CN108559903B - 一种控制冷却贝氏体球墨铸铁气缸套及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及气缸套技术领域，特别是指一种控制冷却贝氏体球墨铸铁气缸套及其制备方法。按质量百分比计，组成为(%)：碳3.5‑3.9；硫≤0.015；硅2.7‑3.0；磷≤0.06；锰≤0.25；钼0.8‑1.0；钨0.1‑0.3；铜0.8‑1.0；锑0.01‑0.015；铌0.1‑0.2；镁0.03‑0.06；稀土0.02‑0.04；余量为铁。本发明气缸套性能如下：硬度300‑350HB，抗拉强度Rm＞850Mpa，弹性模量E>170GPa，将其应用于内燃机缸套上，使用效果优良。

Description

一种控制冷却贝氏体球墨铸铁气缸套及其制备方法
技术领域
本发明涉及气缸套技术领域，特别是指一种控制冷却贝氏体球墨铸铁气缸套及其制备方法。
背景技术
气缸套是内燃机的关键零件之一，目前其材质多为合金灰铸铁和中碳钢制造。将要出台的国六标准要求的排放物只是国五标准的50%左右，对气缸套的性能提出了更高的要求。贝氏体球铁可满足高强度的要求，但利用等温淬火方式获得贝氏体球铁，一方面污染环境，一方面使劳动条件变差，另一方面增加了生产成本。再有，目前的贝氏体球铁切削性能较差。因此开发成本较低的高强度、高弹性模量、易切削气缸套材料是一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明提出一种控制冷却贝氏体球墨铸铁气缸套及其制备方法，解决开发高强度、高弹性模量、易切削贝氏体球墨铸铁气缸套的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种控制冷却贝氏体球墨铸铁气缸套，所述球墨铸铁气缸中各成份的含量以百分数计为：碳3.5-3.9、硫≤0.015、硅2.7-3.0、磷≤0.06、锰≤0.25、钼0.8-1.0、钨0.1-0.3、铜0.8-1.0、锑0.01-0.015、铌0.1-0.2、镁0.03-0.06、稀土0.02-0.04，余量为铁。
所述的控制冷却贝氏体球墨铸铁气缸套的制备方法，步骤为：
（1）采用无芯中频感应电炉，炼制成含有合适成份的铁液；
（2）铁液出火后加入球化剂和孕育剂分别进行球化和孕育，得待铸液；
（3）将待铸液通过离心铸造工艺制备毛坯气缸套；
（4）将毛坯气缸套置于压缩空气内，匀速降温至430℃，保温2小时出箱；
（5）将经步骤（4）处理过的毛坯气缸套，依次进行保温550℃两小时、500℃一小时处理，即得贝氏体球墨铸铁气缸套。
所述铁液的成份以百分数计为：碳3.5-3.9、硫≤0.015、硅2.7-3.0、磷≤0.06、锰≤0.25、钼0.8-1.0、钨0.1-0.3、铜0.8-1.0、锑0.01-0.015、铌0.1-0.2、镁0.03-0.06、稀土0.02-0.04，余量为铁。
所述步骤（2）中，球化剂为宁夏铸峰ZFCR-4.5球化剂，球化剂占铁液质量的1.4%。
所述步骤（2）中，孕育剂为硅钡孕育剂，孕育剂占铁液质量的1.2%。
所述步骤（4）中，匀速降温的速度为每秒下降2-2.5℃；保温两小时指于400℃和350℃每段保温1小时。
本发明的有益效果在于：
1、本发明对球墨铸铁的成分进行了调整：Sb的加入是为了保证凝固时球状石墨的圆整度；降低Mn是为了降低奥氏体稳定性；Mo、W、Cu、Nb可使珠光体和贝氏体的C曲线分离，同时使珠光体的C曲线偏离Y轴；Si提高是为了扩大生成贝氏体转变范围；以上元素的合理组合使控制冷却贝氏体转变得以实现。
2、本发明控制冷却贝氏体球铁不通过热处理就可获得等温淬火球墨铸铁抗拉强度800MPa以上的标准，采用等温度淬火的方式得到一只12公斤的半成品，用于热处理的成本为11元，而采用控制冷却方法得到一只12公斤的半成品，其热处理退火只需要0.7元，仅热处理费用一只就节约10.3元，月产量1万只就节约10.3万元。
3、本发明在相同的切削条件下：采用日本住友的硬质合金涂层刀具，一个刀片加工ADI的数量为30只左右，而加工控制冷却贝氏体球铁达60只以上；采用俄罗斯阿尔玛斯的CBN刀具，一个刀片加工ADI的数量为40只左右，而加工控制冷却贝氏体球铁可达85只以上；因此，控制冷却贝氏体球铁的可切削性能超出ADI球铁一倍以上。
4、本发明气缸套在制备时，先通过熔炼球化再通过控制冷却及保温获得贝氏体组织，最后通过回火处理使材料凸显出高强度、易切削的优越性，这是在气缸套材料应用珠光体球铁、ADI球铁等后，首次作为气缸套材料的控制冷却贝氏体球铁，制得的气缸套性能如下：硬度＞300HB，抗拉强度Rm＞850Mpa，将其应用于内燃机缸套上，使用效果优良。
5、本发明气缸套相对于现有的气缸套材料，具有以下优点：抗拉强度高；弹性模量高；易切削；制备工艺简单稳定。
附图说明
图1为实施例1得到的气缸套石墨组织金相图。
图2为实施例1得到的气缸套石墨组织100X。
图3为实施例1得到的气缸套热处理后的基体组织 500X。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种控制冷却贝氏体球墨铸铁气缸套，其按质量百分比计，组成为(%)：碳3.72；硫0.012；硅2.76；磷0.05；锰0.22；钼0.85；钨0.22；铜0.87；锑0.012；铌0.12；镁0.038；稀土0.023。
上述贝氏体球墨铸铁气缸套的制备方法，其包括以下步骤：
1）各成分按比例配料；
2）采用无芯中频感应电炉，按照常规熔炼方法进行铁液熔炼；
3）常规离心铸造球铁工艺生产气缸套铸件；出火后用宁夏铸峰ZFCR-4.5球化剂1.4%的量球化；孕育用硅钡孕育剂1.2%的量孕育；
4）毛坯出缸后用压缩空气作为控制冷却介质，按每秒下降2℃冷却至430℃入保温箱，保温2小时出箱，其中保温箱设定温度为两段，各为400℃和350℃，每段保温一小时；
5）粗加工后进行550℃两小时和500℃一小时阶梯保温回火处理，让其组织充分转变为回火贝氏体。
所得贝氏体球墨铸铁气缸套的性能：硬度为320HB，抗拉强度Rm为870Mpa，弹性模量E为176GPa。
实施例2
一种控制冷却贝氏体球铁气缸套，其按质量百分比计，组成为(%)：碳3.82；硫0.009；硅2.90；磷0.04；锰0.18；钼0.95；钨0.19；铜0.95；锑0.01；铌0.17；镁0.041；稀土0.025。
上述贝氏体球墨铸铁气缸套的制备方法，其包括以下步骤：
1）各成分按比例配料；
2）采用无芯中频感应电炉，按照常规熔炼方法进行铁液熔炼；出火后用宁夏铸峰ZFCR-4.5球化剂1.4%的量球化；孕育用硅钡孕育剂1.2%的量孕育；
3）常规离心铸造球铁工艺生产气缸套铸件；
4）毛坯出缸后用压缩空气作为控制冷却介质，按每秒下降2.5℃冷却至430℃入保温箱，保温2小时出箱，其中保温箱设定温度为两段，各为400℃和350℃，每段保温一小时；
5）粗加工后进行550℃两小时和500℃一小时阶梯保温回火处理，让其组织充分转变为回火贝氏体。
所得贝氏体球墨铸铁气缸套的性能：硬度为336HB，抗拉强度Rm为920Mpa，弹性模量E为178GPa。
实施例3
一种控制冷却贝氏体球铁气缸套，其按质量百分比计，组成为(%)：碳3.7；硫0.015；硅3.0；磷0.06；锰0.25；钼0.8；钨0.3；铜0.8；锑0.015；铌0.1；镁0.06；稀土0.04。
上述贝氏体球墨铸铁气缸套的制备方法，其包括以下步骤：
1）各成分按比例配料；
2）采用无芯中频感应电炉，按照常规熔炼方法进行铁液熔炼；出火后用宁夏铸峰ZFCR-4.5球化剂1.4%的量球化；孕育用硅钡孕育剂1.2%的量孕育；
3）常规离心铸造球铁工艺生产气缸套铸件；
4）毛坯出缸后用压缩空气作为控制冷却介质，按每秒下降2.3℃冷却至430℃入保温箱，保温2小时出箱，其中保温箱设定温度为两段，各为400℃和350℃，每段保温一小时；
5）粗加工后进行550℃两小时和500℃一小时阶梯保温回火处理，让其组织充分转变为回火贝氏体。
所得贝氏体球墨铸铁气缸套的性能：硬度为335HB，抗拉强度Rm为950Mpa，弹性模量E为180GPa。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种控制冷却贝氏体球墨铸铁气缸套的制备方法，其特征在于，步骤为：
（1）采用无芯中频感应电炉，炼制成含有合适成份的铁液；
（2）铁液出火后加入球化剂和孕育剂分别进行球化和孕育，得待铸液；
（3）将待铸液通过离心铸造工艺制备毛坯气缸套；
（4）将毛坯气缸套置于压缩空气内，匀速降温至430℃，保温2小时出箱；
（5）将经步骤（4）处理过的毛坯气缸套，依次进行保温550℃两小时、500℃一小时处理，即得贝氏体球墨铸铁气缸套；
所述球墨铸铁气缸中各成份的含量以百分数计为：碳3.5-3.9、硫≤0.015、硅2.7-3.0、磷≤0.06、锰≤0.25、钼0.8-1.0、钨0.1-0.3、铜0.8-1.0、锑0.01-0.015、铌0.1-0.2、镁0.03-0.06、稀土0.02-0.04，余量为铁；
所述步骤（4）中，匀速降温的速度为每秒下降2-2.5℃；保温两小时指于400℃和350℃每段保温1小时。
2.如权利要求1所述的控制冷却贝氏体球墨铸铁气缸套的制备方法，其特征在于，所述铁液的成份以百分数计为：碳3.5-3.9、硫≤0.015、硅2.7-3.0、磷≤0.06、锰≤0.25、钼0.8-1.0、钨0.1-0.3、铜0.8-1.0、锑0.01-0.015、铌0.1-0.2、镁0.03-0.06、稀土0.02-0.04，余量为铁。
3.如权利要求1所述的控制冷却贝氏体球墨铸铁气缸套的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中，球化剂为宁夏铸峰ZFCR-4.5球化剂，球化剂占铁液质量的1.4%。
4.如权利要求1所述的控制冷却贝氏体球墨铸铁气缸套的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中，孕育剂为硅钡孕育剂，孕育剂占铁液质量的1.2%。
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