CN111434793A - 气缸套、制备方法、气缸及发动机 - Google Patents

气缸套、制备方法、气缸及发动机 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种气缸套、制备方法、气缸及发动机，其中气缸套包括缸套本体，其特征在于，所述缸套本体的组分按照质量百分比计，含有：碳为3.2～3.7％，锰为0.5～1.0％，硅为2.0～2.8％，磷≤0.15％，硫≤0.014％，铬≤0.2％，钼为0.23～0.3％，稀土元素为0.485～0.81％，余量为铁。根据本发明实施例的气缸套具有较高的抗拉强度和硬度，及良好的耐磨性能。

Description

气缸套、制备方法、气缸及发动机
技术领域
本发明涉及一种气缸技术领域，尤其涉及气缸套、制备方法、气缸及发动机。
背景技术
气缸套作为发动机的核心部件，与活塞和气缸盖共同组成燃烧室，直接影响发动机的正常运行以及可靠性和寿命。气缸套在高温、高压及冲击与摩擦力的工作环境中承受热负荷和机械负荷，因此改善和提高气缸套的强度和耐磨性具有十分重要的意义。
目前，大多数汽油机气缸套材质为灰铸铁(HT 250)，灰铸铁成本低，应用广泛，在铸铁件产量中占有很大比例，60年代时灰铸铁铸件总产量约占铸造金属总产量的3/4，直到现在也能占到一半，随着现代发动机向轻量化、高速化和高功率密度化发展，对汽油机气缸套材料的强度、耐磨性提出了更高的要求，且为克服气体的高压、活塞的侧向力、高温气体的热应力和活塞环的摩擦作用，气缸套材料必须具有高的结构强度和优良的耐磨性，尽量避免缸套变形、失圆、疲劳破坏、破损断裂等失效现象，因而，普通灰铸铁材料已经不能满足气缸套使用要求。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种气缸套，用以解决传统的气缸套强度低、耐磨差的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种气缸套，包括缸套本体，所述缸套本体的组分按照质量百分比计，含有：碳为3.2～3.7％，锰为0.5～1.0％，硅为2.0～2.8％，磷≤0.15％，硫≤0.014％，铬≤0.2％，钼为0.23～0.3％，稀土元素为0.485～0.81％，余量为铁。
优选地，所述稀土元素含有：钪、镧、镨、钆、钬和钕中的一种或多种。
优选地，所述稀土元素含有：钪为0.025～0.05％，镧为0.02～0.09％，镨为0.06～0.09％，钆为0.09～0.12％，钬为0.04～0.06％，以及钕为0.25～0.4％。
优选地，所述缸套本体的组分按照质量百分比计，含有：碳为3.4％，锰为0.75％，硅为2.35％，磷为0.08％，硫≤0.003，铬≤0.14，钼为0.25％、钪为0.028％、镧为0.08％、镨为0.07％、钆为0.11％、钬为0.055％、钕为0.35％，余量为铁。
根据本发明第二方面实施例的气缸套的制备方法，应用于上述实施例的气缸套，该制备方法包括：
S1，按比例取各原料碳、锰、硅、磷、硫、铬、钼和铁混合并升温熔炼，在熔炼过程中加入稀土元素，得熔融原料液；
S2，将熔融原料液进行离心浇铸，得气缸套毛坯件；
S3，对气缸套毛坯件进行切割、研磨，得到气缸套。
优选地，所述稀土元素含有：钪、镧、镨、钆、钬和钕中的一种或多种。
优选地，所述稀土元素含有：钪为0.025～0.05％，镧为0.02～0.09％，镨为0.06～0.09％，钆为0.09～0.12％，钬为0.04～0.06％，以及钕为0.25～0.4％。
优选地，所述缸套本体的组分按照质量百分比计，含有：碳为3.4％，锰为0.75％，硅为2.35％，磷为0.08％，硫≤0.003，铬≤0.14，钼为0.25％、钪为0.028％、镧为0.08％、镨为0.07％、钆为0.11％、钬为0.055％、钕为0.35％，余量为铁。
根据本发明第三方面实施例的气缸，包括上述实施例所述的气缸套。
根据本发明第四方面实施例的发动机，包括上述实施例的所述的气缸。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
根据本发明实施例的气缸套，有效的提高了灰铸铁气缸套的强度和硬度，相对于离心铸造工艺所制的汽油机气缸套，本发明抗拉强度提高了近30％，硬度提高了近50％，且提高了气缸套的耐磨性能。
附图说明
图1为本发明实施例的气缸套的结构示意图。
附图标记
气缸套100。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，根据本发明实施例的气缸套100，包括缸套本体，所述缸套本体的组分按照质量百分比计，含有：碳为3.2～3.7％，锰为0.5～1.0％，硅为2.0～2.8％，磷≤0.15％，硫≤0.014％，铬≤0.2％，钼为0.23～0.3％，稀土元素为0.485～0.81％，余量为铁。
也就是说，采用上述组分及含量的原材料铸造的气缸套可以有效的提高气缸套的强度和硬度，加入稀土元素对灰铸铁的抗拉强度、硬度以及金相组织的影响十分明显，稀土元素与硫、氧、氢、氮等元素的亲和力比较强、化学性质活泼，治炼过程中加入稀土元素，铁液中的氧、硫、氮等元素可以与稀土反应生成难熔于铁液的稀土硫化物、稀土氮化物以及稀土氧化物等，具有明显的脱硫、脱氧、脱氢等功能，改变稀土非金属夹杂物的大小、形状、分布形式，降低其对组织性能的影响，进而提高铸铁的力学性能，同时可以有效的改善铸铁的铸造性能，使铸件表面裂纹、缩孔、气孔、偏析减少，表面质量改善。
多种稀土元素在铸铁中使奥氏体中的溶解度增加，因而阻碍铁素体生核成长，是很强的珠光体促成元素，此外还可以细化珠光体组织，防止浇注后冷却时间长造成的晶粒和石墨片粗大的倾向，使铸件强度基本不变，硬度却有所提高，降低奥氏体临界转变温度和强化铁素体基体。
由此，根据本发明实施例的气缸套100，具有较高的抗拉强度和硬度，进而具有较好的耐磨性能，且能够有效的减少气缸套表面的裂纹、缩孔、气孔、偏析等现象。
优选地，所述稀土元素可以选择钪、镧、镨、钆、钬和钕中的一种或多种。
根据本发明的一个优选实施例，所述稀土元素含有：钪为0.025～0.05％，镧为0.02～0.09％，镨为0.06～0.09％，钆为0.09～0.12％，钬为0.04～0.06％，以及钕为0.25～0.4％。也就是说，加入该比例的稀土元素可以进一步的改善铸造性能，提高气缸套的强度和硬度，且改善气缸套表面的质量。
优选地，所述缸套本体的组分按照质量百分比计，含有：碳为3.4％，锰为0.75％，硅为2.35％，磷为0.08％，硫≤0.003，铬≤0.14，钼为0.25％、钪为0.028％、镧为0.08％、镨为0.07％、钆为0.11％、钬为0.055％、钕为0.35％，余量为铁。
也就是说，采用上述组分及含量的原材料铸造的气缸套显著提高灰铸铁气缸套的强度和硬度，相对于离心铸造工艺所制汽油机气缸套，本发明抗拉强度提高了近30％，硬度提高了近50％。由于提高材质的硬度有利于材料耐磨性能的提高，硬度值可作为衡量材料耐磨性能的一个指标，因此本发明的气缸套的耐磨性能也得到很大的提高，进而有效的避免因气缸套耐磨性能差而导致的气缸变形、失圆、疲劳破坏、破损断裂等失效现象。
根据本发明第二方面实施例的气缸套的制备方法，应用于上述实施例的气缸套，该制备方法包括：
S1，按上述比例取原料碳、锰、硅、磷、硫、铬、钼和铁混合并升温熔炼，在熔炼过程中加入稀土元素，得熔融原料液；
S2，将熔融原料液进行离心浇铸，得气缸套毛坯件；
S3，对气缸套毛坯件进行切割、研磨，得到气缸套。
优选地，所述稀土元素含有：钪、镧、镨、钆、钬和钕中的一种或多种。
优选地，所述稀土元素含有：钪为0.025～0.05％，镧为0.02～0.09％，镨为0.06～0.09％，钆为0.09～0.12％，钬为0.04～0.06％，以及钕为0.25～0.4％。
优选地，所述缸套本体的组分按照质量百分比计，含有：碳为3.4％，锰为0.75％，硅为2.35％，磷为0.08％，硫≤0.003，铬≤0.14，钼为0.25％、钪为0.028％、镧为0.08％、镨为0.07％、钆为0.11％、钬为0.055％、钕为0.35％，余量为铁。
本发明的气缸套的制备方法中的原料组分、含量及作用已在上述实施例中详细的说明，且该制备方法采用离心铸造工艺，其中未提到的工艺参数及条件等均采用现有技术，在此不再赘述。
由此，根据本发明实施例的气缸套的制备方法，可以制备出高强度和高硬度的气缸套，且本发明的气缸套相对于离心铸造工艺所制的汽油机气缸套，抗拉强度提高了近30％，硬度提高了近50％。
根据本发明第三方面实施例的气缸，包括根据上述实施例的气缸套，由于根据本发明上述实施例的气缸套具有上述技术效果，因此，根据本发明实施例的气缸也具有相应的技术效果，即提高了自身的强度和硬度以及耐磨性能。
根据本发明第四方面实施例的发动机，包括根据上述实施例的气缸，由于根据本发明上述实施例的气缸具有上述技术效果，因此，根据本发明实施例的发动机也具有相应的技术效果，即提高了自身的强度和硬度以及耐磨性能。
根据本发明实施例的气缸和发动机的其他结构和操作对于本领域技术人员而言都是可以理解并且容易实现的，因此不再详细描述。
实施例1
1)取碳3.4kg、锰0.75kg、硅2.35kg、磷0.08kg、硫0.003kg、铬0.14kg、钼0.25g混合后，升温至1200℃熔炼，在熔炼过程中加入钪0.028kg、镧0.08kg、镨0.07kg、钆0.11kg、钬0.055kg、钕0.35kg，得熔融原料液；
2)将熔融原料液加入卧式离心铸造机中进行离心浇铸，得气缸套毛坯件；
3)对气缸套毛坯件进行切割、研磨，得到气缸套。
对比例1
除未加入稀土元素和钼元素外，其他步骤均同实施例1。
将对比例和实施例铸造的气缸套进行力学性能测试，取标准试棒进行拉伸试验，测量其拉强度，在气缸套铸件上取气缸套内壁、中心、外壁试样，然后检测其布氏硬度。
测试数据如下表1和表2所示：
表1 硬度测试
项目 对比例1 实施例1
气缸套内壁(HB) 97 142
气缸套中心(HB) 95 139
气缸套外壁(HB) 101 149
平均值(HB) 97.7 143.3
表2 抗拉强度测试
项目 对比例1 实施例1
试棒1(MPa) 258 326
试棒2(MPa) 256 329
试棒3(MPa) 256 334
平均值(MPa) 256.7 329.7
由表1和表2可以看出，本发明实施例的气缸套与传统的气缸套相对，其抗拉强度提高了近30％，硬度提高了近50％。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种气缸套，包括缸套本体，其特征在于，所述缸套本体的组分按照质量百分比计，含有：碳为3.2～3.7％，锰为0.5～1.0％，硅为2.0～2.8％，磷≤0.15％，硫≤0.014％，铬≤0.2％，钼为0.23～0.3％，稀土元素为0.485～0.81％，余量为铁。
2.根据权利要求1所述的气缸套，其特征在于，所述稀土元素含有：钪、镧、镨、钆、钬和钕中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的气缸套，其特征在于，所述稀土元素含有：钪为0.025～0.05％，镧为0.02～0.09％，镨为0.06～0.09％，钆为0.09～0.12％，钬为0.04～0.06％，以及钕为0.25～0.4％。
4.根据权利要求3所述的气缸套，其特征在于，所述缸套本体的组分按照质量百分比计，含有：碳为3.4％，锰为0.75％，硅为2.35％，磷为0.08％，硫≤0.003，铬≤0.14，钼为0.25％、钪为0.028％、镧为0.08％、镨为0.07％、钆为0.11％、钬为0.055％、钕为0.35％，余量为铁。
5.一种气缸套的制备方法，其特征在于，应用于如权利要求1所述的气缸套，该制备方法包括：
S1，按比例取各原料碳、锰、硅、磷、硫、铬、钼和铁并升温熔炼，在熔炼过程中加入稀土元素，得熔融原料液；
S2，将熔融原料液进行离心浇铸，得气缸套毛坯件；
S3，对气缸套毛坯件进行切割、研磨，得到气缸套。
6.根据权利要求5所述的气缸套的制备方法，其特征在于，所述稀土元素含有：钪、镧、镨、钆、钬和钕中的一种或多种。
7.根据权利要求6所述的气缸套的制备方法，其特征在于，所述稀土元素含有：钪为0.025～0.05％，镧为0.02～0.09％，镨为0.06～0.09％，钆为0.09～0.12％，钬为0.04～0.06％，以及钕为0.25～0.4％。
8.根据权利要求7所述的气缸套的制备方法，其特征在于，所述缸套本体的组分按照质量百分比计，含有：碳为3.4％，锰为0.75％，硅为2.35％，磷为0.08％，硫≤0.003，铬≤0.14，钼为0.25％、钪为0.028％、镧为0.08％、镨为0.07％、钆为0.11％、钬为0.055％、钕为0.35％，余量为铁。
9.一种气缸，其特征在于，包括由权利要求1-4任一项所述的气缸套。
10.一种发动机，其特征在于，包括权利要求9所述的气缸。
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