580℃保温10h后的显微组织，（c）为580℃保温20h后的显微组织，（d）为600℃保温10h后的显微组织；

图3为实施例2所得汽缸套原始铸态显微组织的SEM图；

图4为实施例2所得汽缸套不同温度保温后的SEM图，其中（a）为560℃保温10h后的显微组织，（b）为580℃保温10h后的显微组织，（c）为580℃保温20h后的显微组织；（d）为600℃保温10h后的显微组织；

图5为实施例3所得汽缸套原始铸态显微组织的SEM图；

图6为实施例3所得汽缸套不同温度保温后的SEM图，其中（a）为560℃保温10h后的显微组织，（b）为580℃保温10h后的显微组织，（c）为580℃保温20h后的显微组织；（d）为600℃保温10h后的显微组织。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。

实施例1

本实施例的多元微合金化贝氏体灰铸铁，由以下重量百分比的组分组成：碳2.70%，硅1.80%，锰0.30%，磷0.05%，硫0.05%，铜0.3%，钼0.10%，硼0.01%，铬0.35%，氮0.04%，铌0.2%，钒0.25%，钛0.025%；余量为Fe。

本实施例的多元微合金化贝氏体灰铸铁汽缸套，由以下重量百分比的组分组成：碳2.70%，硅1.80%，锰0.30%，磷0.05%，硫0.05%，铜0.3%，钼0.10%，硼0.01%，铬0.35%，氮0.04%，铌0.2%，钒0.25%，钛0.025%；余量为Fe。

本实施例的多元微合金化贝氏体灰铸铁汽缸套的制备方法，包括下列步骤：

1）按以下重量百分比的组分准备原料：碳2.70%，硅1.80%，锰0.30%，磷0.05%，硫0.05%，铜0.3%，钼0.10%，硼0.01%，铬0.35%，氮0.04%，铌0.2%，钒0.25%，钛0.025%；余量为Fe；将原料生铁、废钢、铁屑放入电炉中熔炼成铁液，再加入硅铁、锰铁、电解铜、VTi生铁、铌铁、硼铁到铁液中进行熔炼，得混合料；

2）将混合料加热至1450℃，待固体完全熔化10min后，加入Si-Sr-Zr孕育剂进行一次孕育，孕育剂的加入量是混合料质量的0.6%，控制出炉温度为1450℃，得混合铁液；

3）采用离心浇铸工艺，将混合铁液浇铸到模具中，浇铸前模具内壁喷涂湿涂料，涂料的厚度为0.6mm，控制模具温度为450℃；浇铸温度为1380℃，浇铸转速为1200r/min，加入Si-Sr孕育剂进行二次孕育，孕育剂的加入量是混合铁液质量的0.1%，控制铸件的出模温度在860℃，出模后采用水激冷20s将铸件迅速冷至450℃，再在温度为460℃的保温箱中保温3h，得汽缸套毛坯；

4）热处理：将步骤3）所得汽缸套毛坯加热至590℃并保温3h，后空冷至室温，即得铸态贝氏体基体的汽缸套。

其中，汽缸套毛坯中8.5kg，毛坯内孔总长225mm。在热处理之前可对汽缸套毛坯进行机加工：将汽缸套毛坯加工成半成品，内孔和外圆留0.5mm余量；半成品单边缸壁厚度为8mm，预冷时间为36秒。

为了验证灰铸铁汽缸套的高温组织稳定性及相应的强度指标，将本实施例所得灰铸铁汽缸套在560～600℃的温度范围模拟气体氮化环境下的组织性能进行比较。结果如表1所示。其中，对比例为专利CN100510365C所公开的灰铸铁汽缸套。

表1实施例1所得灰铸铁汽缸套的机械性能检测结果

项目	实施例1	对比例
			室温，抗拉强度，MPa	500	440
560℃保温10h，抗拉强度，MPa	486	408
			580℃保温10h，抗拉强度，MPa	452	382
580℃保温20h，抗拉强度，MPa	400	348
			600℃保温10h，抗拉强度，MPa	402	321
室温，硬度，HB	315	280～315

其中，抗拉强度的检测方法参见《GB/T228-2002金属材料室温拉伸试验方法》。

本实施例所得铸态贝氏体基体的汽缸套的显微组织如图1、2所示。图1为原始铸态显微组织，从图1可以看出，本实施例所得汽缸套组织为针状贝氏体和残余奥氏体以及A型石墨，其对应的抗拉强度为500MPa。将汽缸套分别加热至560℃、580℃、600℃保温10h或20h，模拟气体氮化环境下汽缸套材质保温后的组织性能变化。实施例1的汽缸套在不同温度保温10h后，相应的抗拉强度分别下降至486MPa、452MPa、402MPa，对应的显微组织如图2（a）、（b）、（d）所示；即使在580℃保温20h以后，强度也才降至400MPa左右，其显微组织如图2（c）所示。从图2可以看出，随着保温温度的升高和保温时间的延长，贝氏体基体分解较为完全，铁素体基体中出现了数量众多的第二相质点，但第二相质点分布明显不均匀，石墨也发生了明显的球化过程。

从以上强度指标可以看出，即使在气体氮化环境下保温相当长的时间，本实施例所得多元合金化灰铸铁强度指标仍然在400MPa以上，能满足高温高速重载发动机的需要。

实施例2

本实施例的多元微合金化贝氏体灰铸铁，由以下重量百分比的组分组成：碳2.95%，硅2.15%，锰0.55%，磷0.05%，硫0.05%，铜0.5%，钼0.18%，硼0.05%，铬0.60%，氮0.10%，铌0.4%，钒0.35%，钛0.065%；余量为Fe。

本实施例的多元微合金化贝氏体灰铸铁汽缸套，由以下重量百分比的组分组成：碳2.95%，硅2.15%，锰0.55%，磷0.05%，硫0.05%，铜0.5%，钼0.18%，硼0.05%，铬0.60%，氮0.10%，铌0.4%，钒0.35%，钛0.065%；余量为Fe。

本实施例的多元微合金化贝氏体灰铸铁汽缸套的制备方法，包括下列步骤：

1）按以下重量百分比的组分准备原料：碳2.95%，硅2.15%，锰0.55%，磷0.05%，硫0.05%，铜0.5%，钼0.18%，硼0.05%，铬0.60%，氮0.10%，铌0.4%，钒0.35%，钛0.065%；余量为Fe；将原料生铁、废钢、铁屑放入电炉中熔炼成铁液，再加入硅铁、锰铁、电解铜、VTi生铁、铌铁、硼铁到铁液中进行熔炼，得混合料；

2）将混合料加热至1550℃，待固体完全熔化10min后，加入Si-Sr-Zr孕育剂进行一次孕育，孕育剂的加入量是混合料质量的0.6%，控制出炉温度为1530℃，得混合铁液；

3）采用离心浇铸工艺，将混合铁液浇铸到模具中，浇铸前模具内壁喷涂湿涂料，涂料的厚度为1.0mm，控制模具温度为400℃；浇铸温度为1300℃，浇铸转速为1250r/min，加入Si-Sr孕育剂进行二次孕育，孕育剂的加入量是混合铁液质量的0.1%，控制铸件的出模温度为900℃，出模后采用水激冷10s将铸件迅速冷至480℃，再在温度为460℃的保温箱中保温2h，得汽缸套毛坯；

4）热处理：将步骤3）所得汽缸套毛坯加热至550℃并保温3h，后空冷至室温，即得铸态贝氏体基体的汽缸套。

其中，汽缸套毛坯中8.5kg，毛坯内孔总长225mm。在热处理之前可对汽缸套毛坯进行机加工：将汽缸套毛坯加工成半成品，内孔和外圆留0.5mm余量；半成品单边缸壁厚度为8mm，预冷时间为36秒。

为了验证灰铸铁汽缸套的高温组织稳定性及相应的强度指标，将本实施例所得灰铸铁汽缸套在560～600℃的温度范围模拟气体氮化环境下的组织性能进行比较。结果如表2所示。其中，对比例为专利CN100510365C所公开的灰铸铁汽缸套。抗拉强度的检测方法同实施例1。

表2实施例2所得灰铸铁汽缸套的机械性能检测结果

项目	实施例2	对比例
			室温，抗拉强度，MPa	540	440
560℃保温10h，抗拉强度，MPa	509	422
			580℃保温10h，抗拉强度，MPa	466	396
580℃保温20h，抗拉强度，MPa	426	364
			600℃保温10h，抗拉强度，MPa	413	331
室温，硬度，HB	340	280～315

本实施例所得铸态贝氏体基体的汽缸套的显微组织如图3、4所示。图3为原始铸态显微组织，从图3可以看出，本实施例所得汽缸套组织为针状贝氏体、残余奥氏体和A型石墨，且针状贝氏体相互交错分割，石墨片也多呈弯曲形态，贝氏体细且长，其对应的抗拉强度为540MPa。将汽缸套分别加热至560℃、580℃、600℃保温10h或20h，模拟气体氮化环境下汽缸套材质保温后的组织性能变化。实施例2的汽缸套在不同温度保温10h后，相应的抗拉强度分别下降至509MPa、466MPa、413MPa，对应的显微组织如图4（a）、（b）、（d）所示；即使在580℃保温20h以后，强度也才降至426MPa，其显微组织如图4（c）所示。从图4可以看出，随着保温温度的升高和保温时间的延长，贝氏体基体的分解程度逐渐增加，基体中开始出现数量众多的碳、氮化物，且弥散分布在贝氏体基体上，贝氏体形态有所变化，但石墨形态仍保持较为完好（贝氏体并未发生完全分解，同时石墨也未发生明显的球化过程）。

从以上强度指标可以看出，即使在气体氮化环境下保温相当长的时间，本实施例所得多元合金化灰铸铁强度指标仍然在400MPa以上，能满足高温高速重载发动机的需要。

实施例3

本实施例的多元微合金化贝氏体灰铸铁，由以下重量百分比的组分组成：碳2.8%，硅2.0%，锰0.4%，磷0.05%，硫0.05%，铜0.4%，钼0.14%，硼0.03%，铬0.4%，氮0.07%，铌0.3%，钒0.3%，钛0.045%；余量为Fe。

本实施例的多元微合金化贝氏体灰铸铁汽缸套，由以下重量百分比的组分组成：碳2.8%，硅2.0%，锰0.4%，磷0.05%，硫0.05%，铜0.4%，钼0.14%，硼0.03%，铬0.4%，氮0.07%，铌0.3%，钒0.3%，钛0.045%；余量为Fe。

本实施例的多元微合金化贝氏体灰铸铁汽缸套的制备方法，包括下列步骤：

1）按以下重量百分比的组分准备原料：碳2.8%，硅2.0%，锰0.4%，磷0.05%，硫0.05%，铜0.4%，钼0.14%，硼0.03%，铬0.4%，氮0.07%，铌0.3%，钒0.3%，钛0.045%；余量为Fe；将原料生铁、废钢、铁屑放入电炉中熔炼成铁液，再加入硅铁、锰铁、电解铜、VTi生铁、铌铁、硼铁到铁液中进行熔炼，得混合料；

2）将混合料加热至1500℃，待固体完全熔化10min后，加入Si-Sr-Zr孕育剂进行一次孕育，孕育剂的加入量是混合料质量的0.6%，控制出炉温度为1530℃，得混合铁液；

3）采用离心浇铸工艺，将混合铁液浇铸到模具中，浇铸前模具内壁喷涂湿涂料，涂料的厚度为1.0mm，控制模具温度为450℃；浇铸温度为1420℃，浇铸转速为1200r/min，加入Si-Sr孕育剂进行二次孕育，孕育剂的加入量是混合铁液质量的0.1%，控制铸件的出模温度为850℃，出模后采用水激冷15s将铸件迅速冷至450℃，再在温度为460℃的保温箱中保温3h，得汽缸套毛坯；

4）热处理：将步骤3）所得汽缸套毛坯加热至570℃并保温3h，后空冷至室温，即得铸态贝氏体基体的汽缸套。

其中，汽缸套毛坯中8.5kg，毛坯内孔总长225mm。在热处理之前可对汽缸套毛坯进行机加工：将汽缸套毛坯加工成半成品，内孔和外圆留0.5mm余量；半成品单边缸壁厚度为8mm，预冷时间为36秒。

为了验证灰铸铁汽缸套的高温组织稳定性及相应的强度指标，将本实施例所得灰铸铁汽缸套在560～600℃的温度范围模拟气体氮化环境下的组织性能进行比较。结果如表3所示。其中，对比例为专利CN100510365C所公开的灰铸铁汽缸套。抗拉强度的检测方法同实施例1。

表3实施例3所得灰铸铁汽缸套的机械性能检测结果

项目	实施例3	对比例
			室温，抗拉强度，MPa	518	440
560℃保温10h，抗拉强度，MPa	497	414
			580℃保温10h，抗拉强度，MPa	460	389
580℃保温20h，抗拉强度，MPa	412	353
			600℃保温10h，抗拉强度，MPa	408	327
室温，硬度，HB	322	280～315

本实施例所得铸态贝氏体基体的汽缸套的显微组织如图5、6所示。图5为原始铸态显微组织，从图5可以看出，本实施例所得汽缸套组织为针状贝氏体、残余奥氏体和A型石墨，且针状贝氏体相互交错分割，石墨片也多呈弯曲形态，贝氏体针较短且粗，其对应的抗拉强度为518MPa。将汽缸套分别加热至560℃、580℃、600℃保温10h或20h，模拟气体氮化环境下汽缸套材质保温后的组织性能变化。实施例3的汽缸套在不同温度保温10h后，相应的抗拉强度分别下降至497MPa、460MPa、408MPa，对应的显微组织如图6（a）、（b）、（d）所示；即使在580℃保温20h以后，强度也才降至412MPa，其显微组织如图6（c）所示。从图6可以看出，随着保温温度的升高和保温时间的延长，贝氏体基体的分解程度逐渐增加，基体中开始出现数量众多的碳、氮化物，且弥散分布在贝氏体基体上，贝氏体形态有所变化，但石墨形态仍保持较为完好，石墨片发生粗化，同时石墨片与贝氏体基体明显出现分离迹象，（贝氏体并未发生完全分解，同时石墨片尖端发生钝化）。

从以上强度指标可以看出，即使在气体氮化环境下保温相当长的时间，本实施例所得多元合金化灰铸铁强度指标仍然在400MPa以上，能满足高温高速重载发动机的需要。

Claims (10)

1.一种多元微合金化贝氏体灰铸铁，其特征在于：由以下重量百分比的组分组成：碳2.70%～2.95%，硅1.80%～2.15%，锰0.30%～0.55%，0＜磷≤0.1%，0＜硫≤0.1%，铜0.3%～0.5%，钼0.10%～0.18%，硼0.01%～0.05%，铬0.35%～0.60%，氮0.04%～0.10%，铌0.2%～0.4%，钒0.25%～0.35%，钛0.025%～0.065%；余量为Fe。

2.一种多元微合金化贝氏体灰铸铁汽缸套，其特征在于：由以下重量百分比的组分组成：碳2.70%～2.95%，硅1.80%～2.15%，锰0.30%～0.55%，0＜磷≤0.1%，0＜硫≤0.1%，铜0.3%～0.5%，钼0.10%～0.18%，硼0.01%～0.05%，铬0.35%～0.60%，氮0.04%～0.10%，铌0.2%～0.4%，钒0.25%～0.35%，钛0.025%～0.065%；余量为Fe。

3.一种如权利要求2所述的多元微合金化贝氏体灰铸铁汽缸套的制备方法，其特征在于：包括下列步骤：

1）按以下重量百分比的组分准备原料：碳2.70%～2.95%，硅1.80%～2.15%，锰0.30%～0.55%，0＜磷≤0.1%，0＜硫≤0.1%，铜0.3%～0.5%，钼0.10%～0.18%，硼0.01%～0.05%，铬0.35%～0.60%，氮0.04%～0.10%，铌0.2%～0.4%，钒0.25%～0.35%，钛0.025%～0.065%；余量为Fe；熔炼原料，得混合料；

2）将混合料加热至1450～1550℃，待固体完全熔化，出炉后顺流加入第一孕育剂进行一次孕育，控制出炉温度为1450～1530℃，得混合铁液；

3）采用离心浇铸工艺，将混合铁液浇铸到模具中，浇铸温度为1300～1420℃，浇铸转速为1200～1250r/min，加入第二孕育剂进行二次孕育，控制铸件的出模温度为850～900℃，出模后将铸件迅速冷至440～480℃，保温，得汽缸套毛坯；

4）热处理：将步骤3）所得汽缸套毛坯加热至550～590℃并保温，后空冷至室温，即得。

4.根据权利要求3所述的多元微合金化贝氏体灰铸铁汽缸套的制备方法，其特征在于：步骤2）中所述出炉的时间为固体完全熔化10min后。

5.根据权利要求3所述的多元微合金化贝氏体灰铸铁汽缸套的制备方法，其特征在于：步骤2）中所述第一孕育剂为Si-Sr-Zr孕育剂；所述第一孕育剂的加入量是混合料质量的0.6%。

6.根据权利要求3所述的多元微合金化贝氏体灰铸铁汽缸套的制备方法，其特征在于：步骤3）中所述第二孕育剂为Si-Sr孕育剂；所述第二孕育剂的加入量是混合铁液质量的0.1%。

7.根据权利要求3所述的多元微合金化贝氏体灰铸铁汽缸套的制备方法，其特征在于：步骤3）中，浇铸前控制模具温度为400～450℃。

8.根据权利要求3或7所述的多元微合金化贝氏体灰铸铁汽缸套的制备方法，其特征在于：浇铸前，模具内壁喷涂湿涂料，涂料的厚度为0.6～1.0mm。

9.根据权利要求3所述的多元微合金化贝氏体灰铸铁汽缸套的制备方法，其特征在于：步骤3）中，将铸件迅速冷至440～480℃的方法是采用水激冷10～20s。

10.根据权利要求3所述的多元微合金化贝氏体灰铸铁汽缸套的制备方法，其特征在于：步骤3）中所述保温的温度为460℃，时间为2～3h；步骤4）中所述保温的时间为3h。