[发明专利]蠕墨铸铁气缸套及其制备方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种蠕墨铸铁气缸套及其制备方法。

(二)背景技术

目前，社会上在使用的气缸套多采用低的碳当量、加入较多的合金元素，依靠合金强化来满足强度和耐磨性，如磷合金气缸套、硼合金气缸套、钼镍铜合金气缸套等，这些材质抗拉强度一般为200-300MPa，硬度为210-280HB，强度和耐磨性较差，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。虽然现有机械性能和耐磨性较好的贝氏体灰铸铁气缸套，但其加入高含量的镍钼元素且等温淬火工艺复杂，导致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蠕墨铸铁气缸套及其制备方法，所述蠕墨铸铁气缸套可以很好的满足当代高速、高强化、高性能、低排放、长寿命内燃机的要求，且成本低、制备工艺简单。

本发明采用的技术方案如下：

蠕墨铸铁气缸套，其化学成分按重量比计如下：碳3.4-3.8％，硫≤0.05％，硅1.8-2.6％，磷≤0.50％，锰0.5-1.0％，铬0.2-0.5％，铜0.2-0.5，余量为Fe。

进一步，所述化学成分按重量比计如下：碳3.5-3.8％，硫≤0.05％，硅1.8-2.6％，磷0.2-0.4％，锰0.6-0.65％，铬0.2-0.3％，铜0.25-0.4％，余量为Fe。

现有大部分的气缸套都是采用灰口铸铁，由于灰口铸铁中的片状石墨其尖端部尖锐，割裂基体严重，在承受负荷时，尖端部易产生应力集中，使铸铁强度和韧性下降。蠕墨铸铁其石墨形态短而厚，端部圆滑，分布均匀，能抑制裂纹的发生和扩展，且粗糙的表面能限制石墨脱落。蠕墨的共晶团下的凹面可以储油，从而使蠕墨铸铁具有良好的减磨性能，蠕墨的形态和灰铸铁相比，能大大提高抗拉强度、疲劳强度、耐磨性能。蠕墨铸铁气缸套中以上化学成分含量的控制是本发明的重点，汽缸套中还含有一些可忽略不计的微量成分，是在蠕化过程中加入进去的，只需要控制孕育剂和蠕化剂的添加量即可。采用本发明所述的化学组成的蠕墨铸铁气缸套工作表面硬度为260～320HB，抗拉强度σ_b为430～520MPa，符合高强度和高耐磨性要求，且成本相对较低，完全能满足当代高速、高强化、高性能、低排放、长寿命大功率内燃机的要求。

本发明蠕墨铸铁气缸套中各主要化学成分可以起到以下作用：

1.碳、硅

碳控制在3.4～3.8％，硅控制在1.8～2.6％；保证碳当量控制在4.4-4.7％，保证铁水具有良好的流动性；C低易产生白口、麻口，C高易产生石墨漂浮，硅高不易控制铁素体的数量。

2.锰和铬

对于蠕墨铸铁缸套，主要发挥它的高强度和高耐磨性能。故要求缸套的显微组织应为珠光体基体，尽量减少铁素体数量，稳定珠光体元素应适当增加，加入适量的锰和铬元素，可以控制铁素体的数量，又不太增加铁水的过冷度。

3.铜

铜在铁液一次结晶时有中等石墨化作用，降低白口倾向，同时有细化珠光体基体的作用。

4.磷、硫

一般生产蠕墨铸铁时认为P元素是有害元素，一般将P控制在0.08％以下，因为磷形成磷共晶后，降低了冲击韧性，脆性增加，但对于缸套来说，提高缸套的耐磨性是主要的，呈网状结构的磷共晶不仅提高了缸套硬度，更有利于提高缸套的耐磨性，并且磷可以降低液相线温度，提高铁水的流动性，减少铁水的白口倾向，同时它对石墨蠕化影响不大，故将P控制在0.20％-0.40％之间。

S是蠕墨铸铁生产中最为有害的元素，原铁液中S含量越高，消耗的蠕化剂越多，形成的硫化物夹渣也越多，不但不易保证石墨的蠕化，而且容易使铸件产生夹渣缺陷，故最关键要保证硫含量低，且含量稳定。

另外由于氧同硫一样，极易与蠕化剂反应，影响蠕化效果，因此生产过程中，应尽量控制铁水氧化，尽可能避免铁水吸氧。

本发明还提供了一种制备上述蠕墨铸铁气缸套的方法，具体按如下步骤进行：先按照如下重量百分比进行配料：碳3.4-3.8％，硫≤0.05％，硅1.2-1.6％，磷0.2-0.4％，锰0.5-1.0％，铬0.2-0.5％，铜0.2-0.5％，余量为Fe；用变频感应电炉熔炼配料，控制铁液出炉温度为1400-1500℃；出炉前对铁水进行碳当量分析，控制碳当量在4.4-4.7％；出火时向火包依次加入铁液质量的0.6-0.8％的硅钡孕育剂和0.3-0.5％的稀土硅铁镁合金蠕化剂，采用冲入法顺流冲入火包中；最后采用金属型湿涂料离心铸造常规工艺生产气缸套铸件。