CN106435411A - 一种抗热疲劳的重型汽车发动机铸造材料 - Google Patents

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Abstract

本发明属于汽车材料技工技术领域，具体涉及一种抗热疲劳的重型汽车发动机铸造材料，由以下成分制成：铸铁，赤泥，铝，改性芳纶纤维，纳米氢氧化钴，硼化钒，钛酸锶钡，钨酸钠，铈，钍，锰，钇，镍。本发明相比现有技术具有以下优点：本发明中通过对赤泥处理用于铸造，不仅对其得到了有效利用，更增加了铸造的成分来源，配合相应的配料与两次孕育工艺制备，能够保证碳、硅的含量，避免缩松缩孔等铸造缺陷的产生，减少铸态成品种的渗碳体数量，提高抗拉强度和屈服强度，使铁素体得到强化；所得成品耐磨性好，摩擦系数高，具有高强度力学性能和高抗热疲劳性，用于重型汽车发动机铸造，能够提高其耐用性，延长其使用寿命。

Description

一种抗热疲劳的重型汽车发动机铸造材料
技术领域
本发明属于汽车材料技工技术领域，具体涉及一种抗热疲劳的重型汽车发动机铸造材料。
背景技术
汽车发动机是为汽车提供动力的发动机，是汽车的心脏，影响汽车的动力性、经济性和环保性，随着随着我国物流、交通运输业的快速发展，重型汽车正在向高速和高性能方向发展，为保证重型汽车的行驶安全性能要求，对其发动机缸体缸盖的材料和制备工艺提出了更高的工艺和性能要求。普通发动机采用灰铸铁材料制备，灰铸铁具有良好的流动性、铸造性能，制造成本低，铸件质量容易控制而且具有其特定的优良性能，如抗疲劳耐磨性、减震性及加工性能等，使得灰铸铁自问世以就在铸造生产中成为许多铸件的首选材料。同时,随着汽车载重和速度的增加,使得所需要的材料应当发展成同时具有高强度、高抗热疲劳性和良好的耐磨性。抗热疲劳性随着石墨含量的增加而增加,强度则因石墨片的改善或随珠光体的增加而增加。石墨的含量主要取决于C含量,但也受Si和Cu及Sn的小范围影响。石墨片的形状和大小,以及珠光体的强度受到其他合金的影响,特别是Mo、Cr、Cu 和Sn。目前，现有的技术和灰铁材料有其本身性能限制，容易造成汽车发动机的寿命短，更换频繁，甚至易造成安全事故，因此材料向合金铸铁方面发展，进一步研究。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种抗热疲劳的重型汽车发动机铸造材料。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种抗热疲劳的重型汽车发动机铸造材料，包含以下重量份的成分：铸铁500份，赤泥80-100份，铝50-70份，改性芳纶纤维15-20份，纳米氢氧化钴8-15份，硼化钒3-6份，钛酸锶钡2-5份，钨酸钠1-2份，铈1-2份，钍2-4份，锰6-8份，钇3-5份，镍6-10份；
其中，所述赤泥在400-450℃的条件下烘干15-20分钟，研磨至粒径为200-400nm使用。
作为对上述方案的进一步改进，所述改性芳纶纤维由稀土溶液对芳纶纤维进行改性，取一定量的芳纶纤维，加入相当于其重量5%的稀土溶液，送入球磨机中，在转速为400-450转/分钟的条件下球磨30-40分钟，取出后，经微波干燥即得。
作为对上述方案的进一步改进，所述稀土溶液由镧系稀土、硝酸铵和水以2:3:5的重量比混合得到。
本发明中抗热疲劳的重型汽车发动机铸造材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将上述除赤泥和改性芳纶纤维外的成分加热至1670-1720℃，熔炼后加入赤泥，得到铁水；
（2）在铁水中加入相当于铁水重量0.16%的孕育剂，进行第一次孕育，待孕育剂完全融化后将铁水转入浇注包进行随流孕育,在随流孕育时在上述浇注包内加入改性纤维芳纶和相当于铁水重量0.24%的孕育剂，孕育完成后得到浇筑液；
（3）通过浇口向型砂中浇筑浇筑液，冷却凝固，取出后等温淬火热处理，处理时间为5-6小时，温度为800-1000℃。
其中，所述孕育剂由以下重量份的原料制得：四氧化三钴0.006-0.008，锰4.48，铅0.046，锑0.057，硅22，钙7，镁6，铝2.5，铁60。
其中，所述第一次孕育的时间为15-20分钟，转入浇注包时的温度为1620-1700℃，所述随流孕育的时间为5-8分钟，浇筑液的出炉温度为1420-1460℃。
本发明相比现有技术具有以下优点：本发明中通过对赤泥处理用于铸造，不仅对其得到了有效利用，更增加了铸造的成分来源，配合相应的配料与两次孕育工艺制备，能够保证碳、硅的含量，避免缩松缩孔等铸造缺陷的产生，减少铸态成品种的渗碳体数量，提高抗拉强度和屈服强度，使铁素体得到强化；所得成品耐磨性好，摩擦系数高，具有高强度力学性能和高抗热疲劳性，用于重型汽车发动机铸造，能够提高其耐用性，延长其使用寿命。
具体实施方式
实施例1
一种抗热疲劳的重型汽车发动机铸造材料，包含以下重量份的成分：铸铁500份，赤泥80份，铝70份，改性芳纶纤维18份，纳米氢氧化钴12份，硼化钒6份，钛酸锶钡2份，钨酸钠1份，铈2份，钍4份，锰8份，钇3份，镍10份；
其中，所述赤泥在420℃的条件下烘干18分钟，研磨至粒径为200nm使用。
其中，所述改性芳纶纤维由稀土溶液对芳纶纤维进行改性，取一定量的芳纶纤维，加入相当于其重量5%的稀土溶液，送入球磨机中，在转速为400-450转/分钟的条件下球磨30-40分钟，取出后，经微波干燥即得。
其中，所述稀土溶液由镧系稀土、硝酸铵和水以2:3:5的重量比混合得到。
一种抗热疲劳的重型汽车发动机铸造材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将上述除赤泥和改性芳纶纤维外的成分加热至1670-1720℃，熔炼后加入赤泥，得到铁水；
（2）在铁水中加入相当于铁水重量0.16%的孕育剂，进行第一次孕育，待孕育剂完全融化后将铁水转入浇注包进行随流孕育,在随流孕育时在上述浇注包内加入改性纤维芳纶和相当于铁水重量0.24%的孕育剂，孕育完成后得到浇筑液；
（3）通过浇口向型砂中浇筑浇筑液，冷却凝固，取出后等温淬火热处理，处理时间为5-6小时，温度为800-1000℃。
其中，所述孕育剂由以下重量份的原料制得：四氧化三钴0.006-0.008，锰4.48，铅0.046，锑0.057，硅22，钙7，镁6，铝2.5，铁60。
其中，所述第一次孕育的时间为15-20分钟，转入浇注包时的温度为1620-1700℃，所述随流孕育的时间为5-8分钟，浇筑液的出炉温度为1420-1460℃。
本实施例的材料经测试，抗拉强度为725MPa，延伸率为10.8%，屈服强度为416MPa，表面硬度为183HBW，韧性为9.4J/㎡，耐磨性比普通高锰钢提高24%，在重型汽车发动机使用，使用寿命提高了1.2倍。
实施例2
一种抗热疲劳的重型汽车发动机铸造材料，包含以下重量份的成分：铸铁500份，赤泥90份，铝60份，改性芳纶纤维15份，纳米氢氧化钴15份，硼化钒5份，钛酸锶钡2份，钨酸钠2份，铈1份，钍3份，锰6份，钇5份，镍8份；
其中，所述赤泥在450℃的条件下烘干15分钟，研磨至粒径为260nm使用。
除以上内容均与实施例1中相同。
本实施例的材料经测试，抗拉强度为732MPa，延伸率为10.2%，屈服强度为423MPa，表面硬度为185HBW，韧性为9.7J/㎡，耐磨性比普通高锰钢提高22%，在重型汽车发动机使用，使用寿命提高了1.5倍。
实施例3
一种抗热疲劳的重型汽车发动机铸造材料，包含以下重量份的成分：铸铁500份，赤泥100份，铝70份，改性芳纶纤维20份，纳米氢氧化钴8份，硼化钒4份，钛酸锶钡3份，钨酸钠2份，铈2份，钍2份，锰8份，钇3份，镍6份；
其中，所述赤泥在450℃的条件下烘干20分钟，研磨至粒径为400nm使用。
除以上内容均与实施例1中相同。
本实施例的材料经测试，抗拉强度为729MPa，延伸率为11.2%，屈服强度为414MPa，表面硬度为179HBW，韧性为9.6J/㎡，耐磨性比普通高锰钢提高26%，在重型汽车发动机使用，使用寿命提高了1.2倍。

Claims (3)

1.一种抗热疲劳的重型汽车发动机铸造材料，其特征在于，包含以下重量份的成分：铸铁500份，赤泥80-100份，铝50-70份，改性芳纶纤维15-20份，纳米氢氧化钴8-15份，硼化钒3-6份，钛酸锶钡2-5份，钨酸钠1-2份，铈1-2份，钍2-4份，锰6-8份，钇3-5份，镍6-10份；
其中，所述赤泥在400-450℃的条件下烘干15-20分钟，研磨至粒径为200-400nm使用。
2.如权利要求1所述一种抗热疲劳的重型汽车发动机铸造材料，其特征在于，所述改性芳纶纤维由稀土溶液对芳纶纤维进行改性，取一定量的芳纶纤维，加入相当于其重量5%的稀土溶液，送入球磨机中，在转速为400-450转/分钟的条件下球磨30-40分钟，取出后，经微波干燥即得。
3.如权利要求2所述一种抗热疲劳的重型汽车发动机铸造材料，其特征在于，所述稀土溶液由镧系稀土、硝酸铵和水以2:3:5的重量比混合得到。
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