CN114774768A - 一种新型高性能乘用车缸体材料生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于铸造用金属液熔炼技术领域，涉及一种新型高性能乘用车缸体材料生产方法；在原铁水成分内添加0.35％硅铁孕育剂进行一次孕育，用铬猛硅合金、金属铜调整原铁水，调整后的铁水成分为：C：3.15‑3.25；Si：2.00‑2.16；Mn：0.6‑0.8；P≤0.03；S：0.10±0.02；Cr：0.25±0.05；Cu：0.40±0.06；Sn:0.06±0.006；Sb:0.07‑0.140；调整后的铁水采用0.08‑0.15％的硅锶锆孕育剂瞬时孕育后进行浇注；原铁水成分采用生铁、废钢、回炉料等主材投入冲天炉内熔化，投入比例6:54:40，焦炭占金属炉料的12.5‑15.5％，碳化硅占金属炉料的1‑1.5％；本发明所获得的缸体材质，在不增加缸体生产成本的前提下，具有高导热性、低收缩倾向，高强度、硬度，易切削的特性，满足了未来灰铸铁缸体高强度、高压缩比、高升功率的需求。
Description
技术领域
本发明属于铸造用金属液熔炼技术领域，涉及一种新型高性能乘用车缸体材料生产方法。
背景技术
目前市场上乘用车汽油机普遍采用本体强度≥220Mpa的灰铸铁生产。随着节能减排的标准不断提高，汽油机压缩比、功率设计不断提高的多重“提高”的要求下，现有铸铁材料生产工艺存在的缺点越来越突出，比如：1、抗拉强度偏低，不能满足高性能汽油机设计需求；2、需要使用大量贵重合金提高材料性能，如钼合金元素、GF300合金等，导致生产成本居高不下。3、由于使用钼合金元素，容易导致缸体加工过硬，加工困难，加工效率过低等。4、采用钼合金元素、GF300合金等，导致铸件渗漏率高。故需要一种能够稳定生产高性能铸铁材料且不增加成本的技术工艺。
更高的材料牌号要求对发动机材料生产提出了更高的要求。传统缸体材料生产工艺为：采用焦炭、生铁、废钢、回炉料为主要原材料生产，采用各种合金，如硅铁、锰铁、铬铁等铁合金调整铁水合金成分，最终采用孕育剂进行铁水孕育并浇注。各厂家所规定的化学成分会根据实际情况略作调整，但大体相同。孕育剂则主要采用硅铁、硅锶、硅锆等。以某厂TL009缸体生产为例，规定生铁、废钢、回炉料的加入比例分别为12:48:40，焦炭占金属炉料的13-16％，熔炼后的原铁水成分为：C：3.25-3.40；Si：1.68-2.00；Mn：0.5-0.8；P≤0.03；S：0.10±0.02；Cr：≤0.20；Cu：≤0.25；Sn:≤0.025；Sb:0.07-0.140单位(wt％)，出铁水时，添加0.35％硅铁孕育剂进行一次孕育，且用铬猛硅合金、铜、锡调整，调整后成分为：C：3.25-3.40；Si：2.00-2.16；Mn：0.5-0.8；P
≤0.03；S：0.10±0.02；Cr：0.25±0.05；Cu：0.40±0.06，Sn：0.06±0.006；Sb:0.07-0.140，调整后的铁水采用0.08-0.15％的硅锶锆孕育剂瞬时孕育后进行浇注。此种工艺为传统的生产工艺，特点是操作简便，材料性能较好，可大规模稳定生产。本发明，在传统工艺生产基础之上进行了改进，参考了中频炉使用碳化硅生产工艺，减少了生铁用量，增加了碳化硅生产，取得了非常好的效果。
专利文献1(CN109957704A)高硬度灰铸铁及其熔炼方法，一种高硬度灰铸铁及其熔炼方法，属于铸造用金属液熔炼领域，用于解决灰铸铁硬度不足，造成的厚壁灰铸铁件的质量缺陷，所述灰铸铁的化学成分为3.0％-3.3％的碳、1.8％-2.1％的硅、0.7％-1.0％的锰、≤0.05％的磷、0.08％-0.12％的硫、0.6％-0.9％的铜、0.5％-0.7％的钼、1.4％-1.6％的铬、余量为铁，所述百分含量为质量百分比，当然不排除有微量的其他杂志含量在内。用于熔炼所述灰铸铁的原材料及其质量百分比为3％～3.5％的生铁、60％～64％的废钢、28％～32％的机铁及1.5～1.7％的硅铁。本发明通过改变灰铸铁熔炼的原材料配比及加入合金和熔炼后的孕育，合理的控制了灰铸铁的化学成分，使得所生产的灰铸铁的达到了不低于240HB的表面硬度、A型石墨的比例在99％以上，无过冷石墨出现。
专利文献2(CN1606656A)一种铸造灰铸铁铸件的方法，包括以下步骤：制备一种含有一定量碳、硅、磷、硫、锰和铬的熔融灰铸铁金属；在浇注前，对上述熔融的灰铸铁金属用锡进行合金化，使锡含量在0.05％－0.10％之间；在浇注前，在上述熔融的用锡合金化的灰铸铁金属中加入一种灰铸铁孕育剂，使硅含量再增加0.10％－0.12％；在孕育处理后，尽快将上述熔融的、用锡合金化的、并进行了孕育处理的灰铸铁金属铸造成灰铸铁铸件。
专利文献3(CN102814491B)本发明涉及一种高强度灰铸铁强化剂及其强化处理工艺，属于高强度灰铸铁的制备技术。所述强化剂包括V、Ti、N、RE、Ca、Si元素，其重量百分比化学成分为：V：10-19；Ti：6-8；N：8-9；RE：3-5；Ca：3-5；其余为Si。所述强化剂的加入方法采用浇包内加入法：将强化剂放到灰铸铁浇包的底部，当熔化的灰铸铁铁水温度达到1480-1550度时，铁水倒入灰铸铁浇包中，高温铁水将强化剂熔化，强化剂中的元素溶入到灰铸铁铁液中，得到高强度灰铸铁，其组织为初生奥氏体枝晶为发达的等轴网络框架结构。本发明使灰铸铁的强度得到了显著的提高，在潮模砂型中浇注出的标准试棒的抗拉强度达到了400兆帕。
专利文献4(CN106011610A)本发明公开了一种高强度球墨铸铁QT900-6，由按重量百分比计的以下元素组成：C：3.2-3.7％，Si：2.4-2.8％，Mn：≤0.2％，P：≤0.03％，S：0.005-0.02％，Cu：0.8-1.4％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。该高强度球墨铸铁QT900-6抗压强度大，屈服强度大，机械性能优异。
专利文献5(CN105369119A)本发明公开了一种铸铁件材质，包括质量份数60-80份的回炉料、20-30份的废钢、10-30份的生铁；所述铸铁件材质的质量成分包括：C：2.9-3.2％，Si：3.5-4.2％，Mn≤0.15％，P≤0.025％，S≤0.015％，Ti≤0.025％，其它杂质总含量≤0.02-0.05％，余量为Fe；本发明采用高纯生铁、废钢和回炉料为原料，更好的控制了炉料中微量元素的总含量，微量元素含量总和的降低避免了凝固时的各种干扰，Mn含量的降低，Ti含量的大幅降低，且加工球化剂使得本发明中球化率达到二级以上，通过Si的充分固化，减少了珠光体的产生，使得铁素体的含量达到93％左右，而且由于加入了硅的固化使得其强度达到580MPa-650MPa，延伸率达到21％-25％，表面硬度达到180-200HB，保证高的延伸率和低的表面硬度，使得铸件不仅硬度分布均匀，而且便于加工。
专利文献6(CN101418413A)发明涉及一种铌合金铸铁制动盘材质及其生产工艺，属高碳当量过共晶灰铸铁生产技术领域。该铌合金铸铁制动盘材质的化学成分及其质量百分比：3.7～3.9％的碳、1.8～2.2％的硅、0.5～0.8％的锰、≤0.08％的磷、≤0.10％的硫、≤0.60％的铜、≤0.20％的镍、≤0.05％的钒、≤0.05％的锡、≤0.05％的钛、≤0.25％的铬钼、0.08％～0.3％的铌，铁余量，采用中频炉将铁料进行熔炼。该材料的组织特征为珠光体+石墨(A3～5)+少量铁素体，其性能特征为：硬度HB≥150，抗拉强度≥170N/mm2。本发明适用于灰铸铁材质的中高档轿车用制动盘，性能稳定，成本低廉，使用寿命较长，加工方便。
以上专利文献，与本申请不同。
发明内容
本发明的目的在于改进汽油机缸体材质的性能，本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的乘用车缸体材料性能低，发动机缸体无法实现高压缩比、高升功率的问题，提供了一种新型高性能乘用车缸体材料生产方法。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：
一种新型高性能乘用车缸体材料生产方法，用铬猛硅合金、金属铜调整原铁水，调整后的铁水成分为：
C：3.15-3.25；Si：2.00-2.16；Mn：0.6-0.8；P≤0.03；S：0.10±0.02；Cr：0.25±0.05；Cu：0.40±0.06；Sn:0.06±0.006；Sb:0.07-0.140。
进一步地，在原铁水成分内添加0.35％硅铁孕育剂进行一次孕育。
进一步地，调整后的铁水采用0.08-0.15％的硅锶锆孕育剂瞬时孕育后进行浇注。
优选地，调整后的铁水成分为：C：3.24；Si：2.15；Mn：0.73；P：0.029；S：0.12；Cr：0.26；Cu：0.45；Sn:0.065；Sb:0.121。
优选地，调整后的铁水成分为：C：3.17；Si：2.00；Mn：0.68；P：0.028；S：0.11；Cr：0.26；Cu：0.38；Sn:0.059；Sb:0.071。
优选地，调整后的铁水成分为：C：3.15；Si：1.96；Mn：0.73；P：0.023；S：0.10；Cr：0.27；Cu：0.40；Sn:0.061；Sb:0.115。
进一步地，所述原铁水成分按照如下方式获得：
采用生铁、废钢、回炉料等主材投入冲天炉内熔化，投入比例6:54:40，焦炭占金属炉料的12.5-15.5％，碳化硅占金属炉料的1-1.5％。
进一步地，熔化后原铁水成分wt％：
C：3.15-3.25；Si：1.84-2.00；Mn：0.6-0.8；P≤0.03；S：0.10±0.02；Cr：≤0.20；Cu：≤0.25；Sn：≤0.025。
进一步地，乘用车缸体材料标准要求：材质牌号TL009，强度≥220MPa。
进一步地，材料硬度：HBS200～250。
与现有技术相比本发明的有益效果是：
本发明成功的实现了提高缸体材料性能，且不增加缸体生产成本的目的。
本发明获得的缸体材质具有高导热性、低收缩倾向(缸体不渗漏)，高强度、硬度，易切削的特性，满足了未来灰铸铁缸体高强度、高压缩比、高升功率的需求。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明：
图1编号为1的检测材料检测所得的石墨金相图：
图2编号为1的检测材料检测所得的基体金相图
图3编号为2的检测材料检测所得的石墨金相图：
图4编号为2的检测材料检测所得的基体金相图。
图5编号为3的检测材料检测所得的石墨金相图：
图6编号为3的检测材料检测所得的基体金相图。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
下面结合附图对本发明作详细的描述：
首先需要明确乘用车缸体材料标准要求：材质牌号TL009(强度≥220MPa)，材料强度标准：220MPa；硬度：HBS200～250。
材料生产工艺：采用生铁、废钢、回炉料等主材投入冲天炉内熔化，投入比例6:54:40，焦炭占金属炉料的12.5-15.5％，碳化硅占金属炉料的1-1.5％，熔化后原铁水成分(wt％)：
C：3.15-3.25；Si：1.84-2.00；Mn：0.6-0.8；P≤0.03；S：0.10±0.02；Cr：≤0.20；Cu：≤0.25；Sn:≤0.025；
添加0.35％硅铁孕育剂进行一次孕育，且用铬猛硅合金、金属铜调整，调整后成分为：
C：3.15-3.25；Si：2.00-2.16；Mn：0.6-0.8；P≤0.03；S：0.10±0.02；Cr：0.25±0.05；Cu：0.40±0.06；Sn:0.06±0.006；Sb:0.07-0.140；
调整后的铁水采用0.08-0.15％的硅锶锆孕育剂瞬时孕育后进行浇注。
经过材质检测，检测材料检测报告如表2及参见图1、图2、图3、图4、图5、图6。
检测报告，所用的材料是什么成分如表1。
表1
一、力学性能：参见表2。
表2
二、金相组织
参阅图1、图2，编号为1的检测材料检测所得的金相组织为：
石墨：A型石墨，石墨长度A4-A5。
基体：98％珠光体+铁素体+磷共晶。
参阅图3、图4，编号为2的检测材料检测所得的金相组织为：
石墨：A型石墨，石墨长度A4-A5。
基体：98％珠光体+铁素体+磷共晶。
参阅图5、图6，编号为3的检测材料检测所得的金相组织为：
石墨：A型石墨，石墨长度A4-A5。
基体：98％珠光体+铁素体+磷共晶。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种新型高性能乘用车缸体材料生产方法，其特征在于：
用铬猛硅合金、金属铜调整原铁水，调整后的铁水成分为：
C：3.15-3.25；Si：2.00-2.16；Mn：0.6-0.8；P≤0.03；S：0.10±0.02；Cr：0.25±0.05；Cu：0.40±0.06；Sn:0.06±0.006；Sb:0.07-0.140。
2.根据权利要求1所述的一种新型高性能乘用车缸体材料生产方法，其特征在于：
在原铁水成分内添加0.35％硅铁孕育剂进行一次孕育。
3.根据权利要求2所述的一种新型高性能乘用车缸体材料生产方法，其特征在于：
调整后的铁水采用0.08-0.15％的硅锶锆孕育剂瞬时孕育后进行浇注。
4.根据权利要求1所述的一种新型高性能乘用车缸体材料生产方法，其特征在于：
调整后的铁水成分为：C：3.24；Si：2.15；Mn：0.73；P：0.029；S：0.12；Cr：0.26；Cu：0.45；Sn:0.065；Sb:0.121。
5.根据权利要求1所述的一种新型高性能乘用车缸体材料生产方法，其特征在于：
调整后的铁水成分为：C：3.17；Si：2.00；Mn：0.68；P：0.028；S：0.11；Cr：0.26；Cu：0.38；Sn:0.059；Sb:0.071。
6.根据权利要求1所述的一种新型高性能乘用车缸体材料生产方法，其特征在于：
调整后的铁水成分为：C：3.15；Si：1.96；Mn：0.73；P：0.023；S：0.10；Cr：0.27；Cu：0.40；Sn:0.061；Sb:0.115。
7.根据权利要求1所述的一种新型高性能乘用车缸体材料生产方法，其特征在于：
所述原铁水成分按照如下方式获得：
采用生铁、废钢、回炉料等主材投入冲天炉内熔化，投入比例6:54:40，焦炭占金属炉料的12.5-15.5％，碳化硅占金属炉料的1-1.5％。
8.根据权利要求7所述的一种新型高性能乘用车缸体材料生产方法，其特征在于：
熔化后原铁水成分wt％：
C：3.15-3.25；Si：1.84-2.00；Mn：0.6-0.8；P≤0.03；S：0.10±0.02；Cr：≤0.20；Cu：≤0.25；Sn：≤0.025。
9.根据权利要求1所述的一种新型高性能乘用车缸体材料生产方法，其特征在于：
乘用车缸体材料标准要求：材质牌号TL009，强度≥220MPa。
10.根据权利要求1所述的一种新型高性能乘用车缸体材料生产方法，其特征在于：
材料硬度：HBS200～250。
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