[发明专利]一种用于铝活塞耐磨镶圈的铸铁材料

说明书

技术领域

本发明提供了一种铸铁材料，尤其是一种用于铝活塞耐磨镶圈的铸铁合金材料。

背景技术

活塞是影响发动机使用寿命的一个主要零部件，它长时间处于高度机械负荷和热负荷下工作，其第一道、第二道环槽又是活塞结果的薄弱环节，易发生磨损变形而缩短发动机的维修里程和使用寿命。因此在活塞的第一道、第二道环槽区使用耐腐蚀耐高温的奥氏体铸铁环加以解决，这种铸铁环又叫铝活塞耐磨镶环。它的工作环境要求这种材料要具有较好的耐磨性，热膨胀系数与活塞铝合金本体相近，与活塞铝合金具有较好的粘合性。目前的铸铁合金材料难以完全满足上述要求，使用效果较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于铝活塞耐磨镶圈的铸铁材料，以提高其使用效果。

本发明是这样实现的，一种用于铝活塞耐磨镶圈的铸铁材料，其特征在于，按质量百分数计，所述材料的组分为，碳，2.2%～2.8 %；硅，2.0%～2.5%；锰，0.8%～1.5%；铬，1.0%～1.5%；镍，13%～15.5%；铜，5%～7%；磷，≤0.06%；硫，≤0.05%，铅，≤0.005%；锡，≤0.05%；锌，≤0.05%；砷，≤0.05%；余量为铁。

这种用于铝活塞耐磨镶圈的铸铁材料，与现有的耐磨镶圈铸铁材料相比，耐磨性更好，硬度更稳定，加工性能更好，热膨胀系数、延伸率和抗拉强度的范围更趋于合理，大大提高了使用效果。

具体实施方式

下面进一步说明本发明。

用于制造铝活塞耐磨镶圈的铸铁材料的生产方法是：将生铁、回炉料、废钢、电解锰、电解镍、硅铁、铬铁、电解铜及增碳剂按耐磨镶圈铸铁材料元素的成分含量要求进行炉前配料，采用中频电炉进行熔炼，按顺序依次加入各种熔炼材料，将其熔炼至1400—1550℃，然后对耐磨镶圈熔液的化学成分进行化验，并根据化验结果调整各原材料的用量。化学成分检测结果符合材料成分要求后，开始利用熔液进行铸造，在铸造前向熔液内加入孕育剂。加入孕育剂后，铸铁成分中硅的含量虽略有升高，但应仍然控制在成分含量要求内，对其它成分无影响。将添加了孕育剂的熔液浇注到高速旋转的铸造模具中，进行离心铸造，铸造出耐磨镶圈的毛坯，对毛坯的金相等物理性能进行检测，检测合格后，耐磨镶圈毛坯经过一系列的加工工艺流程，将其加工成耐磨镶圈成品。

本发明之铸铁合金的基体组织为奥氏体组织，含有2—10%的均匀分布的细小合金碳化物。其金相组织中，石墨主要为A型、B型及少量D型、E型，D型、E型石墨的总量不超过40%。这些指标可以通过控制金属熔液的孕育时间、孕育剂的加入量以及控制冷却速度等来实现。这对于本技术领域的技术人员来说是显而易见的，不再详述。

硫、磷等成分是合金生产过程中不可避免的杂质，其含量越少越好。

将本发明之铸铁材料制成的耐磨镶圈镶铸在铝活塞上的方法为：先分别预热活塞毛坯模具和镶圈，再将耐磨镶圈浸入熔池的铝合金熔液中进行渗铝，然后将耐磨镶圈放嵌进模具耐磨镶圈的位置，向模具内浇注铝液，然后进行压铸成型，制成镶铸有耐磨镶圈的活塞毛坯。

实践应用表明，本发明之铸铁材料制成的耐磨镶圈与铝活塞本体的粘结质量符合相关技术标准。

表1是本发明之铸铁材料制成的耐磨镶圈（简称镍基镶圈）与现有标准（JB/T9762）中的镍基奥氏体铸铁合金镶圈（简称标准镶圈）的主要合金成分的对比（按质量百分数计且铁均为余量）。

表1

                                                 

表2是本发明之铸铁材料制成的耐磨镶圈（简称镍基镶圈）与现有标准（JB/T9762）中的镍基奥氏体铸铁合金镶圈（简称标准镶圈）的主要使用性能指标的对比。

表2

从以上两表可以看出，本发明之铸铁材料制成的耐磨镶圈与标准镶圈相比，各指标优于标准镶圈，与标准镶圈相比，本发明之铸铁材料制成的耐磨镶圈中镍、铜的含量降低10%以上，铬的含量降低40%以上，从而降低了生产成本，提高产品竞争力。热膨胀系数与铝活塞本体的热膨胀系数更为接近，优于标准镶圈，耐磨性及加工性也更好。