船用柴油机活塞环底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底环材料DPR‑D5及其铸造方法，在铸铁中加入少量的铜、钼、镍元素可细化珠光体，也能细化石墨；加入铬能改善并提高力学性能及耐热性；加入锰可溶于基体和碳化物中，既强化基体，又增加碳化物的稳定性，还能促使形成细珠光体。本发明专利技术的合金铸铁DPR‑D5的石墨形态为片状石墨IA3‑5，基体组织为珠光体、少量铁素体及硬质相(渗碳体+磷共晶)，经检测，合金铸铁DPR‑D5具有硬度适中、抗弯强度高、耐磨耐腐蚀性好等优点，各项技术指标均达到MAN‑B&W材料标准的CF5标准要求，可以替代进口材料CF5，用于MAN‑B&W柴油机活塞环底环的铸造，从而降低了制造成本，缩短了订货周期。

【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底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。活塞环底环是船舶柴油机燃烧室中的一个关键零件。活塞环底环在工作过程中，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。而活塞环底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底环均为国外进口。MAN-B&W柴油机的活塞环底环性能要求布氏硬度为HB200-240、弹性模量E为108-132kN/mm2、抗弯强度Rb＝500-750N/mm2。显然，按国内标准生产的活塞环底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，船用活塞环底环的需求量也逐年加大。由国外进口活塞环底环存在的问题：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底环，替代进口的活塞环底环。
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底环材料DPR-D5及其铸造方法。本专利技术的技术方案如下：船用柴油机活塞环底环材料DPR-D5，组分及质量含量如下：进一步地，所述的其余组分为Fe和不可避免杂质。船用柴油机活塞环底环的铸造方法，包括以下步骤：A、配制原料：按照船用柴油机活塞环底环材料DPR-D5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；根据铸件的毛坯规格组和毛坯壁厚，加入硅钙孕育剂，并调整出炉温度及浇注温度；具体控制指标见表1，表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，所述的硅钙孕育剂由埃肯碳素(中国)有限公司生产，至少包括以下质量含量的组分：Si:73％-78％；Ca:0.75％-1.25％；Ba:0.75％-1.25％；Al:0.75％-1.25％。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、本专利技术通过对活塞环底环材料化学组分及质量百分含量的控制，得到了合金铸铁DPR-D5。本专利技术在铸铁中加入少量的铜、钼、镍元素可细化珠光体，也能细化石墨；加入铬能改善并提高力学性能及耐热性；加入锰可溶于基体和碳化物中，既强化基体，又增加碳化物的稳定性，还能促使形成细珠光体。从石墨的形核规律出发，推断出硅的含量在石墨初期形核期间起较大作用。经实验证明，孕育剂含量越多，片状石墨的数量越多；铸件壁厚越厚，片状石墨越粗、越长。通过严控孕育剂的用量，根据铸件的大小、壁厚对冷却速度要求的不同，调整出炉温度及浇注温度以达到改变石墨形态及分布的目的。2、本专利技术浇注成的合金铸铁DPR-D5的石墨形态为片状石墨IA3-5，基体组织为珠光体、少量铁素体及硬质相(渗碳体+磷共晶)，经检测，弹性模量E达120kN/mm2以上，布氏硬度为HB200-240，抗弯强度Rb＝500-750N/mm2。由此可见，合金铸铁DPR-D5具有硬度适中、抗弯强度高、耐磨耐腐蚀性好等优点，各项技术指标均达到MAN-B&W材料标准的CF5标准要求，可以替代进口材料CF5，用于MAN-B&W柴油机活塞环底环的铸造。3、由于本专利技术达到了MAN-B&W柴油机活塞环底环的性能要求，不需要再从国外进口，采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1/3，常用的规格的活塞环都备有库存，不常用规格生产周期为1个月左右。而进口活塞环进货周期要3个月左右。由此可见，本专利技术从而低了制造成本，缩短了订货周期。附图说明图1是合金铸铁DPR-D5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-D5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和实施例对本专利技术进行进一步地描述。实施例一：船用柴油机活塞环底环的铸造方法，包括以下步骤：1、按如下质量百分比配料：C:3.0％，Si:1.4％，Mn:0.84％，Cr:0.1％，Mo:0.49％，Cu:0.99％，Ti:≤0.05％，P:0.1％，S≤0.05％，Mg:≤0.005％，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1450℃，加入0.35％的孕育剂，浇注温度为1390℃。浇注成的合金铸铁DPR-D5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112kN/mm2，布氏硬度为HB219，抗弯强度Rb＝560N/mm2。实施例二：船用柴油机活塞环底环的铸造方法，包括以下步骤：1、按如下质量百分比配料：C:3.2％，Si:1.4％，Mn:0.84％，Cr:0.1％，Mo:0.49％，Cu:0.99％，Ti:≤0.05％，P:0.1％，S≤0.05％，Mg:≤0.005％，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700mm、壁厚23mm的筒形毛坯，调整出炉温度为1420℃，加入0.28％的孕育剂，浇注温度为1360℃。浇注成的合金铸铁DPR-D5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120kN/mm2，布氏硬度为HB226，抗弯强度Rb＝600N/mm2。实施例三：船用柴油机活塞环底环的铸造方法，包括以下步骤：按实施例2的步骤在气温为-15℃时进行熔炼，浇注温度为1363℃，其余与实施例2相同。实施例四：船用柴油机活塞环底环的铸造方法，包括以下步骤：按实施例2的步骤在气温为28℃时进行熔炼，浇注温度为1357℃，其余与实施例2相同。通过上述实施例熔炼出来的合金铸铁DPR-D5，在100倍金相显微镜下石墨形态大小如图1所示，从图中可见，本专利技术可得到无方向性分布均匀的A型片状石墨，长度为3-5级(依据GB/T7216-2009灰铸铁金相检验)，石墨长度适中，强度和耐磨性好。合金铸铁DPR-D5在500倍金相显微镜下腐蚀后基体如图2所示，从图中可见，基体组织为珠光体、少量铁素体及硬质相(渗碳体+磷共晶)，珠光体细化，强度好。上述实施例仅为本专利技术的较佳实施例，并非依此限制本专利技术的保护范围，故凡依本专利技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
船用柴油机活塞环底环材料DPR‑D5，其特征在于：组分及质量含量如下：

【技术特征摘要】
1.船用柴油机活塞环底环材料DPR-D5，其特征在于：组分及质量含量如下：2.根据权利要求1所述的船用柴油机活塞环底环材料DPR-D5，其特征在于：所述的其余组分为Fe和不可避免杂质。3.船用柴油机活塞环底环材料DPR-D5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底环材料DPR-D5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；根据铸件的毛坯规格组和毛坯壁厚，加入硅钙孕育剂，并调整出炉温度及浇注温度；具体控制指标见表1；表1：控制指标表表中毛坯规格组用毛坯外径尺寸...

【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