船用柴油机活塞环顶环材料的铸造方法技术

本发明专利技术公开了一种船用柴油机活塞环顶环材料DPR‑DGⅢ及铸造方法，在铸铁中加入了少量的铜、锰、钼等合金元素浇注成的合金铸铁DPR‑DGⅢ，石墨蠕化率达80％以上，基体组织中珠光体含量在95％以上，抗弯强度Rb大于740N/mm

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于合金铸铁活塞环的铸造技术，特别是船用柴油机活塞环顶环材料及其铸造方法。
技术介绍
船用柴油机汽缸内通常有4道活塞环，第一道活塞环称为顶环，其它三道活塞环被称作底环。第一道活塞环承受的冲击力比下面的几道活塞环大，因此，顶环和底环的材质是不一样的。活塞环顶环是船舶柴油机燃烧室中的一个关键零件。活塞环顶环在工作过程中，既要承受高温、高压，又要承受剧烈的磨损和较大负荷的冲击，其性能的好坏直接影响了柴油机的工作效率及工作质量。而活塞环顶环材料好坏直接决定了活塞环性能的优劣。目前我国仅能生产少量技术含量不高材质的船用活塞环。根据国内船标规定，合金铸铁活塞环公称直径D＞300mm时布氏硬度HB＝195～266、筒体铸造活塞环的弹性模量E为112kN/mm2、抗弯强度Rb大于471N/mm2；国内先进二冲程船用MAN-B&W柴油机生产商所用的活塞环均为国外进口。MAN-B&W柴油机的活塞环顶环性能要求如下：石墨形态为80％以上的蠕虫状，基体组织为珠光体、少量铁素体及硬质相(渗碳体+磷共晶)，力学性能中弹性模量E为131-159kN/mm2，布氏硬度为HB＝230-285，抗弯强度Rb≥740N/mm2。显然，按国内标准生产的活塞环顶环不能满足二冲程船用MAN-B&W柴油机的要求。随着国内船舶行业发展势头的快速进步，船用柴油机的产量逐年加大，船用活塞环顶环的需求量也逐年加大。由国外进口活塞环顶环存在的问题：一是成本越来越高，二是订货周期长。急需开发研制性能优良的船用活塞环顶环，替代进口的活塞环顶环。
技术实现思路
为解决现有技术存在的上述问题，本专利技术要设计一种既可以降低成本并缩短订货周期，又能够达到二冲程船用MAN-B&W柴油机生产要求性能的船用柴油机活塞环顶环材料DPR-DGⅢ及其铸造方法。本专利技术的技术方案如下：船用柴油机活塞环顶环材料DPR-DGⅢ，组分及质量含量如下：C：3.1％～3.6％；Si：2.0％～2.8％；Mn：0.5％～0.9％；Cr：0.03％～0.90％；Mo：0.4％～0.7％；Ni：0.18％～0.45％；Cu：0.8％～1.3％；Sn：0.04％～0.07％；P：0.05％～0.25％；S：≤0.03％；Mg：≤0.03％；其余组分为Fe。进一步地，所述的其余组分为Fe和不可避免杂质。船用柴油机活塞环顶环的铸造方法，包括以下步骤：A、配制原料：按照船用柴油机活塞环顶环材料DPR-DGⅢ组分配制原料；B、熔炼：用熔炼炉将步骤A的配料熔炼成铁水；在铁水温度1430-1450℃之间取样，根据光谱仪分析的结果，确定合金二次加入量，以保证步骤A各组分的百分含量；加入合金二次调整，继续升温熔炼，铁水最高温度不能超过1520℃。C、浇注：浇注前将蠕化剂放在浇包底部，并在上面覆盖细铁屑，蠕化剂加入量为总铁水质量的0.2％；根据铸件的毛坯规格组和毛坯壁厚，并调整出炉温度及浇注温度；具体控制指标见表1，表1中毛坯规格组用毛坯外径尺寸表示；表1：控制指标表进一步地，所述的熔炼炉为变频感应电炉。进一步地，所述的蠕化剂由埃肯碳素(中国)有限公司生产，至少包括以下质量含量的组分：Mg:5.0％-6.0％；Al：0.0％-1.0％。Si：44％-48％；Ca：1.8％-2.3％；RE：5.5％-6.5％。进一步地，所述的浇注温度在气温低于-10℃时靠近上限，在气温高于25℃时靠近下限。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术从蠕虫状石墨的成形原理出发，推断出球化元素稀土及镁对石墨形态起决定性作用，并从蠕虫状石墨的表面形态、石墨的生长方向等，推断出蠕墨铸铁的基体有着强烈形成铁素体的倾向。本专利技术通过大量实验证明，蠕虫状石墨的成形原理，对本专利技术有显著指导意义。通过选择不同厂家不同含量的蠕化剂来处理铁水，得出埃肯碳素(中国)有限公司生产的蠕化剂效果最佳，在其它工艺条件控制得当的情况下，通过控制蠕化剂的加入量，达到所需石墨形态。通过严控蠕化剂的用量，根据铸件的大小、壁厚对冷却速度要求的不同，调整浇注温度以达到改变石墨形态及分布的目的。2、本专利技术通过对活塞环顶环材料化学组分及质量百分含量的控制，在铸铁中加入了少量的铜、锰、钼等合金元素浇注成的合金铸铁DPR-DGⅢ，石墨蠕化率达80％以上，基体组织中珠光体含量在95％以上，抗弯强度Rb大于740N/mm2，弹性模量E可达131-159kN/mm2，布氏硬度HB250-290，达到了国外进口活塞环材料技术指标的要求。合金铸铁DPR-DGⅢ具有硬度适中、抗弯强度高、耐磨耐腐蚀性好、抗冲击能力大大提高等优点，满足了现代高爆发力柴油机的使用要求，各项技术指标匀达到MAN-B&W材料标准的CV1标准要求,可以替代进口材料CV1，用于MAN-B&W柴油机顶环。3、由于本专利技术达到了MAN-B&W柴油机活塞环顶环的性能要求，不需要再从国外进口，用本专利技术生产的活塞环价格至少比进口活塞环的价格降低1/2；本专利技术常用的规格的活塞环都备有库存，可随取随用，不常用规格生产周期为1个月左右，而进口活塞环顶环进货周期要3个月左右。由此可见，本专利技术大大降低了制造成本，缩短了订货周期。附图说明图1是合金铸铁DPR-DGⅢ在100倍金相显微镜下石墨形态大小示意图。图2是合金铸铁DPR-DGⅢ在500倍金相显微镜下腐蚀后基体示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进行进一步地描述。实施例一：船用柴油机活塞环顶环的铸造方法，包括以下步骤：1、按如下质量百分比配料：C：3.2％；Si：2.2％；Mn：0.6％；Cr：0.07％；Mo：0.4％；Ni：0.25％；Cu：1.0％；Sn：0.05％；P：0.15％；S≤0.02％；Mg：≤0.03％，其余为Fe和不可避免杂质；2、熔炼：用变频感应电炉将步骤1的配料熔炼成铁水，铸件为直径350mm、壁厚12mm的筒形毛坯，调整出炉温度为1470℃，加入0.2％的蠕化剂，残留镁量控制在0.028％，浇注温度为1380℃。浇注成的合金铸铁DPR-DGⅢ石墨蠕化率达90％，基体组织为珠光体、少量铁素体及硬质相(渗碳体+磷共晶)，力弹性模量E达140kN/mm2，布氏硬度为HB273；抗弯强度Rb＝860N/mm2。实施例二：船用柴油机活塞环顶环的铸造方法，包括以下步骤：1、按如下质量百分比配料：C：3.5％；Si：2.8％；Mn：0.7％；Cr：0.09％；Mo：0.4％；Ni：0.4％；Cu：1.2％；Sn：0.05％；P：0.15％；S≤0.02％；Mg：≤0.03％，其余为Fe和不可避免杂质；2、熔炼：用变频感应电炉将步骤1的配料熔炼成铁水，铸件为直径800mm、壁厚25mm的筒形毛坯，调整出炉温度为1430℃，加入0.2％的蠕化剂，残留镁量控制在0.008％，浇注温度为1340℃。浇注成的合金铸铁DPR-DGⅢ石墨蠕化率达93％，基体组织为珠光体、少量铁素体及硬质相(渗碳体+磷共晶)，力弹性模量E达132kN/mm2，布氏硬度为HB269，抗弯强度Rb＝760N/mm2。实施例三：船用柴油机活塞环顶环的铸造方法，包括以下步骤：按实施例2配料在气温-15℃时进行熔炼，出炉温本文档来自技高网...

【技术保护点】
船用柴油机活塞环顶环材料DPR‑DGⅢ，其特征在于：组分及质量含量如下：C：3.1％～3.6％；Si：2.0％～2.8％；Mn：0.5％～0.9％；Cr：0.03％～0.90％；Mo：0.4％～0.7％；Ni：0.18％～0.45％；Cu：0.8％～1.3％；Sn：0.04％～0.07％；P：0.05％～0.25％；S：≤0.03％；Mg：≤0.03％；其余组分为Fe。

【技术特征摘要】
1.船用柴油机活塞环顶环材料DPR-DGⅢ，其特征在于：组分及质量含量如下：C：3.1％～3.6％；Si：2.0％～2.8％；Mn：0.5％～0.9％；Cr：0.03％～0.90％；Mo：0.4％～0.7％；Ni：0.18％～0.45％；Cu：0.8％～1.3％；Sn：0.04％～0.07％；P：0.05％～0.25％；S：≤0.03％；Mg：≤0.03％；其余组分为Fe。2.根据权利要求1所述的船用柴油机活塞环顶环材料DPR-DGIII，其特征在于：所述的其余组分为Fe和不可避免杂质。3.船用柴油机活塞环顶环材料DPR-DGIII的铸造方法，其特征在于：包括以下步骤：A、配制原料：按照船用柴油机活塞环顶环材料DPR-DGⅢ的组分配制原料；B、熔炼：用熔炼炉将步骤A的配料熔炼成铁水；在铁水温度1430-1450℃之间取样，根据光谱仪分析的结果，确定合金二次加入量，以保证...

【专利技术属性】
技术研发人员：王欣，葛春青，卫学红，
申请(专利权)人：大连锦航新能源设备有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21