CN107502837A - 一种用于柴油机气缸盖的合金材料 - Google Patents

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Abstract

本发明主要涉及汽车发动机制造领域，公开了一种用于柴油机气缸盖的合金材料，由以下重量百分比的组分组成：石墨烯7~8%、有机硅树脂3.1~3.3%、镍2.2~2.4%、锰1.7~1.9%、铬1.3~1.5%、钼0.7~0.9%、钌0.6~0.8%、钨0.5~0.7%，其余为铁和不可避免的杂质；添加多种金属和非金属原料，使柴油机气缸盖的重量较传统铸铁气缸盖减少34~36%，硬度较铝合金气缸盖提高12~14%，提高了气缸盖的使用性能；将铁快速高温熔融，减少熔融液中的气泡，提高材料的精密度和强度；加入镍、锰、铬、钼、钌和钨后分阶段降温，逐渐退火，提高金属原料的强度和硬度，降低脆度。

Description

一种用于柴油机气缸盖的合金材料
技术领域
本发明主要涉及汽车发动机制造领域，尤其涉及一种用于柴油机气缸盖的合金材料。
背景技术
柴油发动机是燃烧柴油来获取能量释放的发动机，优点是功率大、经济性能好，但是柴油机功率大、重量大、制造和维修费用高，因此需要发动机的气缸盖能够承受燃烧过程中压力和温度的急剧变化、活塞运动的强烈摩擦以及外界温度的环境的骤然变化，具有较高的强度和刚度、良好的冷却性能和较高的耐磨性；目前气缸盖的大多有铸铁或铝合金铸造而成，但是铸铁气缸盖重量大，更加大了柴油机的重量，而铝合金气缸盖成本较高，硬度较低，强度较差，容易发生变形和损伤，消耗量较铸铁多。
发明内容
为了弥补已有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种用于柴油机气缸盖的合金材料。
一种用于柴油机气缸盖的合金材料，由以下重量百分比的组分组成：石墨烯7~8%、有机硅树脂3.1~3.3%、镍2.2~2.4%、锰1.7~1.9%、铬1.3~1.5%、钼0.7~0.9%、钌0.6~0.8%、钨0.5~0.7%，其余为铁和不可避免的杂质。
一种用于柴油机气缸盖的合金材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将铁加入熔融炉中，加热至1400~1600℃，保温熔融40~50分钟，减少熔融液中的气泡含量，提高合金材料的精密度和强度，得熔融铁；
（2）将镍、锰、铬、钼、钌和钨加入熔融铁中，搅拌均匀，于1100~1200℃保温30~40分钟，以1.7~1.9℃/分钟降温至800~900℃，保温40~50分钟，再以2.2~2.4℃/分钟降至室温，分阶段进行降温，使熔融料逐渐退火，进行第一次冷却，提高金属原料的强度和硬度，降低脆度，得一次冷却物；
（3）将石墨烯加入一次熔融物中，以1.8~2.2℃/分钟加热至1100~1200℃，搅拌均匀，保温30~40分钟，降温至700~800℃，进行缓慢升温，使原料充分混合，消除金属相变过程中产生的效应力和组织应力，提高气缸盖的强度、耐候性和耐磨性，减少柴油机使用过程中骤然高温和高压以及外界低温对气缸盖的损坏，延长气缸盖的使用寿命，加入有机硅树脂，搅拌均匀，保温3~4小时，提高合金材料的强度，降低脆度，避免温度骤变造成气缸盖产生裂纹或变形，减少柴油机运转过程中产生的磨损，得混合熔融物；
（4）将混合熔融物注入模具中进行浇铸，冷却后脱模，提高铸件强度，得铸件；
（5）将铸件加热到550~600℃，保温20~30分钟，置于亚硒酸钠溶液中进行淬火，提高合金材料的硬度，在表面形成保护膜，提高合金材料的耐腐蚀度，延长使用寿命，得用于内燃机气缸体的合金材料。
所述步骤（1）的加热，升温速度为2.1~2.3℃/分钟。
所述步骤（4）的冷却，降温速度为1.2~1.4℃/分钟。
所述步骤（5）的加热，升温速度为2.3~2.5℃/分钟。
所述步骤（5）的亚硒酸钠溶液，质量浓度为0.2~0.4%、温度为10~12℃。
本发明的优点是：本发明提供的用于柴油机气缸盖的合金材料，添加多种金属和非金属原料，使柴油机气缸盖的重量较传统铸铁气缸盖减少34~36%，硬度较铝合金气缸盖提高12~14%，提高了气缸盖的使用性能；先将铁进行快速高温熔融，减少熔融液中的气泡含量，提高合金材料的精密度和强度；加入镍、锰、铬、钼、钌和钨后分阶段进行降温，使熔融料逐渐退火，进行第一次冷却，提高金属原料的强度和硬度，降低脆度；将石墨烯加入一次熔融物后进行缓慢升温，使原料充分混合，消除金属相变过程中产生的效应力和组织应力，提高气缸盖的强度、耐候性和耐磨性，减少柴油机使用过程中骤然高温和高压以及外界低温对气缸盖的损坏，使气缸盖的使用寿命延长18~20%，节约大量维修成本；降温后加入有机硅树脂进行保温熔融，提高合金材料的强度，降低脆度，避免温度骤变造成气缸盖产生裂纹或变形，减少柴油机运转过程中产生的磨损，延长气缸盖的使用寿命；熔融物加入模具后进行缓慢降温，提高合金材料的强度，脱模后进行快速升温和低温亚硒酸钠溶液淬火降温，提高合金材料的硬度，在表面形成保护膜，提高合金材料的耐腐蚀度，延长使用寿命。
具体实施方式
下面用具体实施例说明本发明。
实施例1
一种用于柴油机气缸盖的合金材料，由以下重量百分比的组分组成：石墨烯7%、有机硅树脂3.1%、镍2.2%、锰1.7%、铬1.3%、钼0.7%、钌0.6%、钨0.5%，其余为铁和不可避免的杂质。
一种用于柴油机气缸盖的合金材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将铁加入熔融炉中，升温速度为2.1℃/分钟，加热至1400℃，保温熔融40分钟，减少熔融液中的气泡含量，提高合金材料的精密度和强度，得熔融铁；
（2）将镍、锰、铬、钼、钌和钨加入熔融铁中，搅拌均匀，于1100℃保温30分钟，以1.7℃/分钟降温至800℃，保温40分钟，再以2.2℃/分钟降至室温，分阶段进行降温，使熔融料逐渐退火，进行第一次冷却，提高金属原料的强度和硬度，降低脆度，得一次冷却物；
（3）将石墨烯加入一次熔融物中，以1.8℃/分钟加热至1100℃，搅拌均匀，保温30分钟，降温至700℃，进行缓慢升温，使原料充分混合，消除金属相变过程中产生的效应力和组织应力，提高气缸盖的强度、耐候性和耐磨性，减少柴油机使用过程中骤然高温和高压以及外界低温对气缸盖的损坏，延长气缸盖的使用寿命，加入有机硅树脂，搅拌均匀，保温3小时，提高合金材料的强度，降低脆度，避免温度骤变造成气缸盖产生裂纹或变形，减少柴油机运转过程中产生的磨损，得混合熔融物；
（4）将混合熔融物注入模具中进行浇铸，降温速度为1.2℃/分钟，冷却后脱模，提高铸件强度，得铸件；
（5）将铸件加热到550℃，升温速度为2.3℃/分钟，保温20分钟，置于亚硒酸钠溶液中进行淬火，质量浓度为0.2%、温度为10~12℃，提高合金材料的硬度，在表面形成保护膜，提高合金材料的耐腐蚀度，延长使用寿命，得用于内燃机气缸体的合金材料。
实施例2
一种用于柴油机气缸盖的合金材料，由以下重量百分比的组分组成：石墨烯7.5%、有机硅树脂3.2%、镍2.3%、锰1.8%、铬1.4%、钼0.8%、钌0.7%、钨0.6%，其余为铁和不可避免的杂质。
一种用于柴油机气缸盖的合金材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将铁加入熔融炉中，升温速度为2.2℃/分钟，加热至1500℃，保温熔融45分钟，减少熔融液中的气泡含量，提高合金材料的精密度和强度，得熔融铁；
（2）将镍、锰、铬、钼、钌和钨加入熔融铁中，搅拌均匀，于1150℃保温35分钟，以1.8℃/分钟降温至850℃，保温45分钟，再以2.3℃/分钟降至室温，分阶段进行降温，使熔融料逐渐退火，进行第一次冷却，提高金属原料的强度和硬度，降低脆度，得一次冷却物；
（3）将石墨烯加入一次熔融物中，以1.9℃/分钟加热至1150℃，搅拌均匀，保温35分钟，降温至750℃，进行缓慢升温，使原料充分混合，消除金属相变过程中产生的效应力和组织应力，提高气缸盖的强度、耐候性和耐磨性，减少柴油机使用过程中骤然高温和高压以及外界低温对气缸盖的损坏，延长气缸盖的使用寿命，加入有机硅树脂，搅拌均匀，保温3.5小时，提高合金材料的强度，降低脆度，避免温度骤变造成气缸盖产生裂纹或变形，减少柴油机运转过程中产生的磨损，得混合熔融物；
（4）将混合熔融物注入模具中进行浇铸，降温速度为1.3℃/分钟，冷却后脱模，提高铸件强度，得铸件；
（5）将铸件加热到580℃，升温速度为2.4℃/分钟，保温25分钟，置于亚硒酸钠溶液中进行淬火，质量浓度为0.3%、温度为10~12℃，提高合金材料的硬度，在表面形成保护膜，提高合金材料的耐腐蚀度，延长使用寿命，得用于内燃机气缸体的合金材料。
实施例3
一种用于柴油机气缸盖的合金材料，由以下重量百分比的组分组成：石墨烯8%、有机硅树脂3.3%、镍2.4%、锰1.9%、铬1.5%、钼0.9%、钌0.8%、钨0.7%，其余为铁和不可避免的杂质。
一种用于柴油机气缸盖的合金材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将铁加入熔融炉中，升温速度为2.3℃/分钟，加热至1600℃，保温熔融50分钟，减少熔融液中的气泡含量，提高合金材料的精密度和强度，得熔融铁；
（2）将镍、锰、铬、钼、钌和钨加入熔融铁中，搅拌均匀，于1200℃保温40分钟，以1.9℃/分钟降温至900℃，保温50分钟，再以2.4℃/分钟降至室温，分阶段进行降温，使熔融料逐渐退火，进行第一次冷却，提高金属原料的强度和硬度，降低脆度，得一次冷却物；
（3）将石墨烯加入一次熔融物中，以2.2℃/分钟加热至1200℃，搅拌均匀，保温40分钟，降温至800℃，进行缓慢升温，使原料充分混合，消除金属相变过程中产生的效应力和组织应力，提高气缸盖的强度、耐候性和耐磨性，减少柴油机使用过程中骤然高温和高压以及外界低温对气缸盖的损坏，延长气缸盖的使用寿命，加入有机硅树脂，搅拌均匀，保温4小时，提高合金材料的强度，降低脆度，避免温度骤变造成气缸盖产生裂纹或变形，减少柴油机运转过程中产生的磨损，得混合熔融物；
（4）将混合熔融物注入模具中进行浇铸，降温速度为1.4℃/分钟，冷却后脱模，提高铸件强度，得铸件；
（5）将铸件加热到600℃，升温速度为2.5℃/分钟，保温30分钟，置于亚硒酸钠溶液中进行淬火，质量浓度为0.4%、温度为10~12℃，提高合金材料的硬度，在表面形成保护膜，提高合金材料的耐腐蚀度，延长使用寿命，得用于内燃机气缸体的合金材料。
对比例1
去除石墨烯，其余制备方法，同实施例1。
对比例2
去除有机硅树脂，其余制备方法，同实施例1。
对比例3
去除钼，其余制备方法，同实施例1。
对比例4
去除钌，其余制备方法，同实施例1。
对比例5
步骤（1）中的升温速度改为4.3℃/分钟，其余制备方法，同实施例1。
对比例6
步骤（2）直接自然降温，其余制备方法，同实施例1。
对比例7
步骤（3）中以4.5℃/分钟加热，其余制备方法，同实施例1。
对比例8
步骤（4）中的降温速度为3.8℃/分钟，其余制备方法，同实施例1。
对比例9
去除步骤（5），其余制备方法，同实施例1。
对比例10
现有传统铸铁气缸盖的材料。
对比例11
现有传统铝合金气缸盖的材料。
实施例和对比例气缸盖合金材料的性能：
分别选择实施例和对比例的气缸盖材料，检测材料的室温下抗拉强度、布氏硬度、伸长率和磨损率，实施例和对比例气缸盖合金材料的性能见表1。
表1：实施例和对比例气缸盖合金材料的性能
项目 室温下抗拉强度/（Mpa） 布氏硬度/（HBS） 伸长率/（%） 磨损率/（g/（mm·N））
实施例1 496 167 2.3 1.16×10-9
实施例2 498 172 2.1 1.13×10-9
实施例3 495 166 2.4 1.18×10-9
对比例1 452 127 6.6 1.89×10-9
对比例2 454 129 6.3 1.87×10-9
对比例3 466 137 5.8 1.75×10-9
对比例4 463 131 5.9 1.79×10-9
对比例5 459 128 6.2 1.82×10-9
对比例6 456 127 6.4 1.85×10-9
对比例7 453 124 6.7 1.88×10-9
对比例8 457 129 6.2 1.83×10-9
对比例9 448 123 6.7 1.89×10-9
对比例10 454 125 6.6 1.87×10-9
对比例11 425 121 7.2 1.96×10-9
从表1的结果表明，实施例的用于柴油机气缸盖的合金材料，室温下抗拉强度和布氏硬度明显较对比例高，伸长率和磨损率明显较对比例低，说明本发明提供的用于柴油机气缸盖的合金材料具有很好的性能指标。

Claims (6)

1.一种用于柴油机气缸盖的合金材料，其特征在于，由以下重量百分比的组分组成：石墨烯7~8%、有机硅树脂3.1~3.3%、镍2.2~2.4%、锰1.7~1.9%、铬1.3~1.5%、钼0.7~0.9%、钌0.6~0.8%、钨0.5~0.7%，其余为铁和不可避免的杂质。
2.一种根据权利要求1所述用于柴油机气缸盖的合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将铁加入熔融炉中，加热至1400~1600℃，保温熔融40~50分钟，得熔融铁；
（2）将镍、锰、铬、钼、钌和钨加入熔融铁中，搅拌均匀，于1100~1200℃保温30~40分钟，以1.7~1.9℃/分钟降温至800~900℃，保温40~50分钟，再以2.2~2.4℃/分钟降至室温，得一次冷却物；
（3）将石墨烯加入一次熔融物中，以1.8~2.2℃/分钟加热至1100~1200℃，搅拌均匀，保温30~40分钟，降温至700~800℃，加入有机硅树脂，搅拌均匀，保温3~4小时，得混合熔融物；
（4）将混合熔融物注入模具中进行浇铸，冷却后脱模，得铸件；
（5）将铸件加热到550~600℃，保温20~30分钟，置于亚硒酸钠溶液中进行淬火，得用于内燃机气缸体的合金材料。
3.根据权利要求2所述用于柴油机气缸盖的合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）的加热，升温速度为2.1~2.3℃/分钟。
4.根据权利要求2所述用于柴油机气缸盖的合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）的冷却，降温速度为1.2~1.4℃/分钟。
5.根据权利要求2所述用于柴油机气缸盖的合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（5）的加热，升温速度为2.3~2.5℃/分钟。
6.根据权利要求2所述用于柴油机气缸盖的合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（5）的亚硒酸钠溶液，质量浓度为0.2~0.4%、温度为10~12℃。
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CN109881098A (zh) * 2019-03-18 2019-06-14 刘闪闪 一种用于食品加工机械的耐腐蚀合金材料

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