专利名称：铸态贝氏体合金灰铸铁气缸套的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种铸态贝氏体合金灰铸铁缸套的制造方法。
背景技术：
随着科学技术的发展，对汽车和工程机械发动机的要求越来越高，气缸套作为发动机的心脏，对其材质提出了更高的要求，传统的磷合金铸铁缸套，硼合金铸铁缸套，钼铬铜合金缸套，钼镍铜合金缸套等越来越不能满足大功率、高性能发动机的使用要求，如康明斯C系列发动机是我国东风集团公司与美国康明斯公司合资从美国康明斯公司引进的具有世界先进水平的中、重型发动机，具有设计先进，动力性大，耗油少，效率高，噪音低，达到欧II排放标准等特点，它对C系列发动机缸套的材质要求就是铸态贝氏体合金灰铸铁，而铸态贝氏体合金灰铸铁在我国尚无厂家研制生产。为了能给康明斯C系列发动机配套，能使气缸套的材质再上一个新台阶从而大幅度的提高国产发动机的使用寿命，抓住先机，占领市场，我公司投入了大量的人力物力，对铸态贝氏体合金灰铸铁气缸套进行了研制开发。由于气缸套采用铸态贝氏体材质在国内内燃机行业尚属空白。目前，该种材质只有通过等温淬火才能得到，而在铸态下得到贝氏体难度很大。为开发新产品，我公司成立了铸造技术攻关小组，以技术中心250Kg中频电炉为实验熔化手段，以PLC机控制的离心浇注机作为浇注手段，自制冷却控制设备，以瑞士ARL3460金属光电直读光谱仪为炉前快速分析手段，以日本奥林巴斯金相显微镜进行金相检验。采用济南的WE-30万能材料实验机进行机械性能分析。经过两年多时间的刻苦钻研，在无数次的失败中总结经验，终于试制出了金相、机械性能都满足要求的铸态贝氏体缸套，并投入了批量生产。
发明内容
本发明的目的是提供一种铸态贝氏体合金灰铸铁气缸套的制造方法。
本发明的技术方案一种铸态贝氏体合金灰铸铁气缸套的制造方法，按以下步骤加工(1)、选用18#生铁65-75％和优质废钢20-30％对铁水熔炼，化学成分控制在C 2.6～3.3％，Si 1.7～2.5％，S≤0.1％，P≤0.15％或C 2.8～3.3％，Si 1.7～2.5％，S≤0.1％，P≤0.15％。
(2)、加入合金元素，控制其成份为，Mn≤0.8％，Ni 0.8～1.5％，Mo 0.6～1.0％或Ni 0.3～0.5％，Mo 0.6～1.0％Cu+Ni≥1.0％(3)冷却将离心浇注出模的高温毛坯放在冷却器上，空冷或风冷3～6分钟使毛坯温度降至400～500℃，将经过空冷或风冷的毛坯放入缓冷箱中，使其缓慢冷却。
(4)将半成品缸套在热处理炉中回火，回火温度为500℃±20℃时，保温1.5～3小时，然后以40～120℃/h冷却。
铸态贝氏体合金灰铸铁气缸套的先进性1、铸态贝氏体合金灰铸铁气缸套的开发成功，填补了一项国内空白，为东风康明斯C系列发动机国产化作出了贡献，降低了生产成本，减少了外汇支出。
2、该种材质可用于国内其他发动机，可以使国产发动机实现大功率，低油耗，低排放(欧II标准)，长寿命。缸套的寿命与原有材质相比较提高了3～5倍，即达到50～70万公里，社会效益非常可观。
3、国内尚无采用此种工艺生产气缸套，与英国Sheepbridge公司生产的气缸套相比，材料的金相、机械性能经东风汽车公司工艺研究所检测均不低于于英国Sheepbridge公司的缸套材料机械性能。
具体实施例方式
一，工艺过程1、配料，化学成分控制在C 2.6～3.3％，Si 1.7～2.5％，S≤0.1％，P≤0.15％，Mn≤0.8％Ni 0.8～1.5％，Mo 0.6～1.0％(强度高于380Mpa的高强度灰铸铁贝氏体)或C 2.8～3.3％，Si 1.7～2.5％，S≤0.1％，P≤0.15％，0.5≤Mn≤0.9％，Ni 0.3～0.5％，Mo 0.6～1.0％Cu+Ni≥1.0％(强度高于350Mpa的灰铸铁贝氏体)2、出火孕育在出铁水的过程中用硅钡孕育剂孕育，孕育量为0.4～0.9％。
3、将适量的铁水倒入离心浇注机铸型中。经过10～30秒后对铸型激水30～70秒，使缸套冷却，等毛坯温度降至850℃以下将毛坯推出铸模。
4、冷却将毛坯放在冷却器上，空冷或风冷3～6分钟使毛坯温度降至400～500℃低合金必须风冷)，将经过空冷或风冷的毛坯进行粗加工，得到半成品。
5、将半成品缸套在热处理炉中回火，回火升温度为500±20℃(Mo、Ni、Cu高取上限，低取下限)，保温1.5～3小时，然后以40～120℃/h冷却。
经过机加工进一步休整加工、检验到完全合格的成品缸套。
二，铸态贝氏体合金灰铸铁气缸套主要技术指标1、金相组织石墨以A型和E型为主，B型石墨不大于25％，D型石墨不大于10％。石墨长度为20～160微米，4～6级合格(美国ASTM标准)。
2、机械性能(1)硬度270～330HBS (2)强度抗拉强度≥379Mpa(或抗拉强度≥350Mpa)弯曲疲劳强度≥152Mpa 弹性模量140000～180000Mpa3、化学成分的选择(1)C、Si含量对产品质量的影响由于缸套在离心浇注的状态下冷却较快，过冷倾向大，C含量低，极易出现D、E型石墨，硬度偏高，而C含量高，又出现石墨数量过多，基体被割裂严重，强度硬度偏低。故控制含碳量也是生产的关键，按照我公司生产的情况，调整C控制在最佳范围(2.6-3.3)。
大家都知道，硅是强烈促进石墨化元素，它能使Fe-C合金的共晶点左移，共晶温度升高，有利于C原子在金属液中的扩散、聚集，使石墨长大，从而使石墨片粗大，因此在能保证金相要求的前提下应尽量低，这有利于增强孕育效果，提高铸铁的抗拉强度。根据我公司生产经验，合适选择控制范围(1.8-2.5)，既能保证金相，又能保证缸套的综合机械性能。
(2)Mn和Cr对缸套的影响Mn是弱碳化物形成元素，Cr是强碳化物形成元素，他们在一定范围内促进C曲线右移，提高强度和硬度，但随之提高，缸套硬度增加，脆性增大，强韧性降低，恶化机加工性能，故Mn、Cr控制要适当Mn0.3-0.9，Cr0.1-0.3。
(3)Cu的作用Cu在共晶阶段可促进铸铁石墨化，在缸套冷却过程中促进C线右移，提高强度和疲劳强度的作用的作用，故可适当增加，但相对来说Cu价格较贵，必须严格控制(0.3-1.0)。
(4)S和P的控制我们认为S不但会降低铸铁的强度，而且会降低铁液的流动性，易产生夹渣，气孔等铸造缺陷故S＜0.12较适宜，P虽然会产生磷共晶，降低基体强度，但它可以增加铁液的流动性，减少铸造缺陷，因此，在保证磷共晶数量和形态的情况下，必须严格控制含量，P以不超过0.2％为宜。
(5)Mo和Ni的控制Mo和Ni是强烈促进贝氏体形成的元素，适当提高Mo、Ni的含量，更有利于在铸态下得到贝氏体。但价格较贵不可能加入量很大。
三，工艺装备1、熔化电炉2、PLC离心浇注机3、冷却控制设备4、台车炉或电阻炉5、金属光电直读光谱仪6、金相显微镜7、30T万能材料实验机8、布氏硬度计9、弯曲疲劳试验机。
权利要求
1，一种铸态贝氏体合金灰铸铁气缸套的制造方法，其特征是按以下步骤加工(1)、选用18#生铁65-75％和优质废钢20-30％对铁水熔炼，化学成分控制在C 2.6～3.3％，Si 1.7～2.5％，S≤0.1％，P≤0.15％或C 2.8～3.3％，Si 1.7～2.5％，S≤0.1％，P≤0.15％。(2)、加入合金元素，控制其成份为，Mn≤0.8％，Ni 0.8～1.5％，Mo 0.6～1.0％或Ni 0.3～0.5％，Mo 0.6～1.0％ Cu+Ni≥1.0％(3)冷却将离心浇注出模的高温毛坯放在冷却器上，空冷或风冷3～6分钟使毛坯温度降至400～500℃，将经过空冷或风冷的毛坯放入缓冷箱中，使其缓慢冷却。(4)将半成品缸套在热处理炉中回火，回火温度为500℃±20℃时，保温1.5～3小时，然后以40～120℃/h冷却。
全文摘要
本发明公开了一种铸态贝氏体合金灰铸铁气缸套的制造方法，按以下步骤加工(1)选用18#生铁65－75％和优质废钢20－30％对铁水熔炼，化学成分控制在C 2.6～3.3％，Si 1.7～2.5％，S≤0.1％，P≤0.15％或C2.8～3.3％，Si 1.7～2.5％，S≤0.1％，P≤0.15％。(2)加入合金元素，控制其成分为，Mn≤0.8％，Ni 0.8～1.5％，Mo 0.6～1.0％或Ni 0.3～0.5％，Mo 0.6～1.0％Cu+Ni≥1.0％。(3)冷却将离心浇注出模的高温毛坯放在冷却器上，空冷或风冷3～6分钟使毛坯温度降至400～500℃，将经过空冷或风冷的毛坯放入缓冷箱中，使其缓慢冷却。(4)将半成品缸套在热处理炉中回火，回火温度为500℃±20℃时，保温1.5～3小时，然后以40～120℃/h冷却。
文档编号F02F1/02GK1493781SQ02139228
公开日2004年5月5日 申请日期2002年10月29日 优先权日2002年10月29日
发明者候起飞, 孙世贵, 党增军, 王中营 申请人:河南省中原内配股份有限公司