CN1084901A

CN1084901A - 铁路内燃机车铌铸铁汽缸套与活塞环

Info

Publication number: CN1084901A
Application number: CN 92106728
Authority: CN
Inventors: 鞠凯贺; 戴尚峰; 王世建; 王安乐; 王传杰; 丁潍民; 杨忠诚; 李云升; 朱振强; 王发生
Original assignee: Shandong Inst Of New Material; HUASHANG FOUNDRY OF REPLACEMENT FACTORY OF JINAN RAILWAY BUREAU
Current assignee: Shandong Inst Of New Material; HUASHANG FOUNDRY OF REPLACEMENT FACTORY OF JINAN RAILWAY BUREAU
Priority date: 1992-09-29
Filing date: 1992-09-29
Publication date: 1994-04-06
Anticipated expiration: 2007-09-29
Also published as: CN1032550C

Abstract

本发明属于一种制造内燃机车柴油机汽缸套用的合金铸铁。本合金铸铁除含有铁、碳、硅、硫、磷五大元素外，同时加入了金属锰、铜、铌。本合金铸铁的各种成分(重量百分比)为：C 2.7～3.2；Si 1.5～2.0； Mn 0.8～1.1；P＜0.3；S＜0.1；Cu 0.35～0.5；Nb 0.20 ～0.35；其余为Fe和杂质。本铌、镍铸铁合金不但机械性能高，而且基体中含有弥散分布的碳氮化铌硬质相起耐磨作用。它可以有效地降低本汽缸套的生产成本和延长本汽缸套的使用寿命。

Description

本发明属于一种制造铁路内燃机车柴油机气缸套和活塞环用的合金铸铁。

目前，铁路内燃机车柴油机用的气缸套的材质按照铁道部标准TB1429-82的规定有硼铸铁、中磷合金铸铁、钒钛铸铁、铬钼铜合金铸铁四种。根据铁道部的标准TB1429-82的规定还有该气缸套的铸件的机械性能不低于HT25-47牌号性能的铸铁，其气缸套本体的硬度要求为硼铸铁HB207～285;中磷合金铸铁HB215～285;钒钛铸铁HB205～255;铬钼铜合金铸铁HB212～280。由于上述合金的本身硬度比较低，其合金铸铁中产生的尖磷物的硬度也不算高，而且分布也不均匀，故此，它的工作表面的硬度不能满足于使用要求，因此，使用上述合金铸铁制造的气缸套要经过如下几种方法进行表面处理：a、磷化;b、电接触淬火;c、氮化;d、镀铬。由于以上几种表面处理方法对工艺水平要求比较高，而且费时、费力，如气缸套内表面进行电接触淬火时，硬化深度不应小于0.2mm，硬度HRC50～60，淬火面积为气缸套工作总面积的40～60%，淬硬点和间隔应均匀分布。象这样进行表面处理后的气缸套的平均使用寿命也只有20～30万公里。目前，内燃机车柴油机用的活塞环按照铁道部部标准TB1382～82的规定。它所使用的材料也是合金铸铁，为了保证其本活塞环的耐磨性能，活塞环本体的硬度应为HRB94～107，同时活塞环的表面要进行镀锡、镀铬、喷钼合金或磷化表面处理，对活塞环的表面处理工艺水平和表面处理质量要求很高。而且也是费工、费时，制造成本也比较高。再者，对于内燃机车的气缸套和活塞环所使用的合金铸铁，由于熔点都比较高，需要用电炉熔炼，对电力的消耗比较大，这样也造成了严重的能源浪费。

本发明的目的是为了克服上述不足，发明的一种耐磨损、使用寿命长，而且不需要表面处理即可应用的铁路内燃机车气缸套、活塞环用合金铸铁。

本发明是这样实现的，本内燃机车气缸套、活塞环同合金铸铁除含有铁、碳、硅、硫、磷五大元素外，同时还加入了金属锰、铜、铌。本合金铸铁中加入金属锰，主要是促进本合金中珠光体的形成，因此本合金铸铁中金属锰的加入量最好为合金重量的0.8～1.19%。金属铜在铸铁中的溶解度为铸铁重量的0.35%，加入铸铁重量的0.35%以上的铜可以改变奥氏体和尖板体的相变过程中碳原子的扩散速度，促使形成珠光体，并能细化珠光体。在铸铁的冷却过程中，特别是时效处理时，铜从固溶体中沉淀出来，强化了基体，并能显著地提高珠光体的显微硬度。本合金铸铁中铜的含量最好控制在合金铸铁重量的0.35～0.5%。金属铌是本合金铸铁中关键的金属元素，由于金属铌在铸铁中与氮、碳有较强的亲合力。在本合金铸铁中加入金属铌后，不仅能固溶和强化基体，提高本合金铸铁的机械性能，更主要地是能在基体中析出粒度为2～8um，显微硬度HV₁₀＞2000的碳氮化铌硬质相，该碳氮化铌硬质相弥散分布在本合金铸铁中。弥散分布在本合金铸铁中的碳氮化铌硬质相主要起支撑耐磨的作用，它可以大大地提高本合金铸铁的耐磨性能，从而可以有效地延长气缸套的使用寿命。金属铌的加入量最好为本合金铸铁重量的0.15～0.35%。本合金铸铁中金属铌的加入形式，最好在本合金熔炼时，以金属铌合金的形式加入到熔炼炉中。综上所述，本合金铸铁中各种金属成份的含量（重量百分比）为：

C：2.7～3.2; Si：1.5～2.0;

Mn：0.8～1.1; P：＜0.3; S：＜0.1

Cu：0.35～0.5; Nb：0.15～0.35;

其余为Fe和杂质。

上述成份中所说的杂质是数量很少的金属或非金属物质，其中金属物质包括钒、钛、镧、铈、铼等稀土元素，从整个合金的重量百分比来说，本杂质可以忽略不计。

按照上述成份生产出来的合金铸铁件的机械性能可以达到或超过HT25～47牌号性能的铸铁。其基体硬度HB210～260。

为了进一步细化晶粒和珠光体，提高本合金铸铁的机械性能和韧性，本合金铸铁中最好再加入金属镍，其金属镍的加入量为本合金铸铁重量的0.2～0.3%为最佳。本合金铸铁的最佳成份及各自所占的重量百分比为：

C：2.7～3.2; Si：1.5～2.0;

Mn：0.8～1.1; P：＜0.3; S：＜0.1;

Cn：0.35～0.5; Nb：0.2～0.35;

Ni：0.2～0.3; 其余为Fe和杂质。

按照上述成分生产出来的合金铸铁气缸套和活塞环的机械性能如下：

抗弯强度＞560N/mm²;抗拉强度＞294N/mm²;

挠度＞1.2; 硬度：HB210～260。

本合金铸铁气缸套的金相组织为：石墨形态为细片状。基体组织为索氏体状珠光体，其基体中的铁素体数量不大于5%。本合金铸铁中碳氮化铌硬质相的粒度为2～8um，以每平方毫米100粒以上弥散分布在基体中。

本合金铸铁中显微组织的硬度为：

碳氮化铌：1500～2500（HV）;

磷尖晶复合物：700～1300（HV）。

由于本合金铸铁中除铁、碳、硅、硫、磷五大元素外，同时又加入了金属锰、铜、铌、镍，本合金铸铁中多种金属元素的加入，强化了珠光体，增加了分散度、细化了晶粒和稳定了化合物。特别是金属铌的加入，使基体中析出了高显微硬度的碳氮化铌硬质相，该碳氮化铌硬质相弥散分布于基体中。用本合金铸铁制造成气缸套或活塞环后，其碳氮化铌硬质相作为气缸套工作面或活塞环工作面的第一滑动面，起支撑耐磨的作用。由于本碳氮化铌的显微硬度为HV1500～2500，而现在内燃机车所用的气缸套表面处理后的白亮层的显微硬度为HV1300～1500，活塞环的本体硬度为HRB94～107，因此用本合金铸铁生产的气缸套和活塞环的耐磨性能比用传统地合金铸铁生产的气缸套和活塞环的耐磨性能有了较大的提高，用本合金铸铁生产的气缸套和活塞环机械加工后不需要经过表面处理即可使用，从而可以节省由于表面处理所需要的费用。再者，用本合金铸铁生产的气缸套和活塞环是以其工作表面的碳氮化铌硬质相为耐磨支撑点，由于它们的基体相对来说硬度较低，气缸套和活塞环工作面被磨损的首先是硬度较低的基体，其气缸套和活塞环工作面的基体被磨损后，被磨损的部分形成储油槽和能使气缸套和活塞环的工作表面形成良好地润滑油膜，这样气缸套和活塞环的工作面不但有良好的耐磨支点，而且可以得到良好的润滑，从而可以有效地延长气缸套的使用寿命。另外本合金铸铁熔炼时的出炉温度控制在1440±20℃，浇注温度不低于1330℃即可，因此制造内燃机车气缸套和活塞环的本合金铸铁用冲天炉进行熔炼即可，这样也可以节约大量地电力，有效地解决电力紧张的矛盾，同时也有效地节约了能源。经测试用本合金铸铁生产的气缸套的使用寿命可达60～70万公里。

Claims

1、铁路内燃机车铌铸铁气缸套与活塞环，其特征在于：它的组分(重量百分比)为：

C：2.7～3.2； Si：1.5～2.0；

Mn：0.8～1.1；P：＜0.3； S：＜0.1；

Cu：0.35～0.5；Nb：0.15～0.35；

其余为Fe和杂质。

2、根据权利要求1所述的铁路内燃机车铌铸铁气缸套与活塞环，其特征在于：它的组分（重量百分比）为：

C：2.7～3.2; Si：1.5～2.0;

Mn：0.8～1.1; P：＜0.3; S：＜0.1;

Cu：0.35～0.5; Nb：0.2～0.35;

Ni：0.2～0.3; 其余为Fe和杂质。