CN105088099A - 气缸连杆材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种气缸连杆材料及其制备方法，其特征在于：该气缸连杆材料由以下重量百分比的各组分制备而成：碳0.25-0.45％，硅0.3-0.5％，锰0.5-1.0％，磷≤0.055％，S≤0.055％，铬1.0-1.6％，钼0.05-0.30％，镍0.8-1.6％，余量为铁。本发明的气缸连杆材料，采用能提高整体机械性能的各种元素配合使用，从而使得制备出的产品具有高的强度和硬度，HB硬度达到265-320；屈服强度达到685MPa以上；抗拉强度达到880MPa以上；冲击强度达到41J以上，因此具有良好的机械性能，适用于大型船舶上发动机上的气缸连杆，不易开裂、不易折断，使用寿命长。

Description

气缸连杆材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种船舶设备技术领域，具体涉及一种气缸连杆材料及其制备方法。

背景技术

目前，在大型船舶上，用于发动机上的气缸连杆材料起到非常重要的作用。这是由于船舶长期在水上航行，在风、雨和台风或海啸天气，船舶颠簸晃动厉害，而且需要气缸连杆材料需要做多次的往复运动，如果气缸连杆材料的强度低、硬度差很容易开裂、折断，这将严重影响船舶的航运动力和航运安全。

但是，目前船舶用气缸连杆材料往往存在强度低，在长期颠簸、震动、往复运动过程容易开裂、折断，造成很大的安全隐患。

发明内容

本发明针对现有技术的上述不足，提供一种抗拉强度、屈服强度、硬度等机械性能好，综合机械性能理想，不易断裂的气缸连杆材料。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种气缸连杆材料，该气缸连杆材料由以下重量百分比的各组分制备而成：碳0.25-0.45％，硅0.3-0.5％，锰0.5-1.0％，磷≤0.055％，S≤0.055％，铬1.0-1.6％，钼0.05-0.30％，镍0.8-1.6％，余量为铁。

作为优选，该气缸连杆材料由以下重量百分比的各组分制备而成：碳0.25-0.45％，硅0.3-0.5％，锰0.5-1.0％，磷≤0.045％，S≤0.045％，铬1.0-1.6％，钼0.05-0.30％，镍0.8-1.6％，余量为铁。

作为进一步优选，该气缸连杆材料由以下重量百分比的各组分制备而成：碳0.3％，硅0.3％，锰0.9％，磷≤0.045％，S≤0.045％，铬1.1％，钼0.25％，镍1.05％，余量为铁

本发明上述各元素作用分析如下:

碳：碳元素的引入使铁形成固溶体，获得固溶强化，适当的碳量还能形成合金化合物，在铁碳合金相图中的平衡组织。此外，碳含量的可以提高合金的强度、硬度，但是塑性和韧性下降；为了综合合金的强度、硬度和塑性、韧性的性能，本发明采用碳含量控制在0.25-0.45％，优选控制在0.30-0.40％。

Si：硅能溶于铁素体和奥氏体中提高钢的硬度和强度。同时硅还能有效防止材料的应力腐蚀开裂的倾向。本发明的硅含量控制在0.3-0.5％，优选控制在0.35-0.45％。

锰：它能消除或减弱由于硫所引起的钢的热脆性，从而改善钢的热加工性能。其次还可以改善材料的耐脱锌能力和改善材料的抗应力腐蚀能力。而且，锰和铁形成固溶体，提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度；同时又是碳化物形成元素，进入渗碳体中取代一部分铁原子。本发明的锰含量为0.5-0.8％，优选0.65-0.75％。

铬：铬能增加钢的淬透性并有二次硬化作用，可提高硬度和耐磨性而不使钢变脆；如果铬含量过低则达不到硬化作用，如果过高又会造成增加淬火敏感性，因此，本发明控制铬含量为1.0-1.6％，优选1.3-1.5％。

钼：钼能保持钢有比较稳定的硬度，增加对变形、开裂和磨损等的抗力，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，相对地增加了表面层的耐磨性。本发明控制钼含量0.05-0.30％。

镍：镍在铁合金中可以提高材料的强度，同时对塑性的影响不显著；而且碳和镍的同时存在可以在保持材料强度的同时，又能使钢的韧性和塑性有所提高。此外，镍还可以提高钢对疲劳的抗力和减小钢对缺口的敏感性。镍降低钢的低温脆性转变温度，这对低温用钢有极重要的意义。因此，本发明通过合理配比，在兼顾碳含量的同时，控制镍0.8-1.6％，以达到所需要的机械性能。

磷、硫等元素：作为合金材料中不可避免的杂质元素，其含量不能过高，同时，适量的加入硫可以改善钢的被切削性能；但是硫在钢中偏析严重，容易恶化钢的质量，必须严格控制其含量；但同时如果有锰的存在可以消弱硫导致的合金脆性增大的风险，同时可以改善切削性能；磷在钢中固溶强化和冷作硬化作用强，能提高强度和钢的耐大气腐蚀性能，但降低其冷冲压性能。磷与硫和锰联合使用，能增加钢的被切削性能，增加加工件的表面质量。磷溶于铁素体，虽然能提高钢的强度和硬度，最大的害处是偏析严重，增加回火脆性，显著降低钢的塑性和韧性，致使钢在冷加工时容易脆裂，也即所谓”冷脆”现象。因此，本发明通过合理的配比，在兼顾锰含量的同时，控制磷≤0.035％，S≤0.035％，以达到所需要的机械性能。

本发明还提供一种上述气缸连杆材料的制备方法，制备步骤包括：

(1)首先将配方比例的各组分原料投入熔炼炉中进行加热至1250～1300℃熔融得到铁水，同时从熔炼炉底部通入氮气进行保护；

(2)将铁水冷却至1050-1150℃进行浇注成合金锭；

(3)浇注完成后进行分段降温：第一阶段降温至450-650℃，降温速度为40-50℃/min，第二阶段降至常温，降温速度为100-130℃；

(4)将降温至室温的合金锭于800-850℃的淬火炉中保温2-5小时后进行水淬火至280-350℃，然后水淬火至110-130℃；

(5)将淬火后的合金锭在于480-535℃中保温2-3小时回火处理，然后冷却室温；

(6)将冷却室温的合金定车削加工、打磨成气缸连杆。

本发明的优点和有益效果：

1.本发明的气缸连杆材料，采用能提高整体机械性能的各种元素配合使用，从而使得制备出的产品具有高的强度和硬度，HB硬度达到265-320之间(ISO6506-1(1999)，+QT)；屈服强度达到685MPa以上；抗拉强度达到880MPa以上(ISO6892(1999)，+QT，20℃)；冲击强度(ISO148(1983)20℃)达到41J以上，因此具有良好的机械性能，适用于大型船舶上发动机上的气缸连杆，不易开裂、不易折断，使用寿命长。

2.本法的气缸连杆材料制备方法简单，工艺步骤少，同时制备出的产品经过淬火和回火处理，进一步提高最终产品的机械性能，使其更适用于大型船舶等颠簸、震动等恶劣环境的使用，有效保证使用安全性能。

具体实施方式

下面通过实施例进一步详细描述本发明，但本发明不仅仅局限于以下实施例。

实施例1-3

制备方法如下：

(1)首先将配方比例的各组分原料投入熔炼炉中进行加热至1250～1300℃熔融得到铁水，同时从熔炼炉底部通入氮气进行保护；

(2)将铁水冷却至1050-1150℃进行浇注成合金锭；

(3)浇注完成后进行分段降温：第一阶段降温至450-650℃，降温速度为40-50℃/min，第二阶段降至常温，降温速度为100-130℃；

(4)将降温至室温的合金锭于800-850℃的淬火炉中保温2-5小时后进行水淬火至280-350℃，然后水淬火至110-130℃；

(5)将淬火后的合金锭在于480-535℃中保温2-3小时回火处理，然后冷却室温；

(6)将冷却室温的合金定车削加工成、打磨成气缸连杆(行业常规技术)。

表1实施例1-3各原料用量

常温下实施例1-3所得试样各机械性能检测数据见表2：

表2实施例1-3所得试样各机械性能检测数

从上表可知，本发明制备的气缸连杆材料具有良好的机械性能，可适用于大型船舶等发动机气缸连杆的往复运动。

Claims (4)

1.一种气缸连杆材料，其特征在于：该气缸连杆材料由以下重量百分比的各组分制备而成：碳0.25-0.45％，硅0.3-0.5％，锰0.5-1.0％，磷≤0.055％，S≤0.055％，铬1.0-1.6％，钼0.05-0.30％，镍0.8-1.6％，余量为铁。

2.根据权利要求1所述的气缸连杆材料，其特征在于：该气缸连杆材料由以下重量百分比的各组分制备而成：碳0.25-0.45％，硅0.3-0.5％，锰0.5-1.0％，磷≤0.045％，S≤0.045％，铬1.0-1.6％，钼0.05-0.30％，镍0.8-1.6％，余量为铁。

3.根据权利要求2所述的气缸连杆材料，其特征在于：该气缸连杆材料由以下重量百分比的各组分制备而成：碳0.3％，硅0.3％，锰0.9％，磷≤0.045％，S≤0.045％，铬1.1％，钼0.25％，镍1.05％，余量为铁。

4.一种气缸连杆材料的制备方法，其特征在于：制备步骤包括：

(1)首先将配方比例的各组分原料投入熔炼炉中进行加热至1250～1300℃熔融得到铁水，同时从熔炼炉底部通入氮气进行保护；

(2)将铁水冷却至1050-1150℃进行浇注成合金锭；

(3)浇注完成后进行分段降温：第一阶段降温至450-650℃，降温速度为40-50℃/min，第二阶段降至常温，降温速度为100-130℃；

(4)将降温至室温的合金锭于800-850℃的淬火炉中保温2-5小时后进行水淬火至280-350℃，然后水淬火至110-130℃；

(5)将淬火后的合金锭在于480-535℃中保温2-3小时回火处理，然后冷却室温；

(6)将冷却室温的合金定车削加工、打磨成气缸连杆。