[发明专利]一种用于制造船用气缸盖的高密度低合金铸铁

说明书

 

技术领域

本发明涉及船用发动机气缸盖的合金铸铁材料领域，具体的说是一种用于制造船用气缸盖的高密度低合金铸铁。

技术背景

现有技术中气缸盖通常采用铸铁或铸钢制备，生产船用大功率柴油机所使用的气缸盖一般采用铸钢件。由于气缸盖特殊的工作环境（高温、高压），因此要求铸钢材料为耐热钢，铸钢气缸盖对于牌号的要求为S17MoF。另外经过加工后的气缸盖是一个相当复杂的零件，其中包括：多个放射状的冷气水孔、启动阀和燃油阀孔、O型密封槽和密封面、贯穿螺栓孔等，上述部位的加工对铸件的致密性有很高的要求，不允许铸件有缩松、缩孔、夹渣等铸造缺陷，并且对于铸钢气缸盖本身有很多影响气缸盖气密性的部位（如排气阀壳与缸盖的密封面、缸套与缸盖的密封面）最终加工完后是不允许打磨，为气缸盖的制造增添了不少困难。

气缸盖是柴油机上要求高的铸钢件，对于船用大功率柴油机的气缸盖，除了要求高强度、高耐热性能及高密度外，其耐腐蚀性能的要求也相当高。铸件材料采用铸钢，合金成分高达30-50%，铸造工艺也很困难，总体成本高。

铸铁气缸盖其耐腐蚀和耐高温性能达不到海洋船用气缸盖的要求。并且由于铸铁材质不致密，产生粗大的石墨针孔而引起的渗漏，缸盖泄漏主要原因是共晶石墨量过多引起的。从合格件和渗漏件的金相对比分析，两者之间基木组织无大差异，但石墨长度和数量则有差别。渗漏件石墨较长，断面晶粒较粗，而不渗漏的气缸盖，其石墨长度较短，断面晶粒较细。

铸铁件渗漏的主要原因是在高压液体的作用下存在着石墨一石墨型，石墨一裂纹一石墨型，铸造缺陷一石墨一裂纹型通道。当铸铁的碳当量增高时，析出大量的粗大片状石墨，使铸件断面粗糙，增大了石墨对基体的割裂作用，增加了构成石墨一石墨型通道的机会，而引了渗漏。

综上所述气缸盖由于气缸盖的壁厚不均匀、热节大、材料要求高，目前采用铸钢或铸铁制备的气缸盖存在以下不足：（1）合金钢气缸盖的成本高，合金成分高，材料成本贵，特别是目前贵金属资源短缺的情况下尤其突出；（2）铸铁材料性能难以满足高强度、耐高温及耐腐蚀性能要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种具有高耐热性能、高耐腐蚀性能、高强度、高致密性能及低泄露性能的用于制造船用气缸盖的高密度低合金铸铁。

本发明的技术方案为：

一种用于制造船用气缸盖的高密度低合金铸铁，是由以下化学成分按重量百分比制成：碳：3.4-3.8%；锰：0.8-1.2%；硅：2.2-2.6%；铬：0.3-0.5%；镍：1.1-1.5%；钼：0.55-0.9%；铜：0.25-0.45%；磷：0.08-0.1%；硫：0.01-0.1%；余量为铁。

一种用于制造船用气缸盖的高密度低合金铸铁，是由以下化学成分按重量百分比制成：碳：3.4%；锰：0.8%；硅：2.2%；铬：0.3%；镍：1.1%；钼：0.55%；铜：0.25%；磷：0.08-0.1%；硫：0.01-0.1%；余量为铁。

本发明的高密度合金铸铁制造的气缸盖与灰铸铁气缸盖相比，具有高强度、高耐热性能、高耐腐蚀性能以及高致密性能，因此气缸盖的气密性能也高于铸钢气缸盖。在铸铁中添加少量的合金元素，达到船用大功率发电机气缸盖的高温性能、高耐热性能及耐腐蚀性能，达到了大幅度降低合金用量的目的。

本发明高密度低合金铸铁制造的船用气缸盖具有的优点：

（1）气缸盖的合金成分比例很低，贵金属的比例低至2%，与合金铸钢件的30-50%相比明显降低了成本，并且高耐热性能、耐腐蚀性能及高强度性能都能满足海洋船用发动机的要求；

（2）此高密度合金铸铁与普通铸铁相比，耐腐蚀性能高出5倍以上，气缸盖致密泄露率也降低很多，成本与铸铁相比稍微高些；

（3）、低合金化能提高基体珠光体的含量，并强化和细化珠光体，有利于材质抗拉强度的提高，同时提高高温力学性能及耐热疲劳性能。

总体而言，本发明高密度低合金铸铁制造的船用气缸盖成本较低，高耐热性能、高强度性能、高耐腐蚀性能及低泄露率，具有很高的经济价值。

具体实施方式

一种用于制造船用气缸盖的高密度低合金铸铁，是由以下化学成分按重量百分比制成：是由以下化学成分按重量百分比制成：碳：3.4%；锰：0.8%；硅：2.2%；铬：0.3%；镍：1.1%；钼：0.55%；铜：0.25%；磷：0.08-0.1%；硫：0.01-0.1%；余量为铁。

船用气缸盖的制造方法：

将制造汽缸盖的铸铁化学成分按重量百分比混合然后用电弧炉加热熔炼，并除气及孕育处理，然后将此铸铁液浇注到铸型中直至铸铁液上升到浇冒口的1/2位置时，向浇冒口中放入发热剂，浇注完成后在浇冒口上覆盖保温剂即完成之间的浇注工序；浇注结束后，冷却、清理即可。