一種高強(qiáng)韌蠕墨鑄鐵氣缸蓋材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明中提供一種高強(qiáng)韌蠕墨鑄鐵氣缸蓋材料及其制備方法。所提供的蠕墨鑄鐵氣缸蓋材料的元素含量為：碳：3.6%～3.7%；硅：2.2%～2.4%；錳：0.3%～0.5%；硫：＜0.02%；磷：＜0.07%；所提供的蠕墨鑄鐵材料的制備方法采用三次孕育，其中爐內(nèi)加入硅鐵是第一次孕育，包底加孕育劑是第二次孕育，在鐵水出爐時進(jìn)行的隨流孕育是第三次孕育，其蠕化率達(dá)到85%以上；所制備的蠕墨鑄鐵材料抗拉伸能力明顯提高，室溫下達(dá)到420MPa，350℃高溫下達(dá)到375MPa；延伸率室溫下達(dá)到2.0%，350℃高溫下達(dá)到2.5%；硬度達(dá)到212HBW；疲勞強(qiáng)度達(dá)到163MPa；導(dǎo)熱系數(shù)為36.11W/mK。
【專利說明】
一種高強(qiáng)韌蠕墨鑄鐵氣缸蓋材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種蠕墨鑄鐵材料及制備方法，尤其是涉及一種高強(qiáng)韌蠕墨鑄鐵氣缸蓋材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]柴油發(fā)動機(jī)隨著人們對高馬力、高轉(zhuǎn)矩、低廢氣排放以及降低燃料使用量的需求在持續(xù)增長，迫使對大功率柴油發(fā)動機(jī)的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷大幅度增加。熱負(fù)荷及機(jī)械負(fù)荷的同時升高，使得目前所使用的常規(guī)鑄鐵和合金鑄鐵發(fā)動機(jī)已達(dá)到或超過了其使用上限。
[0003]蠕墨鑄鐵憑借其優(yōu)良性能成為現(xiàn)代柴油發(fā)動機(jī)的首先材料，使新一代的發(fā)動機(jī)缸體、缸蓋及缸套的可靠性大大提高。用蠕墨鑄鐵缸體和缸蓋所制造的柴油發(fā)動機(jī)不僅滿足了使用壽命的要求，同時尺寸穩(wěn)定，在整個使用壽命內(nèi)滿足尾氣質(zhì)量的要求。由于歐IV標(biāo)準(zhǔn)的要求，在歐洲已有9種新設(shè)計(jì)的蠕墨鑄鐵缸體和缸蓋的重型柴油發(fā)動機(jī)已在2007年啟動。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于，提供一種高強(qiáng)韌蠕墨鑄鐵氣缸蓋材料及其制備方法，使所提供的蠕墨鑄鐵所制氣缸能夠承受高熱負(fù)荷及高機(jī)械負(fù)荷，以滿足人們對柴油發(fā)動機(jī)高馬力、高轉(zhuǎn)矩、低廢氣排放以及降低燃料使用量的需求。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:提供一種高強(qiáng)韌蠕墨鑄鐵氣缸蓋材料及其制備方法;所提供的蠕墨鑄鐵氣缸蓋材料的元素含量為:
碳(C):3.6%?3.7%;硅(Si):2.2%?2.4%;錳(Mn):0.3%?0.5%;硫(S):<0.02%;磷(P):<0.07%o
[0006]所給出原材料配比如下:
一級生鐵:85%?88%；低碳鋼:9%?11%；硅鐵:0.5%?0.65%；錳鐵:0.3%?0.5% ；蠕化劑:0.4%?0.6%;孕育劑:0.3%?0.4%;隨流孕育:0.1%?0.15%;加入合金元素含量:銅(Cu):0.6%?0.7%;錫(Sn):0.01%?0.03%。
[0007]所提供的蠕墨鑄鐵材料的制備方法采用三次孕育，其中爐內(nèi)加入硅鐵是第一次孕育，包底加孕育劑是第二次孕育，在鐵水出爐時進(jìn)行的隨流孕育是第三次孕育。具體操作步驟是:
(1)第一次孕育:將稱好的生鐵、低碳鋼、錳鐵、硅鐵、銅放入中頻爐中進(jìn)行熔煉，蠕化劑、孕育劑預(yù)熱至300 °C左右，澆包預(yù)熱至500 °C左右;待全部熔化成液體，在表面撒上一層珍珠巖覆蓋劑，防止表面氧化;等待升溫，當(dāng)溫度升至1550 °C，準(zhǔn)備出爐；
(2)第二次孕育:蠕化處理溫度在1480°C~1500°C，采用包底凹坑沖入法，在鐵液包底凹坑處先撒上一層草木灰，然后再將蠕化劑一次攤平于草木灰上，接著將孕育劑均勻撒在蠕化劑上，而后覆蓋一層無油跡、無銹的鐵肩或鐵豆，最后用搗砂錘將其輕輕搗實(shí)；
(3)第三次孕育:進(jìn)行出鐵約2/3或3/4進(jìn)行蠕化孕育處理，第二次出完其余鐵液并隨鐵流加入0.1%的孕育劑，攪拌扒渣，澆注溫度1380°01400°C。
[0008]所述孕育劑與隨流孕育優(yōu)選硅鋇孕育劑。
[0009]本發(fā)明中嚴(yán)格控制碳(C)含量，既保證其易于發(fā)生石墨化，同時又保證了材料的力學(xué)性能;少量猛(Mn)的加入，使材料具有交到的強(qiáng)度與硬度，且減少了猛(Mn)對其塑性的影響;其中加入少量合金也使得所得材料具有較高的機(jī)械性能。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:通過三次孕育的方法制備蠕墨鑄鐵材料，其蠕化率達(dá)到85%以上。所制備的蠕墨鑄鐵材料較傳統(tǒng)方法所制備的蠕墨材料性能得到明顯提升，其抗拉伸能力明顯提高，室溫下達(dá)到420MPa，350 °C高溫下達(dá)到375MPa;延伸率明顯提升，室溫下達(dá)到2.0%，350°C高溫下達(dá)到2.5%;硬度達(dá)到212HBW;疲勞強(qiáng)度達(dá)到163MPa;導(dǎo)熱系數(shù)為36.1 Iff/
mKo
【具體實(shí)施方式】
[0011]以下通過實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行說明。
[0012]實(shí)施例1
按照原材料比例:一級生鐵87.5%，低碳鋼10%，硅鐵0.64%，錳鐵0.3%，蠕化劑0.5%，硅鋇孕育劑0.33%，隨流孕育0.11%；合金元素含量:銅(Cu) 0.7%，錫(Sn) 0.03%。
[0013]材料制備的具體方法如下:
(I)將稱好的生鐵、低碳鋼、錳鐵、硅鐵、銅放入中頻爐中進(jìn)行熔煉，蠕化劑、孕育劑和澆包預(yù)熱至300°C左右;待全部熔化成液體，在表面撒上一層珍珠巖覆蓋劑，防止表面氧化;等待升溫，當(dāng)溫度升至1550°C，準(zhǔn)備出爐。
[0014](2)蠕化處理溫度在1485°C，采用包底凹坑沖入法，在鐵液包底凹坑處先撒上一層草木灰，然后再將蠕化劑一次攤平于草木灰上，接著將硅鋇孕育劑均勻撒在蠕化劑上，而后覆蓋一層無油跡、無銹的鐵肩或鐵豆，最后用搗砂錘將其輕輕搗實(shí)。
[0015](3)出鐵約2/3或3/4進(jìn)行蠕化孕育處理，第二次出完其余鐵液并隨鐵流加入0.11%的隨流孕育，攪拌扒渣，澆注溫度1400 °C。
[0016]爐內(nèi)加入0.64%的硅鐵屬于第一次孕育，澆包底部的0.33%的硅鋇孕育劑屬于第二次孕育，出其余鐵液并隨鐵流加入0.11%的硅鋇孕育劑屬于第三次孕育。通過三次孕育所制得的蠕墨鑄鐵材料，其抗拉強(qiáng)度(Rm)在室溫為420MPa，高溫350°C下為375MPa；延伸率(A)在室溫下高達(dá)2.0%，高溫350°C下達(dá)到2.5%;硬度(^￥)為212冊胃;疲勞強(qiáng)度(0-1)為16310^;導(dǎo)熱系數(shù)為36.1 Iff/mK;蠕化率為85%，珠光粉含量為75%。
[0017]實(shí)施例2
按照原材料比例:一級生鐵87.2%，低碳鋼10%，硅鐵0.62%，錳鐵0.7%，蠕化劑0.48%，硅鋇孕育劑0.35%，隨流孕育0.13%；合金元素含量:銅(Cu)0.6%，錫(Sn)0.03%。
[0018]材料制備的具體方法如下:
(I)將稱好的生鐵、低碳鋼、錳鐵、硅鐵、銅放入中頻爐中進(jìn)行熔煉，蠕化劑、孕育劑預(yù)熱至3000C，澆包預(yù)熱至5000C左右;待全部熔化成液體，在表面撒上一層珍珠巖覆蓋劑，防止表面氧化;等待升溫，當(dāng)溫度升至1550 °C，準(zhǔn)備出爐。
[0019](2)蠕化處理溫度在1485°C，采用包底凹坑沖入法，在鐵液包底凹坑處先撒上一層草木灰，然后再將蠕化劑一次攤平于草木灰上，接著將硅鋇孕育劑均勻撒在蠕化劑上，而后覆蓋一層無油跡、無銹的鐵肩或鐵豆，最后用搗砂錘將其輕輕搗實(shí)。
[0020](3)出鐵約2/3或3/4進(jìn)行蠕化孕育處理，第二次出完其余鐵液并隨鐵流加入0.11%的隨流孕育，攪拌扒渣，澆注溫度1390 0C。
[0021 ] 爐內(nèi)加入0.62%的硅鐵屬于第一次孕育，澆包底部的0.35%的硅鋇孕育劑屬于第二次孕育，出其余鐵液并隨鐵流加入0.13%的硅鋇孕育劑屬于第三次孕育。通過三次孕育所制得的蠕墨鑄鐵材料，其抗拉強(qiáng)度(Rm)在室溫為380MPa，高溫350°C下為345MPa；延伸率(A)在室溫下高達(dá)2.34%，高溫350°(:下達(dá)到2.6%;硬度(冊￥)為210冊￥;疲勞強(qiáng)度(0-1)為163MPa ；導(dǎo)熱系數(shù)為36.1 Iff/mK ；蠕化率為90%，珠光粉含量為75%。
[0022]實(shí)施例3
按照原材料比例:一級生鐵87.6%，低碳鋼10%，硅鐵0.64%，錳鐵0.3%，蠕化劑0.51 %，硅鋇孕育劑0.38%，隨流孕育0.1%；合金元素含量:銅(Cu) 0.6%，錫(Sn) 0.03%。
[0023]材料制備的具體方法如下:
(I)將稱好的生鐵、低碳鋼、錳鐵、硅鐵、銅放入中頻爐中進(jìn)行熔煉，蠕化劑、孕育劑預(yù)熱至3000C，澆包預(yù)熱至5000C左右;待全部熔化成液體，在表面撒上一層珍珠巖覆蓋劑，防止表面氧化;等待升溫，當(dāng)溫度升至1550 °C，準(zhǔn)備出爐。
[0024](2)蠕化處理溫度在1480°C，采用包底凹坑沖入法，在鐵液包底凹坑處先撒上一層草木灰，然后再將蠕化劑一次攤平于草木灰上，接著將硅鋇孕育劑均勻撒在蠕化劑上，而后覆蓋一層無油跡、無銹的鐵肩或鐵豆，最后用搗砂錘將其輕輕搗實(shí)。
[0025](3)出鐵約2/3或3/4進(jìn)行蠕化孕育處理，第二次出完其余鐵液并隨鐵流加入0.11%的隨流孕育，攪拌扒渣，澆注溫度1380 0C。
[0026]爐內(nèi)加入0.64%的硅鐵屬于第一次孕育，澆包底部的0.38%的硅鋇孕育劑屬于第二次孕育，出其余鐵液并隨鐵流加入0.11%的硅鋇孕育劑屬于第三次孕育。通過三次孕育所制得的蠕墨鑄鐵材料，其抗拉強(qiáng)度(Rm)在室溫為370MPa，高溫350°C下為325MPa；延伸率(A)在室溫下高達(dá)2.58%，高溫350°(:下達(dá)到2.64%;硬度(冊￥)為205冊￥;疲勞強(qiáng)度(0-1)為163MPa ；導(dǎo)熱系數(shù)為36.1 Iff/mK ；蠕化率為95%，珠光粉含量為65%。
[0027]本發(fā)明中通過三次孕育的方法制備蠕墨鑄鐵材料，使其蠕化率達(dá)到85%以上;又通過增加銅、錫合金的應(yīng)用，使所制備的蠕墨材料抗拉伸能力明顯提高，室溫下達(dá)到420MPa，350 °C高溫下達(dá)到375MPa ；延伸率明顯提升，室溫下達(dá)到2.0% ,350 °C高溫下達(dá)到2.5%；硬度達(dá)到212HBW;疲勞強(qiáng)度達(dá)到163MPa;導(dǎo)熱系數(shù)為36.11W/mK。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高強(qiáng)韌蠕墨鑄鐵氣缸蓋材料，其特征在于:所提供的蠕墨鑄鐵氣缸蓋材料的元素含量為: 碳(C):3.6%?3.7%;硅(Si):2.2%?2.4%;錳(Mn):0.3%?0.5%;硫(S):<0.02%;磷(P):<0.07%;銅(Cu):0.6%?0.7%;錫(Sn):0.01%?0.03%。2.—種高強(qiáng)韌蠕墨鑄鐵氣缸蓋材料的制備方法，其特征在于:所提供的蠕墨鑄鐵材料的制備方法采用三次孕育，其中爐內(nèi)加入硅鐵是第一次孕育，包底加孕育劑是第二次孕育，在鐵水出爐時進(jìn)行的隨流孕育是第三次孕育;具體操作步驟是: (1)第一次孕育:將稱好的一級生鐵:85%?88%；低碳鋼:9%?11%；硅鐵:0.5%?0.65%；錳鐵:0.3%?0.5% ;銅(Cu ): 0.6%?0.7%;錫(Sn ): 0.0I %?0.03%;放入中頻爐中進(jìn)行熔煉，蠕化劑、孕育劑預(yù)熱至3000C，澆包預(yù)熱至5000C ;待全部熔化成液體，在表面撒上一層珍珠巖覆蓋劑，防止表面氧化;等待升溫，當(dāng)溫度升至1550 °C，準(zhǔn)備出爐； (2)第二次孕育:蠕化處理溫度在1480°01500°C，采用包底凹坑沖入法，在鐵液包底凹坑處先撒上一層草木灰，然后再將蠕化劑一次攤平于草木灰上，接著將孕育劑均勻撒在蠕化劑上，而后覆蓋一層無油跡、無銹的鐵肩或鐵豆，最后用搗砂錘將其輕輕搗實(shí)； (3)第三次孕育:部分出鐵進(jìn)行蠕化孕育處理，第二次出完其余鐵液并隨鐵流加入孕育劑，攪拌扒渣，澆注溫度1400 °C ; 所述蠕化劑:0.4%?0.6%;第二次孕育中，孕育劑:0.3%?0.4%;第三次隨流加入的孕育劑，隨流孕育:0.1%?0.15%。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高強(qiáng)韌蠕墨鑄鐵氣缸蓋材料的制備方法，其特征在于:所選用的孕育劑與隨流孕育劑優(yōu)選硅鋇孕育劑。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高強(qiáng)韌蠕墨鑄鐵氣缸蓋材料的制備方法，其特征在于:所述第三次孕育中部分出鐵量為2/3或3/4。
【文檔編號】C22C37/10GK105908066SQ201610384705
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月2日
【發(fā)明人】張國偉, 徐宏, 李晶晶, 張佳琪, 任霽萍, 任曉燕
【申請人】中北大學(xué)