[发明专利]一种活塞镶圈铸铁材料及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种蠕墨铸铁，具体涉及一种活塞镶圈铸铁材料及其制造方法。

背景技术

发动机苛刻的工作环境导致活塞第一道环槽的过度磨损，过去采用活塞镶圈是有效解决这一问题的途径。活塞镶圈采用渗铝铸入的方法与活塞浇注成一体，镶铸于活塞头部，有效提高了活塞使用寿命。在高性能发动机上都普遍采用了这种活塞镶圈。活塞镶圈的质量优劣直接影响到活塞的使用情况以及整个发动机的性能，而活塞镶圈合金材料是影响其性能的关键。目前的活塞镶圈材料是高镍奥氏体铸铁材料，但其抗拉强度仅有170MPa左右。抗拉强度在170MPa左右的高镍奥氏体铸铁材料，可满足国五及国五以下排放发动机的活塞要求。但随国六试验的开展，活塞承受了更高的温度及应力，传统的高镍奥氏体铸铁材料制备的活塞镶圈已难以满足要求，所以，大部分镶圈铝活塞已被钢活塞所代替。为了解决普通高镍奥氏体铸铁活塞镶圈抗拉强度较低的问题，开始尝试研发活塞镶圈专用的高性能高镍奥氏体蠕墨铸铁，大家公认的是活塞镶圈中锰的含量不能低于0.5％，并且尝试大幅度提高铸铁中的锰含量，使铸铁中的锰含量甚至达到了7％，以替代部分金属镍。但是减镍的恶果是出现铁素体组织，抗腐蚀性下降，而且锰含量的大幅度提高使金相急剧恶化，出现大量碳化物，增加了活塞镶圈的加工难度，最大的问题是线膨胀系数减小，使活塞失效的风险大幅度提高。

综上所述，现有技术中对于活塞镶圈性能低、活塞失效风险大的问题，尚缺乏有效的解决方案。

发明内容

针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种活塞镶圈铸铁材料。该铸铁材料中锰含量小于0.5％，但制备的活塞镶圈仍具有较好的抗拉强度，克服了本领域的技术偏见。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

一种活塞镶圈铸铁材料，包括如下质量比的化学组分：碳：2.3-4.4％、硅：1.6-4.2％、锰：0.005-0.499％、镍：8.0-18.0％、铜：3.6-9.0％、铬：≤2.5％、镁：≤0.03％、稀土：≤0.08％、钙+锌：≤0.03％、钛：≤0.15％、硫：≤0.1％、磷：≤0.15％，其余为铁和不可避免的杂质。其中的％为质量百分数。

进一步的，所述铸铁材料，包括如下质量比的化学组分：碳：2.3-4.4％、硅：1.6-4.2％、锰：0.01-0.499％、镍：9.0-18.0％、铜：4.0-9.0％、铬：≤2.5％、镁：≤0.03％、稀土：≤0.08％、钙+锌：≤0.03％、钛：≤0.15％、硫：≤0.1％、磷：≤0.15％，其余为铁和不可避免的杂质。其中的％为质量百分数。

更进一步的，所述铸铁材料，包括如下质量比的化学组分：碳：2.3-4.4％、硅：1.6-4.2％、锰：0.05-0.499％、镍：10.0-18.0％、铜：4.6-9.0％、铬：≤2.5％、镁：≤0.03％、稀土：≤0.08％、钙+锌：≤0.03％、钛：≤0.15％、硫：≤0.1％、磷：≤0.15％，其余为铁和不可避免的杂质。其中的％为质量百分数。

本发明还提供了上述铸铁材料的制备方法，包括如下步骤：

1)将增碳剂、部分镶圈铁屑料、镶圈回炉料、生铁、废钢加入到中频感应电炉熔炼，增碳剂放在最底层，上面先以部分镶圈铁屑料均匀覆盖在增碳剂上，再依次加入镶圈回炉料、生铁、废钢，熔化后再加入电解镍、电解铜、硅铁、铬铁继续熔炼，有熔融铁液后再加入剩余的大部分镶圈铁屑料；成分中锰含量的调整通过生铁、废钢及回炉料调整，只有在含量低的情况下，加入锰铁调整，增碳剂选用要求：硫≤0.1％，碳≥0.95％，粒度1～10mm。

在初次生产没有蠕铁镶圈回炉料及蠕铁镶圈铁屑料时可加入部分现有镶圈回炉料及现有镶圈铁屑料，正常生产时为节约成本、稳定质量则必须添加蠕铁镶圈回炉料及蠕铁镶圈铁屑料。

2)当铸铁熔液的成分合格，温度达到1581-1620℃后，进行蠕化处理。蠕化剂采用炉内加入法、吹氮搅拌法或喷粉处理法进行蠕化处理，蠕化剂采用稀土硅铁合金、稀土钙硅铁合金、低稀土镁钛合金、稀土镁铜合金、金属镁或稀土锌镁铝合金中其中一种。蠕化剂作用就是用作对铸铁液进行蠕化处理，从而使石墨形态形成蠕虫状，达到增加铸铁强度的目的。