一种磷铌铸铁气缸套及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种磷铌铸铁气缸套，所述气缸套材料的化学组成按如下重量百分比计：碳：2.8～3.1%、硅：1.8～2.2%、锰：2.0～2.3%、0＜硫≤0.12%、磷0.2～0.4%、铌0.2～0.3%、铈：0.01～0.02%，余量为Fe。本发明气缸套的石墨形状主要为A型，少量D+E型，基体为珠光体，游离铁素体小于3%。气缸套的工作表面硬度为270－320HB，抗拉强度σb为350－400MPa，适合在当代高速、高强化、高性能、低排放、长寿命的内燃机上使用，且材料生产成本较低。
【专利说明】一种磷铌铸铁气缸套及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于气缸套【技术领域】，具体涉及一种磷铌铸铁气缸套及其制备方法。
【背景技术】
[0002]目前，气缸套材料多为合金灰铸铁材质,如磷合金铸铁、硼合金铸铁、钥;钛合金铸铁、铜钥镍合金铸铁等材质，它们的基体组织都是以珠光体为主，材料抗拉强度一般为200 - 300MPa，硬度为220 — 260HB ;该类气缸套不能满足高速大功率、高爆压、低排放、高性能长寿命内燃机的要求。
[0003]铸态贝氏体灰铸铁材质气缸套，加入镍与钥合金，其基体组织为铸态贝氏体，经热处理后抗拉强度大于370MPa，硬度为270 — 31HB ;但是该种气缸套材料生产成本高。
【发明内容】
[0004]本发明目的在于提供一种磷铌铸铁气缸套及其制备方法，该气缸套具有较好的抗拉强度和硬度。
[0005]为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下:
一种磷铌铸铁气缸套 ，所述气缸套材料的化学组成按如下重量百分比计:
碳(C):2.8 ~3.1%、硅(Si):l.8 ~2.2%、锰(Μη):2.0 ~2.3%、0〈硫(S) ( 0.12%、磷(P) 0.2 ~0.4%、铌(Nb) 0.2 ~0.3%、铈(Ce):0.01 ~0.02%，余量为 Fe。
[0006]上述磷铌铸铁气缸套的制备方法，其包括如下步骤:
①按比例进行配料，用变频感应电炉熔炼配料获得铁液，控制铁液出炉温度为1480~1520 0C ；
②出炉前加入铁液重量0.55~0.65%的孕育剂处理,所述孕育剂为娃钡钙孕育剂、娃锶孕育剂或硅钡孕育剂(该类孕育剂属于硅基高效长效复合类孕育剂)；
③采用金属型湿涂料离心铸造常规工艺生产气缸套铸件(如可采用常规的卧式离心铸造机，模具采用金属型模具，模具内腔喷涂常规湿涂料进行生产)。铸件出模后，一般自然冷至室温，然后放入铸件框中即可。
[0007]本发明磷铌合金的珠光体灰铸铁气缸套的石墨形状主要为A型，少量D+E型，基体为珠光体(见图2)，游离铁素体小于3% (见图1)。气缸套的工作表面硬度为270 - 320ΗΒ,抗拉强度σ b为350 — 400MPa，适合在当代高速、高强化、高性能、低排放、长寿命的内燃机上使用，且材料生产成本较低。
[0008]本发明在碳、硫、硅、磷、锰普通元素化学成分的基础上，适当增加磷元素，大幅增加锰元素含量，加入铌合金元素，主要可以起到以下作用:
1、猛的作用:提高奥氏体的稳定性，降低奥氏体向珠光体的转变温度，对提高珠光体的弥散度有重要的作用，在连续冷却条件下使获得细珠光体、索氏体成为必然。高的锰元素使灰铸铁具有高的强度、良好地耐用性、收缩小、内应力小。
[0009]2、磷的作用:磷元素在铸铁中是促进石墨化元素，它可以减少铁液的过冷倾向，同时他可以形成磷共晶；磷共晶为硬质相，其呈断续网状或均匀分散分布可以显著提高基体材料的耐磨性。
[0010]3、铌的作用:对石墨化而言，铌是中性元素，对气缸套铸件石墨形状、分布的影响并不大。铌元素是强碳、氮化物形成元素，它们与碳氮有很强的亲和力，在本发明的气缸套中可分别形成NbC、Nb (C、N)等高硬度的碳、氮化物，呈弥散分布，与珠光体基体组成高耐磨性的复合基体，其显微硬度达Hv2200以上。铌元素对基体的强化能起到良好的作用。
[0011]4、铈的作用:调整铁液浓度起伏，钝化石墨，减少基体割裂。
[0012]和现有技术相比，本发明具有以下优点:
本发明气缸套加入铌合金元素后，具有高强度、高耐磨性、高性价比等综合性能；优于现有普通合金珠光体基体的灰铸铁，耐磨性得到显著提高；机械性能(包括抗拉强度、硬度)远高于现有普通珠光体基体的合金灰铸铁，与贝氏体基体气缸套相当，但其生产成本降低，性价比高，是非常有市场优势的产品。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本发明所述气缸套放大100倍的基体金相图；
图2为本发明所述气缸套放大500倍的基体金相图，图中可看出基体组织的珠光体形态。
【具体实施方式】
[0014]以下通过优选实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不局限于此。
[0015]实施例1
一种磷铌铸铁气缸套，所述气缸套材料的化学组成按如下重量百分比计；
【权利要求】
1.一种磷铌铸铁气缸套，其特征在于，所述气缸套材料的化学组成按如下重量百分比计:
碳:2.8 ~3.1%、硅:1.8 ~2.2%、锰:2.0 ~2.3%、0 <硫≤ 0.12%、磷 0.2 ~0.4%、铌.0.2 ~0.3%、铈:0.01 ~0.02%，余量为 Fe。
2.权利要求1所述磷铌铸铁气缸套的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: ①按比例进行配料，用变频感应电炉熔炼配料获得铁液，控制铁液出炉温度为1480~.1520 0C ； ②出炉前加入铁液重量0.55~0.65%的孕育剂处理,所述孕育剂为娃钡钙孕育剂、娃锶孕育剂或硅钡孕育剂； ③采用金属型湿涂料离心铸造常规工艺生产气缸套铸件。
【文档编号】C21C1/08GK104131216SQ201410351934
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月23日 优先权日:2014年7月23日
【发明者】徐超, 张亮亮, 薛振宇, 姜玉领 申请人:河南省中原内配股份有限公司