CN111088454A - 一种低热膨胀系数合金铸铁及其制备方法 - Google Patents

一种低热膨胀系数合金铸铁及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及金属冶炼技术领域，尤其是一种低热膨胀系数合金铸铁及其制备方法。这种低热膨胀系数合金铸铁，其化学成分的质量百分比为：C：3.1～3.3％、Si：1.8～2.1％、Mn：0.6～0.8％、P：≤0.3％、S：≤0.1％、Cr：0.5～0.7％、Ni：0.25～0.4％、Mo：0.2～0.3％、Sb：0.02～0.04％，余量为Fe。本发明还公开了一种低热膨胀系数合金铸铁的制备方法，不仅可以提高合金铸铁的硬度，还可以提高合金铸铁的稳定性，有效地降低合金铸铁的热膨胀系数。

Description

一种低热膨胀系数合金铸铁及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属冶炼技术领域，尤其是一种低热膨胀系数合金铸铁及其制备方法。
背景技术
活塞是空调压缩机中最关键零部件之一，在高速运转下，活塞工作温度会逐渐升高，为防止活塞的热膨胀对活塞工作效率的不利影响，要求活塞具有较低的热膨胀系数。
目前空调压缩机活塞普遍采用高强度合金铸铁制作，但普通合金铸铁由于热膨胀系数通常大于(20℃～150℃):13×10-6/℃，在使用过程中常发生活塞转动阻力增大、卡滞等情况。因此，普通合金铸铁已不能满足高性能空调压缩机活塞的使用要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术中之不足，提供一种低热膨胀系数合金铸铁及其制备方法，本发明是在普通合金铸铁的基础上，通过调整合金成分、采用微合金化、特定热处理工艺，制备一种高硬度、低热膨胀系数的合金铸铁，符合高性能空调压缩机的使用要求。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种低热膨胀系数合金铸铁，C：3.1～3.3％、Si：1.8～2.1％、Mn：0.6～0.8％、P：≤0.3％、S：≤0.1％、Cr：0.5～0.7％、Ni：0.25～0.4％、Mo：0.2～0.3％、Sb：0.02～0.04％，余量为Fe。
进一步地，所述低热膨胀系数合金铸铁的化学成分的质量百分比为：C：3.14％、Si：1.86％、Mn：0.65％、P：0.03％、S：0.08％、Cr：0.59％、Ni：0.31％、Mo：0.24％、Sb：0.033％，余量为Fe。
进一步地，所述低热膨胀系数合金铸铁的化学成分的质量百分比为：C：3.23％、Si：1.93％、Mn：0.68％、P：0.03％、S：0.07％、Cr：0.63％、Ni：0.33％、Mo：0.25％、Sb：0.036％，余量为Fe。
进一步地，所述低热膨胀系数合金铸铁的化学成分的质量百分比为：C：3.27％、Si：2.06％、Mn：0.67％、P：0.03％、S：0.08％、Cr：0.66％、Ni：0.36％、Mo：0.27％、Sb：0.035％，余量为Fe。
进一步地，所述低热膨胀系数合金铸铁的化学成分的质量百分比为：C：3.28％、Si：2.08％、Mn：0.75％、P：0.03％、S：0.07％、Cr：0.68％、Ni：0.38％、Mo：0.26％、Sb：0.04％，余量为Fe。
本发明还提供了一种低热膨胀系数合金铸铁的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)、按质量百分比称取各原材料，然后将原材料放入中频感应炉进行熔化，升温到1530～1560℃保持5～10min后出炉得到混合铁液；
(2)、混合铁液中加入孕育剂进行孕育处理，浇注成合金铸铁件,混合铁液与孕育剂的质量比为100：0.6～0.7；
(3)、合金铸铁件经车削加工成合金铸铁零件；
(4)、对加工后的合金铸铁零件进行淬火处理，淬火加热温度为850～870℃，保温时间1h，油冷，冷却液介质温度为55±5℃；
(5)、淬火后的合金铸铁零件进行多次回火，单次回火加热温度为240～260℃，单次回火保温时间为2～4h，出炉空冷。
进一步地，所述的合金铸铁的壁厚≤10mm，淬火后的合金铸铁件进行两次回火。
进一步地，所述的合金铸铁的壁厚＞10mm，淬火后的合金铸铁件进行三次回火。
步骤(4)中淬火温度控制在850～870℃，合金铸铁在淬火过程中由奥氏体转变为马氏体，转变效率高，残余奥氏体含量低，合金铸铁硬度较高。如果淬火温度过低，合金铸铁硬度较低，如果淬火温度过高，残余奥氏体含量较高，合金铸铁在淬火过程中由奥氏体转变为马氏体，转变效率低。
步骤(5)中回火温度控制在240～260℃，使残余奥氏体转变为马氏体，获得低热膨胀系数，同时合金铸铁硬度较高。如果回火温度过低，残余奥氏体转变不充分；如果回火温度过高，合金铸铁硬度低。
本发明的有益效果是：本发明设计合理，操作简便，具有以下优点：
(1)、本发明中，合金铸铁中加入Mn、Cr、Ni元素可以提高材料的强度和硬度，Mn、Cr元素控制在较低范围内，可以避免出现因Mn、Cr元素含量过高而会导致合金铸铁热膨胀系数增大的问题；添加Sb进行微合金化，可以进一步细化珠光体，提高合金铸铁的硬度和尺寸稳定性；
(2)、合金铸铁的膨胀系数不仅与化学成分有关，还与合金铸铁的基体组织有关，马氏体的热膨胀系数最小，奥氏体的热膨胀系数最大，本发明中合金铸铁淬火后虽为马氏体组织，但合金铸铁中会有残余奥氏体存在，对热膨胀系数不利，因此，尽量减少合金铸铁中的残余奥氏体数量，这样获得最小的热膨胀系数；回火可以使残余奥氏体转变为马氏体，但正常的回火的残余奥氏体转变不充分，含量仍较高，因此需要对淬火后的合金铸铁进行多次回火使残余奥氏体充分转变；
(3)、本发明中对合金铸铁进行淬火，淬火温度不宜过高，这样奥氏体的含碳量较低，奥氏体的稳定性下降，在淬火过程中奥氏体转变为马氏体较充分，残余奥氏体含量相对较少；然后对零件进行2～3次低温回火，使残余奥氏体再次充分转变为马氏体，是残余奥氏体含量达到最小，这样保证高硬度的同时得到极地的热膨胀系数的合金铸铁。
具体实施方式
现在优选实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
本实施例提供一种低热膨胀系数合金铸铁，其化学成分的质量百分比为：C：3.14％；Si：1.86％；Mn：0.65％；P：0.03％；S：0.08％；Cr：0.59％；Ni：0.31％；Mo：0.24％，Sb：0.033％。
本实施例提供的一种低热膨胀系数合金铸铁的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)、按质量百分比称取各原材料，然后将原材料放入中频感应炉进行熔化，升温到1550℃保持5min后出炉得到混合铁液；
(2)、混合铁液中加入硅钡孕育剂进行孕育处理，浇注成合金铸铁件,混合铁液与硅钡孕育剂的质量比为100：0.6；
(3)、合金铸铁件经车削加工成合金铸铁零件，合金铸铁零件的壁厚≤10mm；
(4)、对加工后的合金铸铁零件进行淬火处理，淬火加热温度为860℃，保温时间1h，油冷，冷却液介质温度为55±5℃；
(5)、淬火冷却后的合金铸铁零件进行第一次回火，回火温度240℃，保温时间为3h，空冷；一次回火冷却后的零件进行二次回火，回火温度240℃，保温时间为3h，空冷。
淬火和回火均在连续式网带炉中进行。
实施例2
本实施例提供一种低热膨胀系数合金铸铁，其化学成分的质量百分比为：C：3.23％；Si：1.93％；Mn：0.68％；P：0.03％；S：0.07％；Cr：0.63％；Ni：0.33％；Mo：0.25％，Sb：0.036％。
本实施例提供的一种低热膨胀系数合金铸铁的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)、按质量百分比称取各原材料，然后将原材料放入中频感应炉进行熔化，升温到1550℃保持6min后出炉得到混合铁液；
(2)、混合铁液中加入硅钡孕育剂进行孕育处理，浇注成合金铸铁件,混合铁液与硅钡孕育剂的质量比为100：0.6；
(3)、合金铸铁件经车削加工成合金铸铁零件，合金铸铁零件的壁厚≤10mm；
(4)、对加工后的合金铸铁零件进行淬火处理，淬火加热温度为860℃，保温时间1h，油冷，冷却液介质温度为55±5℃；
(5)、淬火冷却后的合金铸铁零件进行第一次回火，回火温度240℃，保温时间为3h，空冷；一次回火冷却后的零件进行二次回火，回火温度240℃，保温时间为3h，空冷。
淬火和回火均在连续式网带炉中进行。
实施例3
本实施例提供一种低热膨胀系数合金铸铁，其化学成分的质量百分比为：C：3.27％；Si：2.06％；Mn：0.67％；P：0.03％；S：0.08％；Cr：0.66％；Ni：0.36％；Mo：0.27％，Sb：0.035％。
本实施例提供的一种低热膨胀系数合金铸铁的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)、按质量百分比称取各原材料，然后将原材料放入中频感应炉进行熔化，升温到1560℃保持7min后出炉得到混合铁液；
(2)、混合铁液中加入硅钡孕育剂进行孕育处理，浇注成合金铸铁件,混合铁液与硅钡孕育剂的质量比为100：0.7；
(3)、合金铸铁件经车削加工成合金铸铁零件，合金铸铁零件的壁厚＞10mm；
(4)、对加工后的合金铸铁零件进行淬火处理，淬火加热温度为860℃，保温时间1h，油冷，冷却液介质温度为55±5℃；
(5)、淬火冷却后的合金铸铁零件进行第一次回火，回火温度260℃，保温时间为3h，空冷；一次回火冷却后的零件进行二次回火，回火温度260℃，保温时间为3h，空冷；二次回火冷却后的零件进行第三次回火，回火温度260℃，保温时间为3h，空冷。
淬火和回火均在连续式网带炉中进行。
实施例4
本实施例提供一种低热膨胀系数合金铸铁，其化学成分的质量百分比为：C：3.28％；Si：2.08％；Mn：0.75％；P：0.03％；S：0.07％；Cr：0.68％；Ni：0.38％；Mo：0.26％，Sb：0.04％。
本实施例提供的一种低热膨胀系数合金铸铁的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)、按质量百分比称取各原材料，然后将原材料放入中频感应炉进行熔化，升温到1560℃保持7min后出炉得到混合铁液；
(2)、混合铁液中加入硅钡孕育剂进行孕育处理，浇注成合金铸铁件,混合铁液与硅钡孕育剂的质量比为100：0.7；
(3)、合金铸铁件经车削加工成合金铸铁零件，合金铸铁零件的壁厚＞10mm；
(4)、对加工后的合金铸铁零件进行淬火处理，淬火加热温度为860℃，保温时间1h，油冷，冷却液介质温度为55±5℃；
(5)、淬火冷却后的合金铸铁零件进行第一次回火，回火温度240℃，保温时间为3h，空冷；一次回火冷却后的零件进行二次回火，回火温度240℃，保温时间为3h，空冷；二次回火冷却后的零件进行第三次回火，回火温度240℃，保温时间为3h，空冷。
淬火和回火均在连续式网带炉中进行。
将实施例1～实施例4制备的合金铸铁进行性能试验，各项性能按国标进行测定，试验结果如表1所示。
表1实施例1～4制备的合金铸铁性能试验结果
硬度 热膨胀系数
实施例1 48.9HRC (20℃～150℃)：12.56×10<sup>-6</sup>/℃
实施例2 49.6HRC (20℃～150℃)：12.42×10<sup>-6</sup>/℃
实施例3 48.7HRC (20℃～150℃)：12.13×10<sup>-6</sup>/℃
实施例4 50.5HRC (20℃～150℃)：12.15×10<sup>-6</sup>/℃
综上所述，本发明是在普通合金铸铁的基础上，通过调整合金成分、采用微合金化、特定热处理工艺，制备一种高硬度、低热膨胀系数的新型合金铸铁。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种低热膨胀系数合金铸铁，其特征在于：其化学成分的质量百分比为：C：3.1～3.3％、Si：1.8～2.1％、Mn：0.6～0.8％、P：≤0.3％、S：≤0.1％、Cr：0.5～0.7％、Ni：0.25～0.4％、Mo：0.2～0.3％、Sb：0.02～0.04％，余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的低热膨胀系数合金铸铁，其特征在于：其化学成分的质量百分比为：C：3.14％、Si：1.86％、Mn：0.65％、P：0.03％、S：0.08％、Cr：0.59％、Ni：0.31％、Mo：0.24％、Sb：0.033％，余量为Fe。
3.根据权利要求1所述的低热膨胀系数合金铸铁，其特征在于：其化学成分的质量百分比为：C：3.23％、Si：1.93％、Mn：0.68％、P：0.03％、S：0.07％、Cr：0.63％、Ni：0.33％、Mo：0.25％、Sb：0.036％，余量为Fe。
4.根据权利要求1所述的低热膨胀系数合金铸铁，其特征在于：其化学成分的质量百分比为：C：3.27％、Si：2.06％、Mn：0.67％、P：0.03％、S：0.08％、Cr：0.66％、Ni：0.36％、Mo：0.27％、Sb：0.035％，余量为Fe。
5.根据权利要求1所述的低热膨胀系数合金铸铁，其特征在于：其化学成分的质量百分比为：C：3.28％、Si：2.08％、Mn：0.75％、P：0.03％、S：0.07％、Cr：0.68％、Ni：0.38％、Mo：0.26％、Sb：0.04％，余量为Fe。
6.一种如权利要求1所述的低热膨胀系数合金铸铁的制备方法，其特征在于：具体包括如下步骤：
(1)、按质量百分比称取各原材料，然后将原材料放入中频感应炉进行熔化，升温到1530～1560℃保持5～10min后出炉得到混合铁液；
(2)、混合铁液中加入孕育剂进行孕育处理，浇注成合金铸铁件,混合铁液与孕育剂的质量比为100：0.6～0.7；
(3)、合金铸铁件经车削加工成合金铸铁零件；
(4)、对加工后的合金铸铁零件进行淬火处理，淬火加热温度为850～870℃，保温时间1h，油冷，冷却液介质温度为55±5℃；
(5)、淬火冷却后的合金铸铁零件进行多次回火，单次回火加热温度为240～260℃，单次回火保温时间为2～4h，出炉空冷。
7.根据权利要求6所述的所述的低热膨胀系数合金铸铁的制备方法，其特征在于：所述的合金铸铁零件的壁厚≤10mm，淬火后的合金铸铁零件进行两次回火。
8.根据权利要求6所述的所述的低热膨胀系数合金铸铁的制备方法，其特征在于：所述的合金铸铁零件的壁厚＞10mm，淬火后的合金铸铁零件进行三次回火。
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Denomination of invention: A Preparation Method of Low Thermal Expansion Coefficient Alloy Cast Iron

Effective date of registration: 20230607

Granted publication date: 20210723

Pledgee: Bank of China Limited Zhaoqing branch

Pledgor: ZHAOQING PISITONG MACHINERY Co.,Ltd.

Registration number: Y2023980043150

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