CN115747629A

CN115747629A - 一种蠕墨铸铁基体材料及其制备方法和应用

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Publication number: CN115747629A
Application number: CN202211529864.3A
Authority: CN
Inventors: 胡俊; 唐永福; 程雨; 李勇; 杨剑; 刘正; 胡忠超; 江礼顺
Original assignee: Anqing TP Goetze Liner Co Ltd
Current assignee: Anqing TP Goetze Liner Co Ltd
Priority date: 2022-11-30
Filing date: 2022-11-30
Publication date: 2023-03-07

Abstract

本发明实施例涉及柴油机缸套材料技术领域，具体公开了一种蠕墨铸铁基体材料及其制备方法和应用，所述蠕墨铸铁基体材料包含碳、硅、锰、磷、硫、Cr、Cu、Sn、Mg、Fe等元素，经过熔炼、浇注制得。本发明实施例通过铸造方式来获得高韧性高塑性蠕墨铸铁柴油机缸套，能大大提高耐磨性、抗拉强度、疲劳强度等性能，可满足更大功率且能减薄缸套壁厚，相比于传统工艺，本发明实施例通过采用蠕墨铸铁替代合金灰铸铁，在抗拉强度提高25％前提下，原材料成本下降20％，解决了现有基于合金灰铸铁的柴油机缸套存在无法在保证良好抗拉强度的同时降低生产成本的问题。而且，本发明实施例提供的制备方法简单，具有广阔的市场前景。

Description

一种蠕墨铸铁基体材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明实施例属于柴油机缸套材料技术领域，具体为一种蠕墨铸铁基体材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着科技的不断发展和生产工艺的日趋完善，柴油机作为一种常见设备，在诸多领域都得到了广泛应用。例如，目前市场上，通常要用到柴油发电机组来拖动同步发电机进行发电，不仅起动迅速、操作维修方便，而且投资少，应用十分广泛。

目前，现有技术通常采用合金灰铸铁作为柴油机缸套材料，但可以知晓的是，由于合金灰铸铁本身的材料性能存在不足，其中的片状石墨割裂基体严重，导致合金灰铸铁的强度和韧性会明显下降。而在实际的应用中，为了保证柴油机缸套的正常使用，通常要提高合金灰铸铁的抗拉强度，现有技术中一般是通过添加钼、镍、铜等合金元素的方式来提高抗拉强度。

但是上述中的现有技术方案存在以下缺陷：通过添加钼、镍、铜等合金元素的方式虽然能提高合金灰铸铁的抗拉强度，但会大大增加生产成本，造成资源浪费。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种蠕墨铸铁基体材料，以解决上述背景技术中提出的现有基于合金灰铸铁的柴油机缸套存在无法在保证良好抗拉强度的同时降低生产成本的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种蠕墨铸铁基体材料，经过熔炼、浇注制得,所述蠕墨铸铁基体材料的化学成分按如下重量百分比计：碳为3.2％-4.0％，硅为1.4％-3.2％，锰:≤0.6％，磷:≤0.30％，硫:≤0.05％；Cr:≤0.30％，Cu为0.5％-1.3％，Sn:≤0.2％，Mg:≤0.05％，余量为Fe。

优选的，所述蠕墨铸铁基体材料的化学成分按如下重量百分比计：碳为3.5％-3.8％，硅为2.2％-2.7％，锰:≤0.6％，磷:≤0.30％，硫:≤0.05％；Cr:≤0.30％，Cu为0.6％-1.0％，Sn为0.05％-0.07％，Mg为0.006％-0.03％，余量为Fe。

优选的，所述蠕墨铸铁基体材料在浇注成型后，蠕墨含量≥80wt％，球墨含量≤20wt％，硬度是220-350HB，抗拉强度≥500Mpa。

本发明实施例的另一目的在于提供一种蠕墨铸铁基体材料的制备方法，所述的蠕墨铸铁基体材料的制备方法，包括以下步骤：

按所述蠕墨铸铁基体材料化学成分的比例要求称取铸造用生铁和低碳钢作为Fe源，同时称量合金材料作为除Fe源外的其他元素来源，再将以上原料依次投入中频感应电炉进行熔炼，控制铁水出炉温度为1450-1550℃，然后将铁水转运至浇注炉内并依次加入稀土硅铁镁合金蠕化剂和硅钡孕育剂进行蠕化处理和孕育处理，再采用冲包法进行浇注，冷却，得到所述蠕墨铸铁基体材料。

本发明实施例的另一目的在于提供一种采用上述的蠕墨铸铁基体材料的制备方法制备得到的蠕墨铸铁基体材料。

本发明实施例的另一目的在于提供一种上述的蠕墨铸铁基体材料在制备钢锭模、汽车发动机、排气管或柴油机中的应用。

与现有技术相比，本发明实施例的有益效果是：

与现有技术相比，本发明实施例提供的蠕墨铸铁基体材料，包含碳、硅、锰、磷、硫、Cr、Cu、Sn、Mg、Fe等元素，经过熔炼、浇注制得，通过铸造方式来获得高韧性高塑性蠕墨铸铁柴油机缸套，能大大提高耐磨性、抗拉强度、疲劳强度、弹性模量等性能，可满足更大功率且能减薄缸套壁厚，从而满足日益严格的尾气排放要求，相比于传统工艺，本发明实施例通过采用蠕墨铸铁替代合金灰铸铁，在抗拉强度提高25％前提下，铸造合金原材料成本下降20％，解决了现有基于合金灰铸铁的柴油机缸套存在无法在保证良好抗拉强度的同时降低生产成本的问题。而且，本发明实施例提供的蠕墨铸铁基体材料的制备方法简单，具有广阔的市场前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。

图1为本发明实施例1得到的柴油机缸套的石墨金相图。

图2为本发明实施例1得到的柴油机缸套的基体金相图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，下面将结合本发明实施例及附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明实施例，但不以任何形式限制本发明实施例。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明实施例构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明实施例的保护范围。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。

首先，需要说明的是，目前现有技术通常采用合金灰铸铁作为柴油机缸套材料，但可以知晓的是，由于灰铸铁中的片状石墨割裂基体严重，且其端部尖锐，在承受负荷时，尖锐的端部易产生应力集中，成为铸件破坏的起点，使铸铁的强度和韧性下降。但是，在实际的应用中，为了保证柴油机缸套的正常使用，通常要保证柴油机缸套材料的抗拉强度在400MPa以上，为了应对以上问题，就需要继续提高合金灰铸铁的强度和耐磨性，将合金灰铸铁的抗拉强度提高到400MPa以上，一般是通过添加钼、镍、铜等合金元素获得铸态贝氏体组织，这样将大大增加生产成本，浪费社会资源。

因此，为了解决现有技术中基于合金灰铸铁的柴油机缸套存在无法在保证良好抗拉强度的同时降低生产成本的问题，本发明实施例提供的一种蠕墨铸铁基体材料，具体是一种高韧性高塑性的蠕墨铸铁基体材料，可以用于生产高韧性高塑性蠕墨铸铁柴油机缸套，该蠕墨铸铁基体材料的化学成分按如下重量百分比计：

碳：3.2％-4.0％，硅：1.4％-3.2％，锰:≤0.6％，磷:≤0.30％，硫：≤0.05％；Cr：≤0.30％，Cu：0.5％-1.3％，Sn：≤0.2％，Mg：≤0.05％，余量为Fe。

作为本发明实施例的另一优选实施例，所述蠕墨铸铁基体材料的化学成分按如下重量百分比计：

碳：3.2％-3.8％，硅：2.0％-3.2％，锰:≤0.6％，磷:≤0.30％，硫：≤0.05％；Cr：≤0.30％，Cu：0.5％-1.3％，Sn：≤0.2％，Mg：≤0.05％，余量为Fe。

碳：3.5％-3.8％，硅：2.2％-2.7％，锰:≤0.6％，磷:≤0.30％，硫：≤0.05％；Cr：≤0.30％，Cu：0.6％-1.0％，Sn：0.05％-0.07％，Mg：0.006％-0.03％，余量为Fe。

优选地，所述蠕墨铸铁基体材料的化学成分按重量百分比计包括：

碳：3.4％-3.9％，硅：1.4％-1.8％，锰:0.30％-0.5％，磷:0.05％-0.30％，硫：≤0.03％；Cr：≤0.20％；Cu：0.6％-1.0％；Sn：0.05％-0.07％。

作为本发明实施例的另一优选实施例，所述蠕墨铸铁基体材料的化学成分按重量百分比计包括：

碳：3.4％-3.9％，硅：1.4％-1.7％，锰:0.30％-0.45％，磷:0.10％-0.30％，硫：≤0.03％；Cr：≤0.20％；Cu：0.6％-1.0％；Sn：0.05％-0.07％。

作为本发明实施例的另一优选实施例，所述蠕墨铸铁基体材料在浇注成型后的蠕墨含量≥80wt％，球墨含量≤20wt％，硬度是220-350HB(布氏硬度)，抗拉强度≥500Mpa。

本发明实施例还提供一种蠕墨铸铁基体材料的制备方法，所述的蠕墨铸铁基体材料的制备方法具体包括以下步骤：

按所述蠕墨铸铁基体材料的化学成分要求称取铸造用生铁和低碳钢作为Fe源，同时称量合金作为除Fe源外的其他元素来源，依次投入中频感应电炉进行熔炼，控制铁水出炉温度为1450-1550℃，然后将铁水转运至浇注炉内并依次加入稀土硅铁镁合金蠕化剂和硅钡孕育剂(转运浇包蠕化处理和孕育处理)，浇注时采用冲包法充入小浇包，实现小浇包二次孕育处理；冷却，得到所述蠕墨铸铁基体材料。

作为本发明实施例的另一优选实施例，在所述的蠕墨铸铁基体材料的制备方法中，还包括在铁水出炉前对铁水进行碳当量分析的步骤，以控制碳当量在4.3％-4.6％，保证铁水具有良好的流动性，同时将硫含量控制在0.03％以下。

作为本发明实施例的另一优选实施例，在所述的蠕墨铸铁基体材料的制备方法中，还包括在采用冲包法浇注后，再利用金属涂料离心铸造常规工艺生产气缸套铸件的步骤。具体的，整个工艺流程包括：原材料称重配料→中频感应电炉熔炼→转运浇包蠕化处理和孕育处理→小浇包二次孕育处理→浇注→冷却→脱模→材料检测。

作为本发明实施例的另一优选实施例，在所述金属涂料离心铸造常规工艺中，采用湿式涂料方式，湿式涂料的厚度控制在1.0-2.0mm，模具温度控制在300-400℃。

作为本发明实施例的另一优选实施例，在所述的蠕墨铸铁基体材料的制备方法中，所述稀土硅铁镁合金蠕化剂与硅钡孕育剂的用量如下：在所有原料中的占比中，包括0.25％-0.6％的稀土硅铁镁合金蠕化剂和0.6％-0.8％的硅钡孕育剂。

作为本发明实施例的另一优选实施例，其中，所述铸造用生铁和低碳钢的重量比是20-60：80-40。

作为本发明实施例的另一优选实施例，所述低碳钢(mild steel)为碳含量低于0.25％的碳素钢。

具体的，所述铸造用生铁一般指高纯生铁，是铸铁件的基础炉料，在实际生产中，对于其中S、P、Mn和有害微量元素的含量有一定规定。例如，根据低温用高韧性球墨铸铁件、等温淬火球墨铸铁件、大型球墨铸铁件、特殊性能球墨铸铁件和薄壁高强度灰铸铁件等对铸铁化学成分的要求，提出《铸造用高纯生铁》的牌号，规定了Ti、Mn、P、S的“特”、“1”两个层面的含量，以及Cr、V、Mo、Sn、Sb、Pb、Bi、Te、As、B、Al等各自含量的最大值，且规定了上述微量元素总和的含量不应大于0.1％。

需要理解的是，本发明实施例所采用的高纯生铁可以使用现有厂家生产的产品，具体根据需要进行选择，这里并不作限定。例如，以钒钛磁铁矿精粉为原料，由高炉炼出的铁液含有较低的Si，一定量的V、Ti、Cr和较多的P，再通过用分步氧化法调节含量，生产的Ti小于0.01％、P和Mn约为0.02％、Si-O的生铁。或者，以低P、低Ti的优质铁矿精粉为原料，通过高炉低温冶炼和炉前的精细化辅助措施，生产的Ti小于0.03％、P小于0.025％、Mn小于0.1％、Si是0.4％-1.2％，微量元素很低的生铁。其他方法均为现有技术，这里并不作赘述。

优选的，所述的蠕墨铸铁基体材料的制备方法，包括以下步骤：

1)按照如下重量百分比进行配料：碳：3.4％-3.9％，硅：1.4％-1.8％，锰:0.30％-0.5％，磷:0.05％-0.30％，硫：≤0.03％；Cr：≤0.20％；Cu：0.6％-1.0％；Sn：0.05％-0.07％；

2)原材料称重配料系统依据以上比例的配料指示来称量高纯生铁(20％-60％)和低碳钢(80％-40％)，使用电子秤称量合金，依次投入中频感应电炉进行熔炼，控制铁水出炉温度为1450-1550℃；

3)出炉前对铁水进行碳当量分析，碳当量控制在4.3-4.6，保证铁水具有良好的流动性，碳含量低易产生白口、麻口，碳含量高易产生石墨漂浮，硅含量高不易控制铁素体的数量。硫是蠕墨铸铁生产中最为有害的元素，原铁液中S含量越高，消耗的蠕化剂越多，形成的硫化物夹渣也越多，不易保证石墨的蠕化，因此，将硫含量控制在0.03％以下；

4)出铁水时转运浇包依次加入0.25％-0.6％的稀土硅铁镁合金蠕化剂和0.6％-0.8％的硅钡孕育剂进行蠕化处理和孕育处理，然后进行浇注，浇注时采用冲包法充入小浇包，得到蠕墨铸铁基体材料，最后采用金属涂料离心铸造常规生产气缸套铸件。

其中，铁水经过蠕化处理以后，过冷倾向加大，极易产生白口。同时，金属涂料离心铸造中，涂料厚度要适当增加，一般涂料厚度控制在1-2mm左右，模具温度适当升高，模具温度控制在300-400℃。铁水经过蠕化处理以后，铁水中的硫化物渣增多,铁水纯净度大大降低，铸件产生渣孔的几率大大增加,故增加转速有利于道气上浮，避免铸造缺陷，主轴转速选择1200-1800转/分。另外，需要说明的是，在进行金属涂料离心铸造时，采用湿式涂料方式，湿式涂料的厚度控制在1.0-2.0mm，模具温度控制在300-400℃。

本发明实施例还提供一种采用上述的蠕墨铸铁基体材料的制备方法制备得到的蠕墨铸铁基体材料。

本发明实施例还提供一种上述的蠕墨铸铁基体材料在制备钢锭模、汽车发动机、排气管、玻璃模具、柴油机及其他各种制动零件中的应用。而且，本发明实施例通过所述蠕墨铸铁基体材料的制备方法制备的蠕墨铸铁基体材料蠕墨含量≥80％，蠕墨铸铁作为具有片状和球状石墨之间的一种过渡形态的灰口铸铁，具有力学性能和导热性能较好以及断面敏感性小的优点，因此，所述蠕墨铸铁基体材料尤其是适用于作为高韧性高塑性蠕墨铸铁来制备柴油机缸套。本发明实施例通过所述蠕墨铸铁基体材料的制备方法制备的蠕墨铸铁基体材料在保证抗拉强度提高25％前提下，通过采用蠕墨铸铁替代合金灰铸铁，铸造合金原材料成本下降20％，解决了现有技术中基于合金灰铸铁的柴油机缸套存在无法在保证良好抗拉强度的同时降低生产成本的问题。

以下通过列举具体实施例对本发明实施例的蠕墨铸铁基体材料的技术效果做进一步的说明。

实施例1

本发明实施例提供的一种蠕墨铸铁基体材料，可以用于生产高韧性高塑性蠕墨铸铁柴油机缸套，该蠕墨铸铁基体材料的化学成分按如下重量百分比计：碳：3.8％，硅：1.6％，锰:0.4％，磷:0.15％，硫：≤0.03％；Cr：0.15％；Cu：0.8％；Sn：0.055％。

在本实施例中，所述的蠕墨铸铁基体材料的制备方法具体包括以下步骤：

1)按照如下重量百分比进行配料：碳：3.8％，硅：1.6％，锰:0.4％，磷:0.15％，硫：≤0.03％；Cr：0.15％；Cu：0.8％；Sn：0.055％；余量为Fe。

2)原材料称重配料系统依据以上比例的配料指示来称量高纯生铁(20％-60％)和低碳钢(80％-40％)，使用电子秤称量合金，依次投入中频感应电炉进行熔炼，控制铁水出炉温度为1520℃。

3)出炉前对铁水进行碳当量分析，碳当量控制在4.52，保证铁水具有良好的流动性，碳含量低易产生白口、麻口，碳含量高易产生石墨漂浮，硅含量高不易控制铁素体的数量。硫是蠕墨铸铁生产中最为有害的元素，原铁液中S含量越高，消耗的蠕化剂越多，形成的硫化物夹渣也越多，不易保证石墨的蠕化，因此，将硫含量控制在0.03％以下。

4)出铁水时转运浇包，依据毛坯重量，依次加入0.3％的稀土硅铁镁合金蠕化剂和0.6％的硅钡孕育剂进行蠕化处理和孕育处理，然后进行浇注，浇注时采用冲包法充入小浇包，得到蠕墨铸铁基体材料，最后采用金属涂料离心铸造常规生产气缸套铸件(模具温度控制在300-400℃，冷却回火处理得气缸套成品)。

其中，金属涂料离心铸造中，涂料厚度要适当增加，涂料厚度控制在1.5mm左右，模具温度适当升高，模具温度控制在320℃。铁水经过蠕化处理以后，要增加转速有利于道气上浮，避免铸造缺陷，主轴转速选择1200-1800转/分。经常规检测，该气缸套成品的抗拉强度为553MPa，硬度为274HB；气缸套的金相组织见图1和2所示，图1为本发明实施例1得到的柴油机缸套的石墨金相图，由图可看出蠕墨铸铁的石墨形态，而且蠕化率达到90％。图2为本发明实施例1得到的柴油机缸套的基体金相图，由图可看出珠光体组织，而且游离铁素体＜1％。其最终化学成分为碳：3.8％，硅：1.6％，锰:0.4％，磷:0.15％，硫：≤0.03％；Cr：0.15％；Cu：0.8％；Sn：0.055％；余量为Fe(某些元素的含量误差在允许的范围内，此为本领域公知常识)。

实施例2

本发明实施例提供的一种蠕墨铸铁基体材料，可以用于生产高韧性高塑性蠕墨铸铁柴油机缸套，该蠕墨铸铁基体材料的化学成分按如下重量百分比计：碳：3.75％，硅：1.55％，锰:0.4％，磷:0.15％，硫：≤0.03％；Cr：0.15％；Cu：0.8％；Sn：0.06％。

1)按照如下重量百分比进行配料：碳：3.75％，硅：1.55％，锰:0.4％，磷:0.15％，硫：≤0.03％；Cr：0.15％；Cu：0.8％；Sn：0.06％；余量为Fe。

2)原材料称重配料系统依据以上比例的配料指示来称量高纯生铁(20％-60％)和低碳钢(80％-40％)，使用电子秤称量合金，依次投入中频感应电炉进行熔炼，控制铁水出炉温度为1525℃。

3)出炉前对铁水进行碳当量分析，碳当量控制在4.46，保证铁水具有良好的流动性，硫含量控制在0.03％以下。

4)出铁水时转运浇包，依据毛坯重量，依次加入0.35％的稀土硅铁镁合金蠕化剂和0.65％的硅钡孕育剂进行蠕化处理和孕育处理，然后进行浇注，浇注时采用冲包法充入小浇包，得到蠕墨铸铁基体材料，最后采用金属涂料离心铸造常规生产气缸套铸件(模具温度控制在300-400℃，冷却回火处理得气缸套成品)。

实施例3

本发明实施例提供的一种蠕墨铸铁基体材料，可以用于生产高韧性高塑性蠕墨铸铁柴油机缸套，该蠕墨铸铁基体材料的化学成分按如下重量百分比计：碳：3.7％，硅：1.5％，锰:0.35％，磷:0.15％，硫：≤0.03％；Cr：0.15％；Cu：0.8％；Sn：0.065％。

1)按照如下重量百分比进行配料：碳：3.7％，硅：1.5％，锰:0.35％，磷:0.15％，硫：≤0.03％；Cr：0.15％；Cu：0.8％；Sn：0.065％；余量为Fe。

2)原材料称重配料系统依据以上比例的配料指示来称量高纯生铁(20％-60％)和低碳钢(80％-40％)，使用电子秤称量合金，依次投入中频感应电炉进行熔炼，控制铁水出炉温度为1530℃。

3)出炉前对铁水进行碳当量分析，碳当量控制在4.43，硫含量控制在0.03％以下。

4)出铁水时转运浇包，依据毛坯重量，依次加入0.4％的稀土硅铁镁合金蠕化剂和0.7％的硅钡孕育剂进行蠕化处理和孕育处理，然后进行浇注，浇注时采用冲包法充入小浇包，得到蠕墨铸铁基体材料，最后采用金属涂料离心铸造常规生产气缸套铸件(模具温度控制在300-400℃，冷却回火处理得气缸套成品)。

实施例4

本发明实施例提供的一种蠕墨铸铁基体材料，可以用于生产高韧性高塑性蠕墨铸铁柴油机缸套，该蠕墨铸铁基体材料的化学成分按如下重量百分比计：碳：3.65％，硅：1.45％，锰:0.3％，磷:0.15％，硫：≤0.03％；Cr：0.15％；Cu：0.8％；Sn：0.07％。

1)按照如下重量百分比进行配料：碳：3.65％，硅：1.45％，锰:0.3％，磷:0.15％，硫：≤0.03％；Cr：0.15％；Cu：0.8％；Sn：0.07％；余量为Fe。

2)原材料称重配料系统依据以上比例的配料指示来称量高纯生铁(20％-60％)和低碳钢(80％-40％)，使用电子秤称量合金，依次投入中频感应电炉进行熔炼，控制铁水出炉温度为1540℃。

3)出炉前对铁水进行碳当量分析，碳当量控制在4.37，硫含量控制在0.03％以下。

4)出铁水时转运浇包，依据毛坯重量，依次加入0.45％的稀土硅铁镁合金蠕化剂和0.75％的硅钡孕育剂进行蠕化处理和孕育处理，然后进行浇注，浇注时采用冲包法充入小浇包，得到蠕墨铸铁基体材料。

5)最后采用金属涂料离心铸造常规生产气缸套铸件(模具温度控制在300-400℃，冷却回火处理得气缸套成品)。

实施例5

与实施例1相比，除了原料比例不同外，其他与实施例1相同。具体的，在本实施例中，所述的蠕墨铸铁基体材料在制备时按照如下重量百分比进行配料：碳：3.2％，硅：1.4％，锰:0.6％，磷:0.3％，硫：0.05％；Cr：0.3％；Cu：0.05％；Sn：0.2％；Mg:0.05％，余量为Fe。

在本实施例中，所述蠕墨铸铁基体材料的制备方法与均参照实施例1，这里并不作赘述。

实施例6

与实施例1相比，除了原料比例不同外，其他与实施例1相同。具体的，在本实施例中，所述的蠕墨铸铁基体材料在制备时按照如下重量百分比进行配料：碳：4.0％，硅：2.2％，锰:0.1％，磷:0.1％，硫：0.01％；Cr：0.1％；Cu：0.6％；Sn：0.05％；Mg:0.006％，余量为Fe。

实施例7

与实施例1相比，除了原料比例不同外，其他与实施例1相同。具体的，在本实施例中，所述的蠕墨铸铁基体材料在制备时按照如下重量百分比进行配料：碳：3.3％，硅：3.2％，锰:0.6％，磷:0.3％，硫：0.05％；Cr：0.3％；Cu：1.3％；Sn：0.2％；Mg:0.05％，余量为Fe。

对比例1

提供的一种蠕墨铸铁基体材料，作为蠕墨铸铁的性能样品，化学成分按如下重量百分比计：碳：3.8％，硅：1.6％，锰:0.4％，磷:0.15％，硫：≤0.03％；Cr：0.15％；Cu：0.8％；Sn：0.055％。

对比例2

提供的一种蠕墨铸铁基体材料，作为蠕墨铸铁的性能样品，化学成分按如下重量百分比计：碳：碳：3.75％，硅：1.55％，锰:0.4％，磷:0.15％，硫：≤0.03％；Cr：0.15％；Cu：0.8％；Sn：0.06％。

对比例3

提供的一种蠕墨铸铁基体材料，作为蠕墨铸铁的性能样品，化学成分按如下重量百分比计：碳：3.7％，硅：1.5％，锰:0.35％，磷:0.15％，硫：≤0.03％；Cr：0.15％；Cu：0.8％；Sn：0.065％。

对比例4

提供的一种蠕墨铸铁基体材料，作为蠕墨铸铁的性能样品，化学成分按如下重量百分比计：碳：3.65％，硅：1.45％，锰:0.3％，磷:0.15％，硫：≤0.03％；Cr：0.15％；Cu：0.8％；Sn：0.07％。

性能检测

将实施例1-4中制备的气缸套进行性能检测。实施例1-4中制备的气缸套的具体化学成分见表1所示。在进行性能检测时，具体是将实施例1-4中制备的气缸套分别进行硬度和抗拉强度检测，具体的检测结果见表2所示。

表1气缸套的化学成分表

组别	碳当量	C，％	Si，％	Mn，％	P，％	S，％	Cr，％	Cu，％	Sn，％
										实施例1	4.52	3.8	1.6	0.4	0.15	≤0.03	0.15	0.8	0.055
实施例2	4.46	3.75	1.55	0.4	0.15	≤0.03	0.15	0.8	0.060
										实施例3	4.43	3.7	1.5	0.35	0.15	≤0.03	0.15	0.8	0.065
实施例4	4.37	3.65	1.45	0.3	0.15	≤0.03	0.15	0.8	0.07

表2气缸套性能检测结果表

从表2数据可以看出，采用本发明实施例提供的蠕墨铸铁基体材料的制备方法进行制备得到的蠕墨铸铁基体材料可以有效提高抗拉强度，通过采用蠕墨铸铁替代合金灰铸铁，抗拉强度可以达到600MPa，而且，降低了钼、镍、铜等合金元素的用量，因此采用的原料成本得到降低，铸造合金原材料成本下降了20％。

为了体现采用蠕墨铸铁生产高性能气缸套的优势，下面，将对比例1、2、3、4中制备的蠕墨铸铁基体材料进行性能检测，同时，以现有产品中的灰铸铁贝氏体作为参比例，具体包括参比例1、2、3、4，其中，参比例1、2、3、4对应的元素含量见表3所示。具体是将对比例1-4以及参比例1-4中的样品采用相同条件进行力学性能，具体的检测结果见表3所示。

表3蠕墨铸铁和灰铸铁贝氏体力学性能对比表

从表3数据可以看出，蠕墨铸铁生产高性能气缸套，可以节约大量的钼、镍等贵重合金，降低铸造生产成本。结合图1可看出蠕墨铸铁的石墨形态，而且蠕化率达到90％。结合图2可看出珠光体组织，而且游离铁素体＜1％。

需要说明的是，随着发动机技术向低成本、大功率、低排放、高性能、长寿命的方向发展，气缸套需要通过改善材料性能来提升发动机性能需求。必须开发一种高强度、低成本的材料来适应未来发动机技术的发展。

本发明在研究采用蠕墨铸铁替代合金灰铸铁，在抗拉强度提高25％前提下，铸造合金原材料成本下降20％。蠕墨铸铁石墨呈蠕虫状，石墨形态短而厚，端部圆滑，分布均匀，且表面粗糙，较圆的端部能抑制裂纹的发生和扩展，粗糙的表面能限制石墨的脱落，蠕墨铸铁组织具有良好的机械性能，并具有良好的减磨性能。本发明提供的蠕墨铸铁基体材料，与灰铸铁相比，能大大提高抗拉强度、疲劳强度、弹性模量和耐磨等性能。蠕墨铸铁生产时具有接近灰铸铁的优良的铸造性能。

根据以上结果可以看出，本发明实施例有益效果如下，本发明实施例主要通过铸造方式来获得高韧性高塑性蠕墨铸铁柴油机缸套，通过热处理方式使缸套内圆面获得较高硬度组织，使缸套内圆面耐磨性。同此材料的抗拉强度达到500MPa以上，可满足更大功率且能减薄缸套壁厚，缩小缸间距，减轻发动机重量，从而满足日益严格的尾气排放要求。而且，本发明实施例提供的制备方法简单，具有广阔的市场前景。

需要说明的是，在本发明中的碳、硅、锰、磷、硫、Cr、Cu、Sn、Mg、Fe等均可采用现有的合金材料来实现配比，对应的合金均为现有厂家的产品。以上皆为常规的铸铁生产中的原料，具体根据需要进行选择，这里并不作赘述。

上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明，描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。但是，本行业的技术人员应该了解，本发明实施例并不限于上述实施方式，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明实施例宗旨的前提下作出各种变化。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明实施例的保护范围之中。

Claims

1.一种蠕墨铸铁基体材料，其特征在于，所述蠕墨铸铁基体材料的化学成分按如下重量百分比计包括：碳为3.2％-4.0％，硅为1.4％-3.2％，锰:≤0.6％，磷:≤0.30％，硫:≤0.05％；Cr:≤0.30％，Cu为0.5％-1.3％，Sn:≤0.2％，Mg:≤0.05％。

2.根据权利要求1所述的蠕墨铸铁基体材料，其特征在于，所述蠕墨铸铁基体材料的化学成分按如下重量百分比计：碳为3.5％-3.8％，硅为2.2％-2.7％，锰:≤0.6％，磷:≤0.30％，硫:≤0.05％；Cr:≤0.30％，Cu为0.6％-1.0％，Sn为0.05％-0.07％，Mg为0.006％-0.03％，余量为Fe。

3.根据权利要求1所述的蠕墨铸铁基体材料，其特征在于，所述蠕墨铸铁基体材料的化学成分按重量百分比计包括：

4.根据权利要求1所述的蠕墨铸铁基体材料，其特征在于，所述蠕墨铸铁基体材料的化学成分按重量百分比计包括：

5.根据权利要求1所述的蠕墨铸铁基体材料，其特征在于，所述蠕墨铸铁基体材料在浇注成型后，蠕墨含量≥80wt％，球墨含量≤20wt％，硬度是220-350HB，抗拉强度≥500Mpa。

6.一种如权利要求1-5任一所述的蠕墨铸铁基体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

按蠕墨铸铁基体材料化学成分的比例要求称取铸造用生铁和低碳钢作为Fe源，同时称量合金材料作为除Fe源外的其他元素来源，再将以上原料依次投入中频感应电炉进行熔炼，控制铁水出炉温度为1450-1550℃，然后将铁水转运至浇注炉内并依次加入稀土硅铁镁合金蠕化剂和硅钡孕育剂进行蠕化处理和孕育处理，再采用冲包法进行浇注，冷却，得到所述蠕墨铸铁基体材料。

7.根据权利要求6所述的蠕墨铸铁基体材料的制备方法，其特征在于，在所述的蠕墨铸铁基体材料的制备方法中，还包括在铁水出炉前对铁水进行碳当量分析的步骤，以控制碳当量在4.3％-4.6％，同时将硫含量控制在0.03％以下。

8.根据权利要求6所述的蠕墨铸铁基体材料的制备方法，其特征在于，在所述的蠕墨铸铁基体材料的制备方法中，还包括在采用冲包法浇注后，再利用离心铸造工艺生产气缸套铸件的步骤。

9.一种采用权利要求6所述的蠕墨铸铁基体材料的制备方法制备得到的蠕墨铸铁基体材料。

10.一种如权利要求1或2或3或4或5或9所述的蠕墨铸铁基体材料在制备钢锭模、汽车发动机、排气管或柴油机中的应用。