[发明专利]蠕墨铸铁及活塞环及制备方法及其应用

说明书

本发明公开了蠕墨铸铁及活塞环及制备方法及其应用，其中蠕墨铸铁各组分及其相对于所述蠕墨铸铁总重的重量百分比为：C 3.3％～3.9％、Si 1.6％～2.0％、Mn 0.5％～1.0％、P＜0.03％、S 0.008％～0.015％、Cu 1.0％～2.0％、Mo 0.4％～0.9％、Sn 0.1％～0.25％、Re≤0.03％、Mg 0.008％～0.015％，余量为铁和不可避免的杂质。本发明的蠕墨铸铁选用常规合金元素，通过合理控制元素配比，保证了基体组织中的珠光体含量，提高蠕墨铸铁的力学性能，使材料蠕化率稳定地达到70％及以上，从而使得本发明的蠕墨铸铁达到甚至超过国外先进技术标准。

技术领域

本发明涉及一种机器零部件材料，尤其涉及一种高性能的蠕墨铸铁，以及该蠕墨铸铁的制备方法，以及采用这种蠕墨铸铁的活塞环和该蠕墨铸铁在内燃机车柴油机零部件的应用。

背景技术

内燃机车柴油机的工作稳定性及其技术经济特性取决于其零部件的性能，在很大程度上又取决于活塞环的工作性能，发展至今，活塞环本体材料基本选用的都是石墨型铸铁材料。由于石墨型铸铁材料中的石墨具有特殊的工作性能，它会形成保护性润滑层，该保护层能够防止发动机汽缸组件发生粘性磨损现象，因此合金灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁是当前国内外运输用发动机活塞环的主要材料。

由于大缸径活塞环需要高强度、高弹性、高韧性、高耐磨性、高疲劳性等综合要求，现有的合金灰铸铁和球墨铸铁已经无法满足要求。

蠕墨铸铁是介于合金灰铸铁和球墨铸铁铸铁之间的一种优良的工程材料，但由于其生产难度大，技术要求高一直未形成活塞环的主打材料。目前，蠕铁活塞环主要由国外的GOETZE公司、MAN公司、WARTSILA公司等3家公司垄断，其活塞环材料虽然大都是蠕墨铸铁，但成分及性能要求各不相同，其材料及制造工艺也处于保密状态。目前，可查到的三家公司的材料性能要求见下表。

从上表可知，其性能还有待提升。

国内也有相关的关于蠕墨铸铁的相关专利申请，但性能和可操作性上还有改善。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术存在的问题，提供一种高性能的蠕墨铸铁，以及该蠕墨铸铁的制备方法，以及采用这种蠕墨铸铁的活塞环和该蠕墨铸铁在内燃机车柴油机零部件的应用。

实现本发明目的的技术方案有四个方面：

首先，本发明提供一种蠕墨铸铁，各组分及其相对于所述蠕墨铸铁总重的重量百分比为：C3.3％～3.9％、Si1.6％～2.0％、Mn0.5％～1.0％、P＜0.03％、S0.008％～0.015％、Cu1.0％～2.0％、Mo0.4％～0.9％、Sn0.1％～0.25％、Re≤0.03％、Mg0.008％～0.015％，余量为铁和不可避免的杂质。

进一步的，所述蠕墨铸铁为铸态，基体金相组织包括珠光体、石墨、铁素体和硬相，其中珠光体含量≥90％。

进一步的，所述蠕墨铸铁的基体金相组织中石墨的形态以蠕虫状的Ⅲ型石墨为主，其余石墨选自Ⅳ型石墨、Ⅴ型石墨、Ⅵ型石墨中的一种或其组合，其中Ⅲ形石墨的数量在石墨总量中的占比≥70％。

进一步的，所述C的重量百分比为3.61％～3.8％；所述Si的重量百分比为1.7％～1.9％。

进一步的，其布氏硬度HB为220～370。

第二，本发明提供一种蠕墨铸铁的制备方法，包括以下步骤：

配制炉料并熔炼：按蠕墨铸铁的化学成分称取所需量的生铁、废钢、锰铁、硅铁、钼铁、电解铜及锡；在炉中熔炼成铁水；

蠕化孕育：在铁水包内加入蠕化剂和孕育剂，将所述铁水分一部分冲入铁水包进行蠕化孕育反应；再加入孕育剂，将剩余的铁水冲入铁水包；