[发明专利]多元合金化铸态贝氏体灰铸铁气缸套

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种多元合金化铸态贝氏体灰铸铁气缸套。

(二)背景技术

目前，社会上仍在使用多种合金灰铸铁材质的气缸套，如中磷合金铸铁、硼铸铁、铌铸铁、钒钛铸铁、铜铬钼合金铸铁、铜钼镍合金铸铁等材质气缸套，由于它们的基体组织都是以珠光体为主，材料抗拉强度都较低，一般σb为200～300MPa，硬度为210～260HB，耐磨性较差，该类气缸套往往不能满足当代高速、高强化、高性能、低排放、长寿命内燃机的要求。

现有的铸态贝氏体灰铸铁气缸套，加入的主要合金元素是镍与钼(一般镍含量为1.0—1.5％，钼含量为0.7—1.2％)，该种气缸套的基体组织为铸态贝氏体，机械性能好，耐磨性较好，但是该种气缸套生产成本高。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种多元合金化铸态贝氏体灰铸铁气缸套，具有高强度、高耐磨性、高性价比等综合性能。

本发明采用的技术方案如下：

一种多元合金化铸态贝氏体灰铸铁气缸套，所述的铸态贝氏体灰铸铁的化学组成按重量百分比计如下：

碳3.0～3.4，硅2.2～2.6，锰0.6～1.0，0<磷≤0.1，0<硫≤0.1，铜0.6～1.0，钼0.2～0.5，铬0.1～0.3，铌0.05～0.12，钒0.05～0.2，钛0.07～0.15，余量为Fe。

所述多元合金化铸态贝氏体灰铸铁气缸套的石墨形状主要为A型，复合基体主要由羽毛状、针状的铸态贝氏体和弥散分布的铌、钒、钛元素的碳、氮化物硬质相组成。气缸套的工作表面硬度为270～320HB，抗拉强度σb为350～450MPa，更适合在当代高速、高强化、高性能、低排放、长寿命的内燃机上使用。

所述多元合金化铸态贝氏体灰铸铁气缸套可按照如下步骤进行制备：

a.各成分按照如下的重量百分比进行配料：碳3.0～3.4，硅2.2～2.6，锰0.6～1.0，0<磷≤0.1，0<硫≤0.1，铜0.6～1.0，钼0.2～0.5，铬0.1～0.3，铌0.05～0.12，钒0.05～0.2，钛0.07～0.15，余量为Fe；

b.用变频感应电炉熔炼配料，控制铁液出炉温度为1500～1550℃；

c.出炉前加入铁液质量的0.5～0.7％的孕育剂处理，具体可采用硅钡钙孕育剂、硅锶孕育剂或硅钡孕育剂；

d.采用金属型湿涂料离心铸造常规工艺生产气缸套铸件；

e.控制铸件出模温度为850～900℃，然后迅速急冷铸件1-2min，使铸件温度降至420～500℃；

f.将铸件转移到保温箱中缓冷1～2h；

g.将铸件在440～460℃保温2h进行回火处理。

本发明在碳、硅、锰、磷、硫普通元素化学成分的基础上，加入铜、钼、铬、铌、钒、钛6种优化组合的合金元素，主要可以起到以下作用：

1、铜的作用：铜在铁液一次结晶时有中等石墨化作用，降低白口倾向，在铸铁共析转变时，阻碍石墨化，降低共析转变温度，铜可固溶于奥氏体，固溶于贝氏体，强化贝氏体、促进贝氏体形成，但作用较缓和。

2、钼，铬的作用：钼、铬都是反石墨化元素，含量高时有白口倾向，都能固溶于奥氏体中，稳定奥氏体，使S曲线右移。当气缸套铸件中加入钼铬元素达到一定含量时，在900-500℃高温区，采用急冷方式连续冷却时，过冷奥氏体不会发生扩散分解，完全避免珠光体的形成，在500-300℃的中温转变区缓冷时，可获得铸态贝氏体，但往往石墨形状，分布较差，硬度偏高，机加工性能较差，且材料成本较高。

因此，同时加入铜、钼、铬三元素后，在上述同样的工艺条件下，可稳定获得铸态贝氏体，不但石墨形状、分布及机加工性能得到明显改善，而且钼元素的用量可减少50％左右，材料成本明显降低。

3、铌、钒、钛的作用：对石墨化而言，铌是中性元素，钒是反石墨化元素，钛含量小于0.1％时促进石墨化。由于铌、钒、钛元素的含量都低，因此，对气缸套铸件石墨形状，分布的影响并不大。铌、钒、钛元素都是强碳、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)、VC、V(C、N)、TiC、Ti(C、N)等高硬度的碳、氮化物，呈弥散分布，与铸态贝氏体组成高耐磨性的复合基体，其颗粒大小一般为2-7μm，其数量每平方毫米面积上大于50个，其显微硬度达Hv2000-3390。此外铌、钒、钛元素对促进形成铸态贝氏体，强化铸态贝氏体，也能起到良好的作用。