CN116334474A - 一种高性能耐腐蚀柴油机缸套材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高性能耐腐蚀柴油机缸套材料,属于缸套材料技术领域,按质量百分比计包括组分:C 3.0‑3.3%、Si 2.7%、Mn 0.4‑0.49%、P 0.05‑0.1%、S 0.03‑0.05%、Cr 15‑30%、Cu 0.6‑1.0%,余量为Fe;通过离心铸造工艺,将熔化后的铁水注入离心模具中,离心铸造出高铬铸铁;将高铬铸铁热处理后得到高性能耐腐蚀柴油机缸套材料,其抗拉强度能达到500MPa以上,并且耐腐蚀性明显优于贝氏体合金铸铁,有利于提高柴油发动机燃烧室的抗爆燃和抗爆缸能力,有利于适应多元化燃料。
Description
技术领域
本发明属于缸套材料技术领域,具体涉及一种高性能耐腐蚀柴油机缸套材料。
背景技术
缸套是气缸套的简称,是发动机最重要的组成部分。缸套镶嵌在缸体的缸筒内,与活塞和缸盖共同组成发动机的燃烧室,是发动机燃烧室主要承受冲击部分。缸套分为干缸套和湿缸套,背面不接触冷却水的气缸套为干缸套,背面和冷却水接触的气缸套为湿缸套。干缸套厚度较薄、结构简单、加工方便。湿缸套直接接触冷却水,所以有利于发动机的冷却,有利于发动机的小型轻量化,但是容易被腐蚀。
随着柴油发动机朝着多元燃料、高功率和高强度方向的发展,对发动机燃烧室缸套的强度的要求也越来越高,并且还需要发动机燃烧室缸套具有良好的耐腐蚀性能。为了提高燃烧室的抗爆燃和抗爆缸能力,使柴油发动机燃烧室缸套能够适应多元化燃料,所以开发一种高性能耐腐蚀柴油机缸套材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高性能耐腐蚀柴油机缸套材料,以解决背景技术中的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现:
一种高性能耐腐蚀柴油机缸套材料,按质量百分比计包括如下组分:
C 3.0-3.3%、Si 2.7%、Mn 0.4-0.49%、P 0.05-0.1%、S 0.03-0.05%、Cr 15-30%、Cu 0.6-1.0%,余量为Fe。
高性能耐腐蚀柴油机缸套材料通过如下步骤制备:
步骤一:通过离心铸造工艺,将熔化后的铁水注入离心模具中,离心铸造出高铬铸铁;
步骤二:将高铬铸铁热处理后得到高性能耐腐蚀柴油机缸套材料。
进一步地,热处理包括退火、淬火和回火,具体步骤如下:
将高铬铸铁按照60℃/h的升温速度升温至650-670℃,然后保温4h,完成退火;继续按照相同的升温速度升温,在950-1000℃的条件下保温2h,完成淬火;按照5-10℃/s的冷却速度降温至25℃,按照60℃/h的升温速度升温至450-500℃保温3h,完成回火工艺,之后随炉冷却,完成热处理。
本发明的有益效果:
本发明高性能耐腐蚀柴油机缸套材料采用离心浇筑方法浇筑,经过热处理后其抗拉强度能达到500MPa以上,并且耐腐蚀性明显优于贝氏体合金铸铁,有利于提高柴油发动机燃烧室的抗爆燃和抗爆缸能力,有利于适应多元化燃料。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明实施例7中试样初始状况图;
图2是本发明实施例7中贝氏体样块初始状况图;
图3是本发明试样中性盐雾试验的2h状况图;
图4是本发明贝氏体样块中性盐雾试验的2h状况图;
图5是本发明试样中性盐雾试验的10h状况图;
图6是本发明贝氏体样块中性盐雾试验的10h状况图;
图7是本发明试样中性盐雾试验的80h状况图;
图8是本发明贝氏体样块中性盐雾试验的80h状况图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例,对本发明实施例中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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
步骤一:在中频炉内装入报废钢材和部分生铁以及报废铁屑,使用2000KW的功将原料熔化,从熔化的铁水中取样,使用光谱分析仪器确认铁水成分,与目标值对比后加入适量增碳剂、硅铁、锰铁、铬铁和铜,调整实际组分含量与目标值相同后即可进行浇筑;
步骤二:将熔化后的钢水注入离心模具中,离心铸造出高铬铸铁;实际的组分含量百分比如表1所示:
表1
成分 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Cu | Fe |
含量/% | 3.3 | 2.7 | 0.40 | 0.05 | 0.03 | 20 | 0.6 | 72.92 |
步骤三:将高铬铸铁按照60℃/h的升温速度下升温至650℃,然后保温4h,完成退火;继续按照相同的升温速度升温,在950℃的条件下保温2h,完成淬火,按照5℃/s的冷却速度降温至25℃,按照60℃/h的升温速度升温至450℃保温3h,完成回火工艺,之后随炉冷却,完成热处理,得到高性能耐腐蚀柴油机缸套材料。
实施例2
步骤一:在中频炉内装入报废钢材和部分生铁以及报废铁屑,使用2000KW的功将原料熔化,从熔化的铁水中取样,使用光谱分析仪器确认铁水成分,与目标值对比后加入适量增碳剂、硅铁、锰铁、铬铁和铜,调整实际组分含量与目标值相同后即可进行浇筑;
步骤二:将熔化后的钢水注入离心模具中,离心铸造出高铬铸铁;实际的组分含量百分比如表2所示:
表2
成分 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Cu | Fe |
含量/% | 3.3 | 2.7 | 0.45 | 0.05 | 0.04 | 25 | 0.7 | 67.76 |
步骤三:将高铬铸铁按照60℃/h的升温速度下升温至650℃,然后保温4h,完成退火;继续按照相同的升温速度升温,在950℃的条件下保温2h,完成淬火,按照5℃/s的冷却速度降温至25℃,按照60℃/h的升温速度升温至450℃保温3h,完成回火工艺,之后随炉冷却,完成热处理,得到高性能耐腐蚀柴油机缸套材料。
实施例3
步骤一:在中频炉内装入报废钢材和部分生铁以及报废铁屑,使用2000KW的功将原料熔化,从熔化的铁水中取样,使用光谱分析仪器确认铁水成分,与目标值对比后加入适量增碳剂、硅铁、锰铁、铬铁和铜,调整实际组分含量与目标值相同后即可进行浇筑;
步骤二:将熔化后的钢水注入离心模具中,离心铸造出高铬铸铁;实际的组分含量百分比如表3所示:
表3
成分 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Cu | Fe |
含量/% | 3.0 | 2.7 | 0.45 | 0.05 | 0.03 | 25 | 0.7 | 68.07 |
步骤三:将高铬铸铁按照60℃/h的升温速度下升温至660℃,然后保温4h,完成退火;继续按照相同的升温速度升温,在975℃的条件下保温2h,完成淬火,按照8℃/s的冷却速度降温至25℃,按照60℃/h的升温速度升温至475℃保温3h,完成回火工艺,之后随炉冷却,完成热处理,得到高性能耐腐蚀柴油机缸套材料。
实施例4
步骤一:在中频炉内装入报废钢材和部分生铁以及报废铁屑,使用2000KW的功将原料熔化,从熔化的铁水中取样,使用光谱分析仪器确认铁水成分,与目标值对比后加入适量增碳剂、硅铁、锰铁、铬铁和铜,调整实际组分含量与目标值相同后即可进行浇筑;
步骤二:将熔化后的钢水注入离心模具中,离心铸造出高铬铸铁;实际的组分含量百分比如表4所示:
表4
成分 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Cu | Fe |
含量/% | 3.3 | 2.7 | 0.45 | 0.1 | 0.04 | 30 | 0.7 | 62.71 |
步骤三:将高铬铸铁按照60℃/h的升温速度下升温至660℃,然后保温4h,完成退火;继续按照相同的升温速度升温,在975℃的条件下保温2h,完成淬火,按照8℃/s的冷却速度降温至25℃,按照60℃/h的升温速度升温至475℃保温3h,完成回火工艺,之后随炉冷却,完成热处理,得到高性能耐腐蚀柴油机缸套材料。
实施例5
步骤一:在中频炉内装入报废钢材和部分生铁以及报废铁屑,使用2000KW的功将原料熔化,从熔化的铁水中取样,使用光谱分析仪器确认铁水成分,与目标值对比后加入适量增碳剂、硅铁、锰铁、铬铁和铜,调整实际组分含量与目标值相同后即可进行浇筑;
步骤二:将熔化后的钢水注入离心模具中,离心铸造出高铬铸铁;实际的组分含量百分比如表5所示:
表5
成分 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Cu | Fe |
含量/% | 3.3 | 2.7 | 0.45 | 0.1 | 0.05 | 15 | 0.7 | 80.7 |
步骤三:将高铬铸铁按照60℃/h的升温速度下升温至670℃,然后保温4h,完成退火;继续按照相同的升温速度升温,在1000℃的条件下保温2h,完成淬火,按照10℃/s的冷却速度降温至25℃,按照60℃/h的升温速度升温至500℃保温3h,完成回火工艺,之后随炉冷却,完成热处理,得到高性能耐腐蚀柴油机缸套材料。
实施例6
步骤一:在中频炉内装入报废钢材和部分生铁以及报废铁屑,使用2000KW的功将原料熔化,从熔化的铁水中取样,使用光谱分析仪器确认铁水成分,与目标值对比后加入适量增碳剂、硅铁、锰铁、铬铁和铜,调整实际组分含量与目标值相同后即可进行浇筑;
步骤二:将熔化后的钢水注入离心模具中,离心铸造出高铬铸铁;实际的组分含量百分比如表6所示:
表6
成分 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Cu | Fe |
含量/% | 3.3 | 2.7 | 0.49 | 0.1 | 0.05 | 30 | 1.0 | 62.36 |
步骤三:将高铬铸铁按照60℃/h的升温速度下升温至670℃,然后保温4h,完成退火;继续按照相同的升温速度升温,在1000℃的条件下保温2h,完成淬火,按照10℃/s的冷却速度降温至25℃,按照60℃/h的升温速度升温至500℃保温3h,完成回火工艺,之后随炉冷却,完成热处理,得到高性能耐腐蚀柴油机缸套材料。
对实施例1-实施例6中热处理过程中的高铬铸铁的力学性能进行测试,结果如表7所示:
表7
由表7可以看出,实施例1-实施例6中制备的高铬铸铁在回火后均能满足缸套材料的使用要求。
实施例7
以实施例1中热处理后的高性能耐腐蚀柴油机缸套材料为例,将高性能耐腐蚀柴油机缸套材料加工成规格为12mm×12mm×20mm的试样,然后将试样表面进行抛光处理(请参阅图1),然后取一块相同规格的贝氏体样块,同样进行抛光处理(请参阅图2),称取试样和贝氏体样块的初始质量g1,再将试样和贝氏体样块用质量分数为5%的氯化钠溶液进行中性盐雾试验,设置盐雾箱温度为35℃,喷雾量为2mL/h,拍照记录2h、10h及80h两者的试验状况,并且称取试样和贝氏体样块在80h时的质量g2,分析数据,如表8所示:
表8
试样在中性盐雾试验中,试样在2h、10h及80h的情况分别如图3、图5及图7所示,贝氏体样块在2h、10h及80h的情况分别如图4、图6及图8所示,对比看出2h和8h时试样的耐腐蚀情况好于贝氏体样块,并且在80h时,试样的腐蚀百分比小于贝氏体样块,试样的耐腐蚀性明显优于贝氏体样块。
需要说明的是,在本文中,诸如术语“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。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种高性能耐腐蚀柴油机缸套材料,其特征在于,按质量百分比计包括如下组分:
C 3.0-3.3%、Si 2.7%、Mn 0.4-0.49%、P 0.05-0.1%、S 0.03-0.05%、Cr 15-30%、Cu 0.6-1.0%,余量为Fe;
所述高性能耐腐蚀柴油机缸套材料通过如下步骤制备:
步骤一:通过离心铸造工艺,将熔化后的铁水注入离心模具中,离心铸造出高铬铸铁;
步骤二:将高铬铸铁热处理后得到高性能耐腐蚀柴油机缸套材料。
2.根据权利要求1所述的一种高性能耐腐蚀柴油机缸套材料,其特征在于,所述热处理包括依次设置的退火、淬火和回火。
3.根据权利要求2所述的一种高性能耐腐蚀柴油机缸套材料,其特征在于,所述退火的具体操作为:将高铬铸铁按照60℃/h的升温速度升温至650-670℃,然后保温4h,完成退火。
4.根据权利要求2所述的一种高性能耐腐蚀柴油机缸套材料,其特征在于,所述淬火的具体操作为:将高铬铸铁按照60℃/h的升温速度升温至950-1000℃,然后保温2h,完成淬火。
5.根据权利要求2所述的一种高性能耐腐蚀柴油机缸套材料,其特征在于,所述回火的具体操作为:将高铬铸铁按照5-10℃/s的冷却速度降温至25℃,按照60℃/h的升温速度升温至450-500℃保温3h,完成回火。
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