发动机排气歧管材料及发动机排气歧管的制造方法
【专利摘要】一种发动机排气歧管材料及发动机排气歧管的制造方法，成分按重量百分比为：C 3.0~4.0%，Si 3.6~4.5%，Mn 0.1~0.5%，P≤0.07，S≤0.03，Mo 0.6~1.2%；Ni 0.8~1.6%，Cu 0.1~0.6%，余量为Fe；制成的发动机排气歧管的抗拉强度≥700Mpa，屈服强度≥400MPa，延伸率≥10%；制备发动机排气歧管的方法为：（1）熔炼铁水；（2）铁水浇注到砂型中；出炉进行球化处理，浇注；（3）保持至少3小时，再进行落砂清理获得铸件；（4）清理打磨，升温至820~870℃保温，随炉冷却。本发明的发动机排气歧管具有良好的耐高温性能，顺利通过了900℃耐久台架试验和热二试验。
【专利说明】
发动机排气歧管材料及发动机排气歧管的制造方法
技术领域
[0001]本发明属于汽车材料技术领域，特别涉及一种发动机排气歧管材料及发动机排气歧管的制造方法。
【背景技术】
[0002]实际工况条件下，发动机排气歧管工作条件恶劣，处于循环交变温度状态下，受热温度不均匀，表层与内腔温度相差数百度，需要排气歧管具有很好的高温力学性能和使用性能。出于保护环境和节约资源方面的考虑，在“提高压缩比、改善燃料燃烧效率、减少排放”等方面，不断对汽车发动机提出新的要求。这种形势不仅推动了汽车发动机行业在各个方面的进步，也促进了铸造行业在生产技术和铸件材质方面的发展。为适应催化技术和蜗轮增压技术应用以后，发动机排气温度不断提高的要求，开发用于耐热排气歧管的新材料，使其适应发动机性能的改善和提高，并加强优化产品功能和降低生产成本，是目前急需解决的问题。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种发动机排气歧管材料及发动机排气歧管的制造方法，在耐热球墨铸铁的基础上，通过调整和优化排气歧管材料的化学成分，获得性能良好的发动机排气歧管材料，并利用砂型铸造方法和适当的热处理工艺，提高排气歧管的高温强度、抗热疲劳性能和使用寿命。
[0004]本发明的发动机排气歧管材料的化学成分按重量百分比为:C3.0~4.0%，Si 3.6~4.5%, Mn 0.1-0.5%,P^0.07,S^0.03,Mo 0.6-1.2%；Ni 0.8-1.6%,Cu 0.1?0.6%，余量为Fe;采用上述材料通过砂型铸造方法制成的发动机排气歧管的抗拉强度多700Mpa，屈服强度彡400MPa，延伸率彡10%，泊松比为0.25?0.29，弹性模量为150?170GPa。
[0005]本发明的发动机排气歧管的制造方法按以下步骤进行:
1、按上述成分熔炼铁水；
2、采用壳型壳芯造型方式，或采用粘土砂线造型方式，将冶炼后的铁水浇注到砂型中；铁水出炉温度为1530?1560°C，出炉进行球化处理，浇注温度1430?1450°C ；
3、浇注完成后，保持至少3小时，再进行落砂清理，获得铸件；
4、将铸件表面清理打磨完毕，升温至820?870°C保温3?4小时，随炉冷却至<300°C后出炉，获得发动机排气歧管。
[0006]上述的铸件的金相组织大于3级。
[0007]上述方法中，熔炼铁水采用的原料为铸造生铁、回炉料、废钢和合金，废钢选用碳素钢，合金为硅铁合金、锰铁合金、钼铁合金、镍板和铜板;熔炼时的加料顺序为铸造生铁、回炉料、废钢和合金，其中合金的加料顺序为镍板、钼铁合金、锰铁合金、铜板和硅铁合金。
[0008]本发明的方法制备的发动机排气歧管具有良好的耐高温性能，适用于轿车排量为1.1Τ、1.3 Ta.4 τα.5 τα.6 τα.8 Τ、2.0 T或2.4 T的发动机上;顺利通过了900°C耐久台架试验和热二试验。
【附图说明】
[0009]图1为本发明实施例1制备的发动机排气歧管外观照片图；
图2为本发明实施例1制备的发动机排气歧管(图1的标记4处)的金相组织图。
【具体实施方式】
[0010]本发明实施例中发动机排气歧管的力学性能测试采用的设备为WEW-300B微机屏显式液压万能试验机，采用标准为GB/T228-2002。
[0011]本发明实施例中观测金相组织采用的设备为4XC金相显微镜，采用的标准为GB/T9441-2009。
[0012]本发明实施例中型壳芯造型方式为:造型材料选用覆膜砂，使用射芯机制作壳型和壳芯，组装铸型等待浇注。
[0013]本发明实施例中粘土砂线造型方式为:造型材料选用粘土砂，高压射实造型机造型，射芯机制芯；下芯合箱等待浇注。
[0014]本发明实施例中熔炼设备为中频感应电炉，进行炉前分析和光谱分析调整配料，采用的分析设备为QCR-2000炉前铁水快速分析仪和M5000光谱仪。
[0015]本发明实施例中的球化处理是喂丝法处理。
[0016]本发明实施例中的打磨清理是去除铸件表面的披缝和浇口。
[0017]本发明实施例中的900°C耐久台架试验和热二试验的测试结果为顺利通过，无裂缝，氧化皮较中硅钼要少。
[0018]实施例1
发动机排气歧管材料的化学成分按重量百分比为:c 3.0%, Si 4.5%，Mn 0.1%,P0.07,S 0.03,Mo 1.2%； Ni 0.8%, Cu 0.6%，余量为Fe;采用上述材料通过砂型铸造方法制成的发动机排气歧管的抗拉强度71Mpa，屈服强度469MPa，延伸率10.3%，泊松比为0.269，弹性模量为157GPa;外观如图1所示，标记4处的金相组织如图2所示，由图可见，根据GB/T9441-2009评价，球化级别为2级，石墨大小为7级；
本发明的发动机排气歧管的制造方法按以下步骤进行:
按上述成分熔炼铁水；
采用壳型壳芯造型方式，将冶炼后的铁水浇注到砂型中；铁水出炉温度为1530°C，出炉进行球化处理，浇注温度1430°C ;
浇注完成后，保持3小时，再进行落砂清理，获得铸件;铸件的球化级别大于3级；
将铸件表面清理打磨完毕，升温至820°C保温4小时，随炉冷却至<300°C后出炉，获得发动机排气歧管；
熔炼铁水采用的原料为铸造生铁、回炉料、废钢和合金，废钢选用碳素钢，合金为硅铁合金、锰铁合金、钼铁合金、镍板和铜板;熔炼时的加料顺序为铸造生铁、回炉料、废钢和合金，其中合金的加料顺序为镍板、钼铁合金、锰铁合金、铜板和硅铁合金。
[0019]实施例2
发动机排气歧管材料的化学成分按重量百分比为:C 4.0%, Si 3.6%，Mn 0.5%，P彡0.07，S<0.03，Mo 0.6%；Ni 1.6%,Cu 0.1%，余量为Fe;采用上述材料通过砂型铸造方法制成的发动机排气歧管的抗拉强度758Mpa，屈服强度405MPa，延伸率10.6%，泊松比为0.261,弹性模量为160Gpa;
制备方法同实施例1，不同点在于:
(1)采用粘土砂线造型方式；铁水出炉温度为1540°C，出炉进行球化处理，浇注温度1440 °C；
(2)浇注完成后，保持2.5小时；
(3)将铸件表面清理打磨完毕，升温至870°C保温3小时。
[0020] 实施例3
发动机排气歧管材料的化学成分按重量百分比为:C 3.5%, Si 4.0%，Mn 0.3%，P彡0.07,S^0.03,Mo 0.9%； Ni 1.2%, Cu 0.3%，余量为Fe;采用上述材料通过砂型铸造方法制成的发动机排气歧管的抗拉强度723Mpa，屈服强度426MPa，延伸率10.8%，泊松比为0.278，弹性模量为16 IGpa;
制备方法同实施例1，不同点在于:
(1)铁水出炉温度为1540°C，出炉进行球化处理，浇注温度1440 °C ；
(2)饶注完成后，保持4小时；
(3)将铸件表面清理打磨完毕，升温至860°C保温4小时。
[0021 ] 实施例4
发动机排气歧管材料的化学成分按重量百分比为:C 3.2%, Si 4.1%，Mn 0.2%，P彡0.07,S^0.03,Mo 1.0%；Ni 1.0%,Cu 0.5%，余量为Fe;采用上述材料通过砂型铸造方法制成的发动机排气歧管的抗拉强度78謂?&，屈服强度41910^，延伸率10.5%，泊松比为0.26，弹性模量为160Gpa;
制备方法同实施例1，不同点在于:
(1)采用粘土砂线造型方式；铁水出炉温度为1550°C，出炉进行球化处理，浇注温度1450 °C；
(2)浇注完成后，保持3.5小时；
(3)将铸件表面清理打磨完毕，升温至850°C保温3.5小时。
[0022] 实施例5
发动机排气歧管材料的化学成分按重量百分比为:C 3.8%, Si 3.8%，Mn 0.4%，P彡
0.07,S^0.03,Mo 0.8%； Ni 1.4%, Cu 0.2%，余量为Fe;采用上述材料通过砂型铸造方法制成的发动机排气歧管的抗拉强度742Mpa，屈服强度455MPa，延伸率10.9%，泊松比为0.275，弹性模量为158Gpa;
制备方法同实施例1，不同点在于:
(1)铁水出炉温度为1550°C，出炉进行球化处理，浇注温度1440°C；
(2)浇注完成后，保持3.5小时；
(3)将铸件表面清理打磨完毕，升温至840°C保温3.5小时。
【主权项】
1.一种发动机排气歧管材料，其特征在于化学成分按重量百分比为:C 3.0?4.0%，Si3.6-4.5%, Mn 0.I?0.5%，P彡0.07，S彡0.03，Mo 0.6-1.2%；Ni 0.8-1.6%,Cu 0.1?0.6%，余量为Fe;采用上述材料通过砂型铸造方法制成的发动机排气歧管的抗拉强度多700Mpa，屈服强度彡400MPa，延伸率彡10%，泊松比为0.25~0.29，弹性模量为150~1706卩&。2.—种采用权利要求1所述的发动机排气歧管材料制备发动机排气歧管的方法，其特征在于按以下步骤进行: (1)按上述成分熔炼铁水； (2)采用壳型壳芯造型方式，或采用粘土砂线造型方式，将冶炼后的铁水浇注到砂型中；铁水出炉温度为1530?1560°C，出炉进行球化处理，浇注温度1430?1450°C ； (3 )浇注完成后，保持至少3小时，再进行落砂清理，获得铸件； (4)将铸件表面清理打磨完毕，升温至820?870°C保温3?4小时，随炉冷却至彡300°C后出炉，获得发动机排气歧管。3.根据权利要求2所述的制备发动机排气歧管的方法，其特征在于所述的铸件的金相组织大于3级。4.根据权利要求2所述的制备发动机排气歧管的方法，其特征在于熔炼铁水采用的原料为铸造生铁、回炉料、废钢和合金，废钢选用碳素钢，合金为硅铁合金、锰铁合金、钼铁合金、镍板和铜板;熔炼时的加料顺序为铸造生铁、回炉料、废钢和合金，其中合金的加料顺序为镍板、钼铁合金、猛铁合金、铜板和娃铁合金。
【文档编号】C22C37/10GK106077508SQ201610568895
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月19日
【发明人】王成录, 邹萍, 辛啟斌
【申请人】东北大学, 凤城市晟源机械制造有限公司