CN104451397B - 一种活塞式内燃机中活塞环用精密合金的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种活塞式内燃机中活塞环用精密合金及其制备方法。属于活塞环用材料技术领域。具有高弹性、强度、导热性、耐腐蚀性、耐磨性、抗拉强度、抗疲劳强度、塑性加工性能等综合性能良好且生产成本低。本发明的技术方案是：主体元素为Fe，还包含以下质量百分比的元素：C 0.45～0.90、Si 0.30～0.55、Mn 0.20～0.45和Mo 0.75～1.10，还包括质量百分比为14～19的Cr，使得Cr与C的质量百分比比值为15.6～42.2；通过真空冶炼、电渣重熔、热处理、锻造、热轧和退火工序，获得的合金组织中的碳化物析出相以Cr23C6形式存在。该精密合金锭纯度高、含硫磷低、非金属夹杂物少、合金锭表面光滑、组织和化学成分均匀致密，为后续制备高精度的活塞环产品打好基础。
Description
技术领域
本发明专利属于活塞环用材料技术领域，涉及精密合金活塞环用材料，特别涉及一种汽车摩托车活塞环用精密合金材料的制备方法。
背景技术
近年来，发动机科技的进步带动了各种车辆、工程机械的快速发展，而随着发动机结构的变化、转速的增加和功率的提高，各零部件的工作环境也变得更加复杂。活塞作为发动机中的重要部件，工作条件和环境最复杂、最恶劣，其材料、结构和性能的好坏直接关系到发动机动力性、可靠性、经济性、环保性和使用寿命的高低。通常，在发动机用的活塞沟槽内部，嵌有多个压缩环、机油环等活塞环组合。一方面，压缩环可用来密封燃烧室内的可燃混合气体，防止高压燃烧气体从燃烧室向曲轴箱渗漏，把气体的泄漏量控制在最低限度，提高热效率；另一方面，机油环用来刮除气缸上多余的机油，同时又使气缸壁上分布有薄薄的油膜，保证气缸和活塞及活塞环的正常润滑，并且抑制气缸内壁的多余润滑油从曲轴箱向燃烧室侵入而被消耗的现象。除此之外，活塞环可将活塞70～80%的热量传导给缸套，起到导热、冷却作用；活塞环可将活塞保持在气缸中，防止与气缸壁直接接触，保证活塞平顺运动，降低摩擦阻力，防止活塞“敲缸”。
考虑到活塞环工作环境的特殊性和复杂性，其材料要求具有很高的密封性、贮油性、弹性、耐磨性、耐腐蚀性、耐高温性、导热性、抗拉强度、抗疲劳强度和低的蠕变性能等，目前国内此类产品通常是用合金铸铁、球墨铸铁、铁基粉末冶金材料、青铜或碳钢拉制而成。
公开号为CN 1176315A的专利公开了一种“用于制造内燃机活塞环的铸铁合金”，通过添加C、Si、Mn、P、Cr、Mo、Ni等多种元素，形成具有球状或片状石墨析出物的珠光体基体结构，制成的活塞环有良好的贮油性、耐磨性、高热稳定性、抗咬合性和抗弯性能，但在加工过程中加工工艺复杂，材料的有效利用率低，因而生产率低、成本高，且材料的抗疲劳强度低、寿命低。公开号为CN
1641248A的专利公开了“一种球墨铸铁活塞环”，在现有铸铁材料和生产工艺基础上使球墨铸铁增含有钒钛合金，形成弥散分布且有较高硬度的硬质相，强化了基体，其强度、弹性模量、热稳定性、抗疲劳强度等性能均优于多种铸铁，从而减小了磨损速度，提高了活塞环的使用寿命，然而对于活塞环用的球墨铸铁，其基体金属中石墨组织的尺寸大小、形状和分布状态对材料性能至关重要，而这往往是技术难点所在。另外，这种材料制造的活塞环在润滑条件很差的状态下工作时，其减摩性和抗刮伤能力并不高，需要做特殊表面处理才能达到使用要求。向铁粉中添加石墨、Cr、Mo、Ni、Cu、V、Sb、Mg、Si等元素，经真空烧结而成的铁基粉末冶金材料具有较高的孔隙率，它们作为活塞环中贮存润滑油的空穴，对于润滑状态不良的汽缸—活塞环来说尤为重要，提高了活塞环的减摩性，同时，石墨、Sb、Sn、P等元素能有效降低活塞环表面的摩擦系数，Cr、Ni、V、Mo等元素可提高活塞环表面的耐磨性、耐热性和机械性能，Mg、Si等元素的加入则改善材料基体的性能，这些都提升了铁基粉末冶金材料活塞环的性能。然而，粉末冶金材料中孔隙的存在会影响材料的淬透性和活塞环的导热系数，造成淬火效果差和活塞过热，降低了活塞环的使用性能。对青铜材料由于其耐腐蚀性、抗刮伤性等比铸铁或铁基粉末冶金材料强，在润滑条件不良的发动机中能够很好的抵抗润滑油中添加剂强烈的腐蚀作用和机械刮伤，也有一定的应用市场。然而，青铜材料有一个明显的缺点是弹性不好，而且单从材料方面难于解决，需要从机械结构上进行设计和制造，进一步增加了成本。
当前国内外发动机普遍向高功率、高转速方向发展，活塞环也趋向于薄环、轻量化、高强度。发动机高转速运行的同时容易伴随活塞环的颤振和弯折现象，这对活塞环用材料的弹性、热稳定性、抗疲劳强度、塑性加工性能等提出了更高的要求。钢制活塞环用材料的这些综合指标尤其是高温力学性能均高于上述多种活塞环用材料，例如，Cr-V钢的疲劳强度（σ-1=650～760MPa）是Cr-铸铁（σ-1=90～110MPa）六倍，因此，对于相同厚度的活塞环，钢制材料能承受汽缸壁更大的径向压力，而且钢制活塞环在生产过程中用能少、无切削加工、易自动化、成本低。较早使用的钢制活塞环用材料为碳素弹簧钢，虽然具有钢制材料的普遍优点，但是用碳钢生产的活塞环耐磨性低、密封性差，使用上存在明显的缺陷。随着合金化技术的发展，可向碳钢中添加一定比例的合金元素制成精密合金，进一步提升活塞环综合性能和使用寿命。目前全球活塞环用钢制材料主要由四大公司提供：日本的日立和特线公司、美国的ASW公司和瑞典的Haldex公司，这些公司生产的钢制材料性能和品种均明显优于国内相关产品，但是价格偏高。
综上所述，结合活塞环用材料生产现状及现有技术，在活塞环用材料技术领域和合金冶炼工业国内有必要开发一种物理性能、力学性能、机械性能和塑性加工性能等综合性能优异的精密合金，用于制造汽车摩托车活塞环，打破国外技术与市场垄断。
发明内容
本发明专利是基于现有活塞环材料制备技术及经验基础之上，结合当前发动机的发展现状和对活塞环产品的性能要求，制备出一种具有高弹性、强度、导热性、耐腐蚀性、耐磨性、抗拉强度、抗疲劳强度、塑性加工性能等综合性能良好且生产成本低的活塞式内燃机中活塞环用精密合金的制备方法。
本发明的技术方案是：主体元素为Fe ，还包含以下质量百分比的元素：C 0.45～0.90、Si 0.30～0.55、Mn 0.20～0.45和Mo 0.75～1.10，还包括质量百分比为14～19的Cr，使得Cr与C的质量百分比比值为15.6～42.2；
通过真空冶炼、电渣重熔、热处理、锻造、热轧和退火工序，获得的合金组织中的碳化物析出相以Cr23C6形式存在。
还包括有
钒，其质量百分比为：0.05～0.30，
和/或铌，其质量百分比为：0.05～0.15，
和/或钛，其质量百分比为：0.10～0.80。
本发明精密合金的制备方法，包括真空冶炼、电渣重熔、热处理、锻造、热轧和退火工序，所述电渣重熔工序采用CaF2-Al2O3
渣系，其中CaF2质量百分比含量为60～70，Al2O3质量百分比含量为20～35；以及根据合金成分及熔炼条件还添加有CaO质量百分比含量为5～7.5、SiO2质量百分比含量为1.5～5，重熔渣质量为精密合金质量的3%～5%；电渣重熔温度为1400～1600℃；浇注，制得精密合金锭。
所述热轧工序为，在锻造前将精密合金锭加热到1150～1200℃，在850～1150℃温度下进行锻造；热轧温度为850～1150℃；在线退火温度为800～850℃，冷却方式为炉冷；制得精密合金棒材。
本发明通过研究合金元素对精密合金各种性能的影响，结合生产经验和微合金化等技术，科学地设计了该合金的化学成分，通过优化真空冶炼-电渣重熔双联工艺参数，得到高品质的精密合金锭。该精密合金锭纯度高、含硫磷低、非金属夹杂物少、合金锭表面光滑、组织和化学成分均匀致密，为后续制备高精度的活塞环产品打好基础。
附图说明
图1是本发明的精密合金热轧态的X射线衍射图，
图中横坐标为衍射角，纵坐标为衍射强度值。
具体实施方式
本发明合金的主体元素为Fe ，还包含以下质量百分比的元素：C 0.45～0.90、Si 0.30～0.55、Mn 0.20～0.45和Mo 0.75～1.10，还包括质量百分比为14～19的Cr，使得Cr与C的质量百分比比值为15.6～42.2；
通过真空冶炼、电渣重熔、热处理、锻造、热轧和退火工序，获得的合金组织中的碳化物析出相以Cr23C6形式存在。
为了确定该精密合金在热轧过程中所形成的第二相，对实验样品进行了XRD物相分析，图1为本发明制得的精密合金样品在热轧态的物相检索图谱（X射线衍射图），用以确定该精密合金的物相组成。从图中可以明显看出精密合金中主要存在Fe相和Cr23C6析出相。所用检测设备中X射线管中阳极材料选用Cu靶；管压40kV、管流250mA；扫开始角30°、步长0.02°、结束角80°；横坐标主要记录衍射角数据，纵坐标为每个数据点的衍射强度值，由开始角和步长可以计算出每一个强度所对应的衍射角。
还包括有
钒，其质量百分比为：0.05～0.30，
和/或铌，其质量百分比为：0.05～0.15，
和/或钛，其质量百分比为：0.10～0.80。
本发明精密合金的制备方法，包括真空冶炼、电渣重熔、热处理、锻造、热轧和退火工序，所述电渣重熔工序采用CaF2-Al2O3
渣系，其中CaF2质量百分比含量为60～70，Al2O3质量百分比含量为20～35；以及根据合金成分及熔炼条件还添加有CaO质量百分比含量为5～7.5、SiO2质量百分比含量为1.5～5，重熔渣质量为精密合金质量的3%～5%；电渣重熔温度为1400～1600℃；浇注，制得精密合金锭。
所述热轧工序为，在锻造前将精密合金锭加热到1150～1200℃，在850～1150℃温度下进行锻造；热轧温度为850～1150℃；在线退火温度为800～850℃，冷却方式为炉冷；制得精密合金棒材。
精密合金的硬度和抗磨能力取决于基体组织的性质和分布在基体组织中的碳化物的性质，其中碳化物的类型、数量多少、尺寸大小以及分布状态对精密合金的抗磨能力有很大影响。碳化物的类型与其合金含有的成分有较大关系，在其他专利中多采用铸铁、碳钢等材料制造活塞环，这些材料往往具有较高的硬度和脆性，但弹性、耐磨性以及塑性却不能兼顾。
经文献介绍，若精密合金中含Cr量大于11%且Cr/C（wt%）大于3.5时，组织中的碳化物以M7C3形式存在。随着Cr/C比值不断提高，碳化物以M23C6形式存在居多，并不断取代M7C3型碳化物。本活塞环材料采用的精密合金，C0.45～0.90、Cr14～19，Cr/C=24左右，比值较高。如图1所示，经XRD分析，本活塞环材料显微组织中含有碳化物Cr23C6，其晶格结构为复杂六方，硬度为1140~1500HV，是硬度较高的耐磨硬质点。该碳化物细小、弥散且均匀分布在基体上，可起到钉扎位错、阻碍位错运动，但同时其对基体产生了分割作用，因此在对材料产生强化作用的同时保证了塑性，使材料有良好的塑性加工性能。因此该精密合金制活塞环用材料的这些综合指标尤其是高温力学性能均高于上述多种活塞环用材料。
精密合金中当C元素含量（wt%）为0.45%～0.9%时，部分C元素与Cr元素（其质量百分比为14～19%）形成Cr23C6碳化物析出相（其作用机理如上分析），另有部分C元素溶入精密合金的基体会形成间隙固溶体，有固溶强化的效果，可以显著提高基体的强度，其余的Cr元素与铁形成连续固溶体，缩小了奥氏体相区域；其它元素含量（wt%）如Si
0.30～0.55、Mn
0.20～0.45、Mo
0.75～1.10、V
0.05～0.30、Nb
0.05～0.15、Ti
0.10～0.80，含量不高，在XRD分析中观察不到与C、Si等元素形成的析出相，但是该含量（wt%）的合金元素可以固溶到铁基体中，起到固溶强化的作用，可调节组织，显著提高精密合金（活塞环材料）的强度、硬度、耐磨性等性能，同时，部分合金元素由于其特殊的性质，加入到精密合金中可提高合金的延展性和塑性。具体表现为：Si元素能固溶于铁素体和奥氏体中提高钢的硬度和强度，其作用仅次于磷；Mn元素和铁形成固溶体，提高合金中铁素体、珠光体和奥氏体的硬度和强度，且对延展性影响不大；Mo元素在合金中可固溶于铁素体、奥氏体和碳化物中，对铁素体有固溶强化作用，可提高碳化物的稳定性和合金的强度、硬度，同时，Mo和Cr的复合作用也可以提高不锈钢的钝化和再钝化能力（钝化膜的修复能力），因此提高了不锈钢在还原性介质中的耐腐蚀性，另外，加入质量分数为0.75～1.10%的Mo能提高合金的抗回火性或回火稳定性，使材料可以在较高温度下回火，有效地降低了残余应力，提高材料的延展性和塑性，Mo还能在渗碳层中降低碳化物在晶界上形成连续网状的倾向，减少渗碳层中残留奥氏体，增强表面层的耐磨性；V元素可以无限固溶于铁中，并阻止晶粒的生长，细化合金的晶粒组织，可同时提高合金的强度、韧性、淬透性、热稳定性和耐磨性；钛（Ti）和铌（Nb）固溶在合金中，细化合金的晶粒组织，从而同时提高合金的强度和韧性。
在化学成分控制中，本发明的设计思路是要严格控制碳、硫、磷的含量；降低镍含量，甚至无镍，保证必要的铬含量，以降低生产成本的同时确保材料的强度和耐腐蚀性能；添加硅、锰、钼等元素，以稳定合金组织和改善材料性能，从而得到生产成本低、综合性能优异的精密合金新品种。获得的合金中具有Cr23C6碳化物析出相，进而确保本发明获得的合金材料便于金加工、热处理，能够用于制造内燃机用的活塞环。
碳（C）：精密合金中碳含量增加，屈服点和抗拉强度升高，然而含量越高，合金的延伸率和焊接性能越低，脆性增大，使材料塑性和抗冲击性能降低，同时降低了耐大气腐蚀能力；但是碳含量过低又会影响合金组织的稳定性并增加冶炼成本，因此在设计合金成分时，如何控制碳含量已成为衡量产品强度、韧性、耐腐蚀性能好坏的重要指标，本专利控制碳含量质量百分比为0.45～0.90。
硅（Si）：在合金冶炼过程中硅主要作为还原剂和脱氧剂，在氧化气氛中加热时，表面将形成一层SiO2薄膜，提高合金在高温时的抗氧化性，硅和铬、钨、钼等金属元素结合，也有提高抗腐蚀性能和抗氧化的作用；当硅元素以固溶态的形式存在于铁素体和奥氏体中时，可显著提高基体的硬度、屈服强度、抗拉强度和弹性极限，因此广泛应用于制备弹簧钢。但硅含量的增加会使材料的韧脆转变温度提高，降低合金的塑性和韧性，使材料变形困难，所以设计时硅含量质量百分比控制在0.30～0.55范围。
锰（Mn）：锰资源丰富、用途广泛，是良好的脱氧剂和脱硫剂。锰和铁形成固溶体，提高合金中铁素体、珠光体和奥氏体的硬度和强度，且对延展性影响不大，同时，锰也是碳化物的形成元素，进入渗碳体取代部分铁原子，使合金中的调制组织均匀、细化，避免了渗碳层中碳化物的聚集成块；锰可降低马氏体转变温度和相变速度，提高合金的淬透性；锰使合金中的硫形成较高熔点的MnS，避免在晶界上形成FeS薄膜，削弱或消除硫的不良影响，降低合金的热脆性，改善加工性能；然而，当锰含量过高时，材料的热敏感性增加，抗氧化性能、焊接性能和耐腐蚀性能降低，因此，将其含量质量百分比控制在0.2～0.45较为合适。
铬（Cr）：铬能增加合金的淬透性并有二次硬化作用，在合金中会形成稳定而硬的碳化物，细小、均匀地分布于基体中，阻止石墨化，减小脱碳作用和过热敏感效应，增强合金的硬度、强度、抗腐蚀性、耐高温性、抗氧化性和耐磨性等，同时对合金的塑性、韧性影响不大。因此，合金中铬含量不应过低，要求控制质量百分比在14～19。
钼（Mo）：钼在合金中能提高淬透性和热强性，与铬、锰等元素共存时，可防止回火脆性，使零件可以在较高温度下回火，有效地降低了残余应力，提高材料的延展性、塑性和机械性能；在渗碳钢中钼能在渗碳层中降低碳化物在晶界上形成连续网状结构的倾向，减少渗碳层中残余奥氏体含量，增加了表面层的耐磨性；钼对铁素体有固溶强化作用，同时可提高碳化物的稳定性，从而提高合金的强度。但加热时须注意钼有挥发性，此外，当钼含量过多时容易出现铁素体相或其它脆性相而降低材料塑性。因此，钼含量质量百分比应控制在0.75～1.10。
钒（V）：加钒能细化合金的晶粒组织，提高合金的强度、韧性、热稳定性和耐磨性；钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高材料抗氢腐蚀能力；钒可以无限固溶于铁中，并阻止晶粒的生长，所以含钒合金的断面结晶更紧密。但当含碳量一定时，钒含量增加会降低材料硬度，因此，钒含量质量百分比应控制在0.05～0.30；
钛（Ti）和铌（Nb）在合金中能形成稳定而高度分散的碳化物质点，细化合金的晶粒组织，从而提高合金的强度和韧性；在普通合金中加铌，可提高合金抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀的能力；铌有二次硬化作用，可提高合金的强度和冲击韧性；但随着钛、铌含量的增多，合金的硬度降低，且铌含量过高会生成铁素体相或其它脆性相而降低韧性，加工性能下降。因此，合金中钛和铌的含量也需严格控制。
镍（Ni）能提高合金的强度，而又保持良好的塑性和韧性；镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力，但由于镍是稀缺的资源，因而应尽量采用其它合金元素代替镍铬合金。
合金冶炼中磷（P）和硫（S）元素一般为有害杂质，主要来源于矿石中。硫能降低合金的延展性和韧性，含硫较高的合金在高温条件下进行压力加工时，容易出现裂纹甚至脆断现象，磷同样能降低合金的塑性和韧性，特别在低温时更为严重，此外，磷、硫也可使合金强度降低。因此需要对磷、硫含量进行严格控制。
化学成分确定后，为了获得高质量的精密合金锭，本发明专利选用真空冶炼—电渣重熔双联工艺法进行冶炼加工，具体工艺参数按照权利要求书所述。合金中的有害元素如磷、硫、铅、锑、锡等通过电渣反应和高温气化作用可以有效地去除，且液态金属在渣池覆盖下避免了再氧化；合金锭凝固前，在它上端有金属熔池和渣池，起到很好的保温和补缩作用，因此，经真空冶炼—电渣重熔双联工艺得到的合金锭纯度高、含硫低、非金属夹杂物少、合金锭表面光滑、组织和化学成分均匀致密，再结合热处理—锻造—热轧—在线退火工艺得到精密合金，有利于后续产品的机械加工和塑性成形。
与其它钢制活塞环用材料及铸铁、铁基粉末冶金材料、青铜等活塞环用材料相比，本发明的精密合金有以下优点：
（1）本发明精密合金的物理性能、力学性能、机械性能和塑性加工性能等综合性能优异，其屈服强度、抗拉强度、耐磨性和耐腐蚀性均优于其它活塞环用材料，同时保持了较好的塑性和韧性，达到了现代发动机对活塞环用材料的使用要求，符合国家支持产业政策。
（2）本发明精密合金是一种节镍合金，大大降低了材料的生产成本，节约了紧缺的镍金属资源；同时，该精密合金中铬含量高，进一步增强了合金的硬度、强度、耐磨性和抗腐蚀性等综合性能，提高了合金的使用寿命。
（3）本发明精密合金锭采用真空冶炼—电渣重熔双联工艺进行冶炼，渣系组成及冶炼温度控制合理，可有效去除合金中磷、硫、铅、锑、锡等杂质，得到的合金锭纯度高、含硫低、非金属夹杂物少、合金锭表面光滑、组织和化学成分均匀致密，再结合热处理—锻造—热轧—在线退火工艺得到精密合金，有利于后续产品的机械加工和塑性成形。
（4）利用本发明精密合金生产制造的汽车、摩托车活塞环用高精度异型合金钢丝产品相比其它产品减少了机械加工，金属利用率大大提高，节约了能源，提高了生产率；耐磨性和抗疲劳性能明显增强，提高了该产品的使用寿命，减少了活塞环的更换次数；产品的密封性能优越，保证了混合气体在燃烧室内的充分燃烧，提高了混合气体的利用率和发动机的效率；打破了国外对我国汽车摩托车活塞环用高精度异型合金钢丝技术与市场的长期垄断。
下面通过实施例具体地对本发明做进一步描述，本发明专利的权利保护范围包括但不局限于此。
实施例
1
一种汽车摩托车活塞环用精密合金，其组成成分质量百分比为：C 0.5、Si 0.35、Mn 0.3、Cr 14.5、Mo 1.0、V 0.05、Nb 0.06、Ti 0.2，余量为铁和不可避免杂质元素。采用真空冶炼—电渣重熔双联工艺冶炼合金锭，重熔渣选用CaF2-Al2O3
渣系，成分组成（wt%）为70CaF2-22Al2O3-5CaO-3SiO2，质量为重熔合金锭质量的5%，冶炼中选用1400℃作为重熔温度，制备的合金锭表面光滑。再对精密合金锭进行热处理—锻造—热轧—在线退火工艺处理，得到精密合金，具体工艺参数为锻造前将精密合金锭加热到1150℃，在850℃温度下进行锻造；热轧温度为850℃；在线退火温度为800℃，冷却方式为炉冷。得到的精密合金材料经力学性能测试，测得洛氏硬度（HRC）为36、塑性变形0.2%的屈服强度（0.2%Ys）为968MPa、抗拉强度（Ts）为1195MPa、延伸率（Elongation）为10.1%、断面收缩率（Reduction）为25.1%；经金相组织显微观察，组织和化学成分均匀致密，有利于进一步机械加工和塑性成形。
实施例
2
一种汽车摩托车活塞环用精密合金，其组成成分质量百分比为：C0.7、Si0.4、Mn0.4、Cr16、Mo0.85、V0.1、Nb0.10、Ti0.4，余量为铁和不可避免杂质元素。采用真空冶炼—电渣重熔双联工艺冶炼合金锭，重熔渣选用CaF2-Al2O3
渣系，成分组成（wt%）为65CaF2-25Al2O3-6CaO-4SiO2，质量为重熔合金锭质量的4%，冶炼中选用1500℃作为重熔温度，制备的合金锭表面光滑。再对精密合金锭进行热处理—锻造—热轧—在线退火工艺处理，得到精密合金，具体工艺参数为锻造前将精密合金锭加热到1180℃，在950℃温度下进行锻造；热轧温度为950℃；在线退火温度为830℃，冷却方式为炉冷。得到的精密合金材料经力学性能测试，测得洛氏硬度（HRC）为37、塑性变形0.2%的屈服强度（0.2%Ys）为974MPa、抗拉强度（Ts）为1207MPa、延伸率（Elongation）为9.5%、断面收缩率（Reduction）为24.7%；经金相组织显微观察，组织和化学成分均匀致密，有利于进一步机械加工和塑性成形。
实施例
3
一种汽车摩托车活塞环用精密合金，其组成成分质量百分比为：C0.85、Si0.5、Mn0.45、Cr18、Mo0.75、V0.25、Nb0.15、Ti0.6，余量为铁和不可避免杂质元素。采用真空冶炼—电渣重熔双联工艺冶炼合金锭，重熔渣选用CaF2-Al2O3
渣系，成分组成（wt%）为60CaF2-30Al2O3-7CaO-3SiO2，质量为重熔合金锭质量的3%，冶炼中选用1600℃作为重熔温度，制备的合金锭表面光滑。再对精密合金锭进行热处理—锻造—热轧—在线退火工艺处理，得到精密合金，具体工艺参数为锻造前将精密合金锭加热到1200℃，在1000℃温度下进行锻造；热轧温度为1000℃；在线退火温度为850℃，冷却方式为炉冷。得到的精密合金材料经力学性能测试，测得洛氏硬度（HRC）为40、塑性变形0.2%的屈服强度（0.2%Ys）为979MPa、抗拉强度（Ts）为1215MPa、延伸率（Elongation）为9.1%、断面收缩率（Reduction）为24.2%；经金相组织显微观察，组织和化学成分均匀致密，有利于进一步机械加工和塑性成形。
Claims (2)
1.一种活塞式内燃机中活塞环用精密合金的制备方法，主体元素为Fe，还包含以下质量百分比的元素：C 0.45～0.90、Si 0.30～0.55、Mn 0.20～0.45和Mo 0.75～1.10，还包括质量百分比为14～19的Cr，使得Cr与C的质量百分比比值为15.6～42.2；
通过真空冶炼、电渣重熔、热处理、锻造、热轧和退火工序，获得的合金组织中的碳化物析出相以Cr23C6形式存在；
其特征在于，所述电渣重熔工序采用CaF2-Al2O3渣系，其中CaF2质量百分比含量为60～70，Al2O3质量百分比含量为20～35；以及根据合金成分及熔炼条件还添加有CaO质量百分比含量为5～7.5、SiO2质量百分比含量为1.5～5，重熔渣质量为精密合金质量的3％～5％；电渣重熔温度为1400～1600℃；浇注，制得精密合金锭；
所述锻造-热轧-退火工序为，在锻造前将精密合金锭加热到1150～1200℃，在850～1150℃温度下进行锻造；热轧温度为850～1150℃；在线退火温度为800～850℃，冷却方式为炉冷；制得精密合金棒材；使本活塞环材料显微组织中含有碳化物Cr23C6，Cr23C6的硬度为1140-1500HV，是硬度较高的耐磨硬质点，该碳化物细小、弥散且均匀分布在基体上。
2.根据权利要求1所述的活塞式内燃机中活塞环用精密合金的制备方法，其特征在于，还包括有
钒，其质量百分比为：0.05～0.30，
和/或铌，其质量百分比为：0.05～0.15，
和/或钛，其质量百分比为：0.10～0.80。
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