CN106521308B

CN106521308B - 船用柴油机活塞环底环材料的铸造方法

Info

Publication number: CN106521308B
Application number: CN201611130764.8A
Authority: CN
Inventors: 王欣; 葛春青; 卫学红
Original assignee: Dalian Jin Jin New Energy Equipment Co Ltd
Current assignee: Dalian Jin Jin New Energy Equipment Co Ltd
Priority date: 2016-12-09
Filing date: 2016-12-09
Publication date: 2018-12-28
Anticipated expiration: 2036-12-09
Also published as: CN106521308A

Abstract

本发明公开了一种船用柴油机活塞环底环材料DPR‑D5及其铸造方法，在铸铁中加入少量的铜、钼、镍元素可细化珠光体，也能细化石墨；加入铬能改善并提高力学性能及耐热性；加入锰可溶于基体和碳化物中，既强化基体，又增加碳化物的稳定性，还能促使形成细珠光体。本发明的合金铸铁DPR‑D5的石墨形态为片状石墨IA3‑5，基体组织为珠光体、少量铁素体及硬质相(渗碳体+磷共晶)，经检测，合金铸铁DPR‑D5具有硬度适中、抗弯强度高、耐磨耐腐蚀性好等优点，各项技术指标均达到MAN‑B&W材料标准的CF5标准要求，可以替代进口材料CF5，用于MAN‑B&W柴油机活塞环底环的铸造，从而降低了制造成本，缩短了订货周期。

Description

船用柴油机活塞环底环材料的铸造方法

技术领域

本发明属于合金铸铁活塞环的铸造技术，特别是船用柴油机活塞环底环材料及其铸造方法。

背景技术

船用柴油机汽缸内通常有4道活塞环，第一道活塞环称为顶环，其它三道活塞环被称作底环。第一道活塞环承受的冲击力比下面的几道活塞环大，因此，顶环和底环的材质是不一样的。活塞环底环是船舶柴油机燃烧室中的一个关键零件。活塞环底环在工作过程中，既要承受高温、高压，又要承受剧烈的磨损和较大负荷的冲击，其性能的好坏直接影响了柴油机的工作效率及工作质量。而活塞环底环材料好坏直接决定了活塞环性能的优劣。目前我国仅能生产少量技术含量不高材质的船用活塞环。根据国内船标规定，合金铸铁活塞环公称直径D＞300mm时布氏硬度HB=195~266、筒体铸造活塞环的弹性模量E为112 kN/mm²、抗弯强度Rb大于471N/mm²；国内先进二冲程船用MAN-B＆W柴油机生产商所用的活塞环底环均为国外进口。MAN-B＆W柴油机的活塞环底环性能要求布氏硬度为HB200-240、弹性模量E为108-132 kN/mm²、抗弯强度Rb=500-750N/mm²。显然，按国内标准生产的活塞环底环不能满足二冲程船用MAN-B＆W柴油机的要求。随着国内船舶行业发展势头的快速进步，船用柴油机的产量逐年加大，船用活塞环底环的需求量也逐年加大。由国外进口活塞环底环存在的问题：一是成本越来越高，二是订货周期长。急需开发研制性能优良的船用活塞环底环，替代进口的活塞环底环。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种既可以降低成本并缩短订货周期，又能够达到二冲程船用MAN-B＆W柴油机生产要求性能的船用柴油机活塞环底环材料DPR-D5及其铸造方法。

本发明的技术方案如下：

船用柴油机活塞环底环材料DPR-D5，组分及质量含量如下：

C： 3.0%～3.6%；

Si： 1.0%～1.6%；

Mn： 0.5%～1.0%；

Cr： ≤0. 5%；

Mo： 0.3%～0.7%；

Cu： 0.6%～1.2%；

Ni: ≤0.05%；

Ti： ≤0.05%；

P： 0.1%～0.3%；

S： ≤0.11%；

Mg： ≤0.005%；

其余组分为Fe。

进一步地，所述的其余组分为Fe和不可避免杂质。

船用柴油机活塞环底环的铸造方法，包括以下步骤：

A、配制原料：按照船用柴油机活塞环底环材料DPR-D5的组分配制原料；

B、熔炼：用熔炼炉将步骤A的配料熔炼成铁水；根据铸件的毛坯规格组和毛坯壁厚，加入硅钙孕育剂，并调整出炉温度及浇注温度；具体控制指标见表1，表中毛坯规格组用毛坯外径尺寸表示；

表1：控制指标表

进一步地，所述的熔炼炉为变频感应电炉。

进一步地，所述的硅钙孕育剂由埃肯碳素（中国）有限公司生产，至少包括以下质量含量的组分：

Si: 73%-78%；

Ca: 0.75%-1.25%；

Ba: 0.75%-1.25%；

Al: 0.75%-1.25%。

进一步地，所述的浇注温度在气温低于-10℃时靠近上限，在气温高于25℃时靠近下限。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明通过对活塞环底环材料化学组分及质量百分含量的控制，得到了合金铸铁DPR-D5。本发明在铸铁中加入少量的铜、钼、镍元素可细化珠光体，也能细化石墨；加入铬能改善并提高力学性能及耐热性；加入锰可溶于基体和碳化物中，既强化基体，又增加碳化物的稳定性，还能促使形成细珠光体。从石墨的形核规律出发，推断出硅的含量在石墨初期形核期间起较大作用。经实验证明，孕育剂含量越多，片状石墨的数量越多；铸件壁厚越厚，片状石墨越粗、越长。通过严控孕育剂的用量，根据铸件的大小、壁厚对冷却速度要求的不同，调整出炉温度及浇注温度以达到改变石墨形态及分布的目的。

2、本发明浇注成的合金铸铁DPR-D5的石墨形态为片状石墨IA3-5，基体组织为珠光体、少量铁素体及硬质相（渗碳体+磷共晶），经检测，弹性模量E达120 kN/mm²以上，布氏硬度为HB200-240，抗弯强度Rb=500-750N/mm²。由此可见，合金铸铁DPR-D5具有硬度适中、抗弯强度高、耐磨耐腐蚀性好等优点，各项技术指标均达到MAN-B＆W材料标准的CF5标准要求，可以替代进口材料CF5，用于MAN-B＆W柴油机活塞环底环的铸造。

3、由于本发明达到了MAN-B＆W柴油机活塞环底环的性能要求，不需要再从国外进口，采用本发明生产的活塞环价格至少比进口活塞环的价格降低1/3，常用的规格的活塞环都备有库存，不常用规格生产周期为1个月左右。而进口活塞环进货周期要3个月左右。由此可见，本发明从而低了制造成本，缩短了订货周期。

附图说明

图1是合金铸铁DPR-D5在100倍金相显微镜下石墨形态大小示意图。

图2是合金铸铁DPR-D5在500倍金相显微镜下腐蚀后基体示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步地描述。

实施例一：

船用柴油机活塞环底环的铸造方法，包括以下步骤：

1、按如下质量百分比配料：C:3.0%，Si:1.4%，Mn: 0.84%，Cr: 0.1%，Mo:0.49%，Cu:0.99%，Ti:≤0.05%，P: 0.1%，S≤0.05%，Mg: ≤0.005%，其余为Fe和不可避免杂质;

2、熔炼：用变频感应电炉将步骤1的配料熔炼成铁水，铸件为直径350mm、壁厚12mm的筒形毛坯，调整出炉温度为1450℃，加入0.35%的孕育剂，浇注温度为1390℃。

浇注成的合金铸铁DPR-D5基体组织为珠光体、少量铁素体及硬质相（渗碳体+磷共晶），力弹性模量E达112 kN/mm²，布氏硬度为HB219，抗弯强度Rb=560N/mm²。

实施例二：

船用柴油机活塞环底环的铸造方法，包括以下步骤：

1、按如下质量百分比配料：C:3.2%，Si:1.4%，Mn: 0.84%，Cr: 0.1%，Mo:0.49%，Cu:0.99%，Ti:≤0.05%，P: 0.1%，S≤0.05%，Mg: ≤0.005%，其余为Fe和不可避免杂质;

2、熔炼：用变频感应电炉将步骤1的配料熔炼成铁水，铸件为直径700mm、壁厚23mm的筒形毛坯，调整出炉温度为1420℃，加入0.28%的孕育剂，浇注温度为1360℃。

浇注成的合金铸铁DPR-D5基体组织为珠光体、少量铁素体及硬质相（渗碳体+磷共晶），力弹性模量E达120 kN/mm²，布氏硬度为HB226，抗弯强度Rb=600N/mm²。

实施例三：

船用柴油机活塞环底环的铸造方法，包括以下步骤：

按实施例2的步骤在气温为-15℃时进行熔炼，浇注温度为1363℃，其余与实施例2相同。

实施例四：

船用柴油机活塞环底环的铸造方法，包括以下步骤：

按实施例2的步骤在气温为28℃时进行熔炼，浇注温度为1357℃，其余与实施例2相同。

通过上述实施例熔炼出来的合金铸铁DPR-D5，在100倍金相显微镜下石墨形态大小如图1所示，从图中可见，本发明可得到无方向性分布均匀的A型片状石墨，长度为3-5级（依据GB/T7216-2009 灰铸铁金相检验），石墨长度适中，强度和耐磨性好。合金铸铁DPR-D5在500倍金相显微镜下腐蚀后基体如图2所示，从图中可见，基体组织为珠光体、少量铁素体及硬质相（渗碳体+磷共晶），珠光体细化，强度好。

上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims

1.船用柴油机活塞环底环的铸造方法，其特征在于：包括以下步骤：

A、配制原料：按照船用柴油机活塞环底环材料的组分配制原料；所述的组分按如下质量百分比配料：C：3.0%，Si：1.4%，Mn： 0.84%，Cr： 0.1%，Mo：0.49%，Cu：0.99%，Ti：≤0.05%，P： 0.1%，S：≤0.05%，Mg： ≤0.005%，其余为Fe和不可避免杂质：

B、熔炼：用熔炼炉将步骤A的配料熔炼成铁水；根据铸件的毛坯规格组和毛坯壁厚，加入硅钙孕育剂，并调整出炉温度及浇注温度；具体控制指标如下：

毛坯规格组大于350mm、420mm以内，毛坯壁厚12mm：孕育剂加入量0.35%，出炉温度1450±3℃，浇注温度1390±3℃；

毛坯规格组大于420mm、460mm以内，毛坯壁厚14mm：孕育剂加入量0.33%，出炉温度1440±3℃，浇注温度1380±3℃；

毛坯规格组大于460mm、500mm以内，毛坯壁厚17mm：孕育剂加入量0.32%，出炉温度1430±3℃，浇注温度1370±3℃；

毛坯规格组大于500mm、600mm以内，毛坯壁厚20mm：孕育剂加入量0.30%，出炉温度1425±3℃，浇注温度1365±3℃；

毛坯规格组大于600mm、700mm以内，毛坯壁厚23mm：孕育剂加入量0.28%，出炉温度1420±3℃，浇注温度1360±3℃；

毛坯规格组大于800mm，毛坯壁厚25mm：孕育剂加入量0.25%，出炉温度1415±3℃，浇注温度1350±3℃；

其中毛坯规格组用毛坯外径尺寸表示；

所述的硅钙孕育剂至少包括以下质量含量的组分：

Si: 73%-78%；

Ca: 0.75%-1.25%；

Ba: 0.75%-1.25%；

Al: 0.75%-1.25%。

2.根据权利要求1所述的船用柴油机活塞环底环的铸造方法，其特征在于：所述的熔炼炉为变频感应电炉。

3.根据权利要求1所述的船用柴油机活塞环底环的铸造方法，其特征在于：所述的浇注温度在气温低于-10℃时靠近上限，在气温高于25℃时靠近下限。