一种重型柴油发动机蠕墨铸铁缸盖材料及其制备工艺制造技术

技术编号:20351895 阅读:44 留言:0更新日期:2019-02-16 12:15
一种重型柴油发动机蠕墨铸铁缸盖材料,其原料组成及重量百分比含量为:C 3.60%﹣3.90%、Si 1.90%﹣2.50%、Mn 0.50%﹣0.70%、Mo 0.4%﹣0.6%、Cu 0.70%﹣0.85%、Cr 0.2%﹣0.4%、Mg 0.01%﹣0.025%、Re 0.025%﹣0.04%、P≤0.070%、S≤0.015%,余量为Fe和不可避免杂质,制备工艺为:采用包底冲入法,先进行包底压包孕育,再于出铁水78%﹣85%时补加孕育剂,之后进行随流孕育。该设计不仅显著提升了材料的综合力学性能,而且保证了蠕化率和珠光体含量的稳定、降低了生产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种重型柴油发动机蠕墨铸铁缸盖材料及其制备工艺
本专利技术属于重型柴油发动机材料领域,具体涉及一种重型柴油发动机蠕墨铸铁缸盖材料及其制备工艺,适用于显著提升材料的综合力学性能、保证蠕化率的稳定、降低生产成本。
技术介绍
在排放法规日益严苛和汽车限载的背景下,传统灰铸铁缸盖已经无法满足重型柴油发动机高爆压、高功率密度、轻量化的要求。与灰铸铁相比,蠕墨铸铁抗拉强度和弹性模量高,同一种尺寸和形状的蠕墨铸铁缸盖重量轻、能够承受更高的爆发压力、承受更高的热循环载荷、抗裂纹的极限更高。使用蠕墨铸铁材料生产发动机缸盖,不仅可以满足其使用寿命的要求,也可以满足未来尾气低排放和轻量化的要求。但由于蠕墨铸铁生产控制工艺窗口窄,对工艺要求很高,稍微波动就会造成废品率极高,生产不稳定,难以稳定获得高蠕化率蠕墨铸铁材料;同时,现有的蠕墨铸铁缸盖大多力学性能偏低,难以满足未来发动机更高爆压、节能、减排、增效、降重的迫切需求。中国专利:申请公布号CN105908066A、申请公告日2016年8月31日的专利技术专利公开了一种高强韧蠕墨铸铁气缸盖材料及制备方法,该蠕墨铸铁气缸盖材料中各元素的含量为:碳(C):3.6%-3.7%;硅(Si):2.20%-2.40%;锰(Mn):0.3%-0.5%;硫(S)<0.02%;磷(P):<0.070%;铜(Cu):0.6%-0.7%;锡(Sn):0.01%-0.03%。所提供的蠕墨铸铁材料的制备方法采用三次孕育,其中炉内加入硅铁是第一次孕育,包底加孕育剂是第二次孕育,在铁水出炉时进行的随流孕育是第三次孕育。虽然通过上述方法制备得到的蠕墨铸铁材料蠕化率达到85%以上,其室温抗拉强度达到420MPa,350℃高温下达到375MPa;延伸率室温下达到2.0%,350℃高温下达到2.5%;硬度达到212HBW;疲劳强度达到163MPa;导热系数为36.11W/mK,但仍然存在以下问题:1、其蠕墨铸铁基体组织中珠光体含量偏低,对材料力学性能的提升有限;2、上述制备方法中,熔炼铁水时加入的硅铁不属于孕育的范畴,其实质上采用的还是包底加随流两次孕育处理,这种孕育方法可能会引起白口倾向和蠕化衰退,无法稳定生产出蠕化率在85%以上的理想缸盖铸件。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中存在的材料力学性能不足、无法稳定生产出具有高蠕化率的缸盖材料的问题,提供一种具有高强度、高蠕化率且能保证蠕化率稳定性的重型柴油发动机蠕墨铸铁缸盖材料及其制备工艺。为实现以上目的,本专利技术提供了以下技术方案:一种重型柴油发动机蠕墨铸铁缸盖材料,其原料组成及重量百分比含量为:C3.60%﹣3.90%、Si1.90%﹣2.50%、Mn0.50%﹣0.70%、Mo0.4%﹣0.6%、Cu0.70%﹣0.85%、Cr0.2%﹣0.4%、Mg0.01%﹣0.025%、Re0.025%﹣0.04%、P≤0.070%、S≤0.015%,余量为Fe和不可避免杂质。所述材料的基体由珠光体和铁素体组成,且珠光体的含量大于85%。所述材料的基体中,石墨组织包括蠕虫状石墨、球状石墨,且蠕虫状石墨的占比大于80%。上述重型柴油发动机蠕墨铸铁缸盖材料的制备工艺依次包括以下步骤:包内蠕化和孕育处理:先将蠕化剂放置于包底凹坑中,再将一号包内孕育剂均匀撒在蠕化剂上,并在一号包内孕育剂的表面覆盖一层铁豆,然后将熔炼后的铁水冲入包内进行蠕化处理和第一次孕育处理,当冲入包内的铁水量达到铁水总量的78%﹣85%时,在铁水表面均匀撒入一层二号包内孕育剂,再将剩余的铁水冲入包内进行第二次孕育处理,待铁水全部进入包内后进行扒渣,其中,所述蠕化剂的加入量为铁水总量的0.4%﹣0.6%,所述一号包内孕育剂的加入量为铁水总量的0.3%﹣0.45%,所述二号包内孕育剂的加入量为铁水总量的0.3%﹣0.35%;随流孕育:在对蠕化后的铁水进行浇注的同时加入随流孕育剂进行随流孕育,浇注后即得到所述蠕墨铸铁缸盖材料,其中,所述随流孕育剂的加入量为铁水总量的0.08%﹣0.15%。包内蠕化和孕育处理步骤中,所述蠕化剂为FeSiMg3Re8,所述一号包内孕育剂、二号包内孕育剂均为尺寸在1﹣3mm的FeSi75孕育剂;随流孕育步骤中,所述随流孕育剂为尺寸在0.2﹣0.8mm的Si-Sb孕育剂,该孕育剂以硅铁合金为基料,其成分及重量百分比含量为:Si63%﹣68%、Sb4%﹣6%、Sn<1.5%、Ba<1.5%、Re<0.1%、Cr<0.1%、Mn<0.1%,余量为Fe和不可避免杂质。所述制备工艺还包括熔炼铁水步骤,该步骤位于包内蠕化和孕育处理步骤之前;所述熔炼铁水步骤是指:先将生铁、废钢、回炉料、增碳剂加入熔炼炉,再将硅铁、锰铁、铜、铬铁、钼铁按所需含量加入熔炼炉中进行熔炼,待金属全部熔化后进行扒渣,随后出炉得到铁水,其中,所述生铁、废钢、回炉料的重量比为30﹣40:50﹣60:10。熔炼铁水步骤中,所述生铁为Q10生铁,所述增碳剂为高纯石墨增碳剂,所述出炉温度为1490﹣1510℃;随流孕育步骤中,所述浇注温度为1400﹣1410℃。与现有技术相比,本专利技术的有益效果为:1、本专利技术一种重型柴油发动机蠕墨铸铁缸盖材料的原料组成及其重量百分比含量为:C3.60%﹣3.90%、Si1.90%﹣2.50%、Mn0.50%﹣0.70%、Mo0.4%﹣0.6%、Cu0.70%﹣0.85%、Cr0.2%﹣0.4%、Mg0.01%﹣0.025%、Re0.025%﹣0.04%、P≤0.070%、S≤0.015%,余量为Fe和不可避免杂质,该配方中,Mn可稳定珠光体,提高材料的强度和硬度,但会降低韧性,Cu和Cr能够促进珠光体形成,并细化珠光体和强化基体组织,同时可以降低白口倾向,但Cr同样会降低韧性,Mo可稳定和细化珠光体,固溶强化珠光体中的铁素体,明显提高铸铁的强度,且Mo能以有限固溶体形式存在于基体中,通过固溶强化提高相变温度,从而提高高温强度,同时,在本体系中,合适的Mo能够消除Cu、Cr对材料韧性的影响,改善材料在韧性上的缺陷,本设计通过Cu–Cr-Mo的多元复合,可显著提高材料的综合力学性能,使其在强度、韧性、常温和高温疲劳性能方面表现极佳。因此,本专利技术可显著提升材料的综合力学性能。2、本专利技术一种重型柴油发动机蠕墨铸铁缸盖材料的制备方法中包内蠕化和孕育处理采用三次孕育处理的方式,常规包底压包孕育为第一次孕育,出铁水78%﹣85%时补加孕育剂为第二次孕育,浇注时的随流孕育为第三次孕育,该设计通过在出铁水78%﹣85%时补加孕育剂进行第二次孕育能够有效提高孕育剂的吸收效率,从而改善孕育效果,同时延缓蠕化衰退,有利于保证蠕化率的稳定。因此,本专利技术采用三次孕育处理有利于保证蠕化率的稳定。3、本专利技术一种重型柴油发动机蠕墨铸铁缸盖材料的制备方法中随流孕育剂为尺寸在0.2﹣0.8mm的Si-Sb孕育剂,该孕育剂以硅铁合金为基料,其成分及重量百分比含量为:Si63%﹣68%、Sb4%﹣6%、Sn<1.5%、Ba<1.5%、Re<0.1%、Cr<0.1%、Mn<0.1%,余量为Fe和不可避免杂质,该随流孕育剂的加入使得在铁水中易形成弥散的石墨形核质点,并细化石墨,加强孕育效果,通过增加铸铁共析转变后的珠光体含量并强烈稳定珠本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种重型柴油发动机蠕墨铸铁缸盖材料,其特征在于:所述材料的原料组成及其重量百分比含量为:C 3.60%﹣3.90%、Si 1.90%﹣2.50%、Mn 0.50%﹣0.70%、Mo 0.4%﹣0.6%、Cu 0.70%﹣0.85%、Cr 0.2%﹣0.4%、Mg 0.01%﹣0.025%、Re 0.025%﹣0.04%、P≤0.070%、S≤0.015%,余量为Fe和不可避免杂质。

【技术特征摘要】
1.一种重型柴油发动机蠕墨铸铁缸盖材料,其特征在于:所述材料的原料组成及其重量百分比含量为:C3.60%﹣3.90%、Si1.90%﹣2.50%、Mn0.50%﹣0.70%、Mo0.4%﹣0.6%、Cu0.70%﹣0.85%、Cr0.2%﹣0.4%、Mg0.01%﹣0.025%、Re0.025%﹣0.04%、P≤0.070%、S≤0.015%,余量为Fe和不可避免杂质。2.根据权利要求1所述的一种重型柴油发动机蠕墨铸铁缸盖材料,其特征在于:所述材料的基体由珠光体和铁素体组成,且珠光体的含量大于85%。3.根据权利要求1或2所述的一种重型柴油发动机蠕墨铸铁缸盖材料,其特征在于:所述材料的基体中,石墨组织包括蠕虫状石墨、球状石墨,且蠕虫状石墨的占比大于80%。4.一种权利要求1所述的重型柴油发动机蠕墨铸铁缸盖材料的制备工艺,其特征在于:所述制备工艺依次包括以下步骤:包内蠕化和孕育处理:先将蠕化剂放置于包底凹坑中,再将一号包内孕育剂均匀撒在蠕化剂上,并在一号包内孕育剂的表面覆盖一层铁豆,然后将熔炼后的铁水冲入包内进行蠕化处理和第一次孕育处理,当冲入包内的铁水量达到铁水总量的78%﹣85%时,在铁水表面均匀撒入一层二号包内孕育剂,再将剩余的铁水冲入包内进行第二次孕育处理,待铁水全部进入包内后进行扒渣,其中,所述蠕化剂的加入量为铁水总量的0.4%﹣0.6%,所述一号包内孕育剂的加入量为铁水总量的0.3%﹣0.45%,所述二号包内孕育剂的加入量为铁水总量的0.3%﹣0.35%...

【专利技术属性】
技术研发人员:袁福安康明王林涂欣达霍卯田金通曹宇峰
申请(专利权)人:东风商用车有限公司
类型:发明
国别省市:湖北,42

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