[发明专利]铌合金铸铁活塞环材质及其生产工艺

说明书

本发明适用于各种柴油机、汽油机，特别适用于大马力柴油机、内燃机车柴油机的活塞环用材。

目前，在内燃机车柴油机上使用的合金铸铁活塞环是铬、钼、铜合金铸铁。其稳定性不佳、使用寿命短。通常，只有一个机车架修期。即18-20万机车走行公里。相当于4300～4800小时。

本发明的目的是提供一种性能稳定、耐磨、使用寿命长的活塞环材质及其生产工艺。

发明基理

本发明是在原合金铸铁中加入用铌铁精矿电炉铝还原法直接制取的铌合金。使原合金铸铁中的石墨趋于细化、分布均匀（附图1、2对比）共晶团变小（附图3、4对比），铁素体变小，同时，在珠光体中均匀地析出100棵/mm²以上。粒度为3～7μm的多角形三次轴的树枝晶状碳氮化铌硬质点（附图5），其硬度高达HV2000～2500。并与基体牢固结合在一起，磨擦不易脱落。由于碳氮化铌的形成，使共晶团边界得到净化，提高了共晶团相互间的结合力，因而使抗拉强度、抗弯强度、弹性和热稳定性均有所提高。全相组织的变化明显改善了合金铸铁的综合性能。特别突出的是提高了耐磨性。

本发明中的各种组成物的重量百分比如下：

碳（C）：3.4～3.75%

硅（Si）：2.1～2.4%

锰（Mn）：0.5～0.9%

磷（P）：0.35～0.5%

硫（S）：≤0.1%

铬（Cr）：0.2～0.3%

钼（Mo）：0.2～0.3%

铜（Cu）：0.2～0.3%

铌（Nb）：0.2～0.3%

铁（Fe）：91.2～92%

本发明的生产工艺如下：

1、对原材料的要求：

（1）生铁除锈、预热;

（2）碳钢除锈预热;

（3）合金材料：结晶硅、铬、钼、铌和磷铁等均须预热。

2、熔化

按上述重量百分比备料，采用工频炉熔化，加料顺序如下：

起炉块→生铁→碳钢（碳钢中碳、硫、锰的含量符合上述百分比）→磷铁→铬→钼 (升温至1400℃)/() 铌→铜→结晶硅 (升温至1460℃)/() 出炉。

3、炉前处理

（1）浇包须清理干净并严格烘干;

（2）铁水出炉后须进行孕育处理，孕育量为5‰;

（3）浇注温度为1380℃，浇注时间低于10分钟。

4、造型

（1）采用潮模单体铸造，型砂水份＜4%;

（2）砂型底面必须平稳

5、清理

浇注两小时后方能打箱清理。

6、取样化验

每包铁水浇注的活塞环都要取样化验，并做金相检查。化验样环应在浇注第10个环后取样。

下面对说明书附图解释如下：

图1为铌合金铸铁的金相图：石墨细化分布均匀

图2为合金铸铁的金相图：石墨较粗，分布不均匀

图3为铌合金铸铁共晶团：较小

图4为合金铸铁共晶团：较大

图5为多角形三次轴的树枝晶状碳氮化铌硬质点

实施例：

在工频炉中起炉块，放入91.5%的生铁（包括碳钢磷铁中铁的含量），然后依次放入含碳量为3.4%、含硫量为0.1%、含锰量为0.9%的锰钢，含磷量为0.5%的磷铁，0.3%的铬、0.3%的钼，然后升温至1400℃，再放入0.3%的铌、0.3%的铜、2.4%的结晶硅，升温至1460℃，出炉。

其它程序与上述程序完全相同。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、铌合金的机械性能及热稳定性优于合金，如下表所示：

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2、铌合金铸铁活塞环的使用寿命比合金铸铁活塞环高三倍以上。

3、性能稳定、原材料供应充足，制造加工容易，具有广泛的应用推广价值。