一种铸铁、气缸套及其制备工艺制造技术

本发明专利技术属于发动机配件技术领域，具体涉及一种铸铁、气缸套及其制备工艺。本发明专利技术的气缸套的布氏硬度≥275HB，抗拉强度≥345MPa，标准耐酸腐蚀深度≤16μm，标准耐甲酸腐蚀深度≤28μm，抗穴蚀性能t

【技术实现步骤摘要】
一种铸铁、气缸套及其制备工艺


[0001]本专利技术属于发动机配件
，具体涉及一种高耐腐蚀和抗穴蚀的铸铁、由其制成的气缸套及该气缸套的制备工艺。

技术介绍

[0002]随着全球环境形势的日益严峻，世界各国对汽车环保的要求也越来越严格，特别是对燃油车的控制，逐步向新能源车转型和升级，除了一般乘用车逐步向电动化转变外，大部分工程用车和卡车则逐步向新能源车转化，利用燃气车或油气混动车逐步代替燃油车。
[0003]气缸套是汽车发动机的核心部件，与活塞环一起构成一对高速运转的摩擦副，长期在高温、高压、交变载荷和腐蚀等复杂多变的工况下运行，容易造成气缸套磨损，缸套的磨损会造成发动机机油耗升高、功率下降，寿命缩短。燃气车由于在燃烧过程中会产生甲酸或其他酸类物质，容易造成气缸套腐蚀性磨损，同时在发动机的高功率和高爆压的工作过程中会产生大量的热，需要用水冷却，而冷却过程中由于发动机的震动等原因，往往会引起缸套的微震动，从而使冷却液产生大量的气泡，气泡的爆裂直接冲蚀缸套的水道外壁产生穴蚀，并且在穴蚀的过程中也伴随着腐蚀的发生。为此，研究和开发一种内壁耐腐蚀、外壁抗穴蚀和耐腐蚀的缸套显得尤为重要。
[0004]现有技术公开了一种耐腐蚀铸铁，其为奥氏体铸铁，包括以下组分：1.7～2.3wt％的碳，1.6～2.2wt％的硅，0.5～1.5wt％的锰，0～0.2wt％的磷，0～0.1wt％的硫，3.0～3.5wt％的铬，20～25wt％的镍，0～0.8wt％的铜和余量基体铁。并且该现有技术还公开了利用其耐腐蚀铸铁制备气缸套的方法，包括如下步骤：将原材料熔炼，得到一次铁水，加入一次孕育剂同时扒渣，得到二次铁水，将二次铁水倒入气缸套模具内并加入二次孕育剂，之后离心浇铸，冷却脱模，得到毛坯，将毛坯加工至成品，之后对成品进行表面处理，该表面处理方法为：(1)对缸套进行清洗除油，之后预热至370～390℃，保温1h；(2)将预热后的缸套吊入熔融氮化盐中，通入压缩空气，升温至550℃，保温2h后停止压缩空气，继续保温22h，得到氮化后的缸套；(3)将氮化后的缸套晾干冷却后，吊入氧化盐中以390～410℃保温5～15min，得到氧化后的缸套；(4)将氧化后的缸套冷却清洗，内孔抛光，外圆精加工即得。虽然上述现有技术制得的气缸套具有较好的耐腐蚀性能，但仍然存在如下不足：1、该现有技术中的铸铁的基体组织是奥氏体，奥氏体是一种高温组织，具有较强的不稳定性，在缸套受热时容易使缸套变形；2、该铸铁中的碳当量较低，一般来说气缸套使用铸铁的主要原因之一就是利用石墨的润滑和储油功能，而碳当量低会导致机油耗增大，也可能对排放产生一定影响；并且该现有技术中的含碳量为1.7～2.3％，严格来说它不是通常意义上的铸铁，因为钢与铁的最大区别在于含碳量，含碳量小于2.1％的叫做钢，大于2.1％叫做铁，该现有技术给出的示例1和示例2的成分均为钢；3、该现有技术的铸铁中使用了大量的贵重有色金属如20～25wt％的镍，造成很大的资源浪费；4、该现有技术在进行表面处理时，氮化时间长达22小时，浪费电力，且氧化保温时间过短，为5～15min，难以在缸套表面充分形成耐腐蚀和耐穴蚀的氧化膜，导致最终产品无法兼顾高耐腐蚀性和高韧性。
[0005]由此可见，依然需要对气缸套的材质和工艺进行优化，以获得热稳定性好、机油耗小、有色金属用量少、韧性好、耐腐蚀性强且抗穴蚀性高的气缸套。

技术实现思路

[0006]鉴于此，本专利技术的首要目的是提供一种热稳定性好、机油耗小、有色金属用量少、韧性好、耐腐蚀性强且抗穴蚀性高的气缸套。
[0007]本专利技术的另一目的是解决现有的气缸套制备工艺无法兼顾高耐腐蚀性和高韧性的缺陷，进而提供一种可同时提高耐腐蚀性和韧性的气缸套制备工艺。
[0008]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0009]一方面，本专利技术提供了一种铸铁，以质量百分比计，所述铸铁包括以下组分：碳2.8～3.3％，硅1.9～2.6％，锰0.5～1.0％，铬0.1～0.3％，铜0.4～1.0％，镍0.3～0.7％，锑0.1～0.2％，锡0.03～0.06％，余量为铁。
[0010]碳是铸铁中的主要元素，它可以与铁形成碳化物，也可以与其它合金元素形成碳化物，以提高组织的强度和硬度。在铸铁中碳主要以化合碳(碳化物)和游离碳形式存在，表现在金相组织上，碳与铁元素形成渗碳体(Fe3C)，而渗碳体是钢铁中的三大基本组织之一。在本专利技术中渗碳体与铁素体形成最终组织珠光体，与奥氏体相比，珠光体具有更好的室温和高温稳定性。本专利技术中碳的另一种存在形式是石墨，石墨具有一定的润滑性，同时石墨脱落后形成的微坑可以储存润滑油，从而降低机油损耗。
[0011]硅作为孕育剂的主要成分，可以增加铁水凝固时的结晶支点，而这些支点是形成晶粒的主要基础，所以本专利技术中硅能提高熔化生铁的流动性，细化晶粒，提高强度和硬度，还能促进石墨的形成，能去氧，能减少铸件的气眼，降低铸件的收缩量。
[0012]锰本身是稳定碳化物、阻碍石墨化的元素，在本专利技术的灰铸铁中具有稳定和细化珠光体的作用。本专利技术通过控制锰含量为0.5～1％范围内，有利于提高强度和硬度，同时锰还可以与硫形成硫化锰，有利于切削加工。
[0013]铬可以提高材料的强度和硬度，同时还可以增加材料的耐蚀性。
[0014]镍可以增加材料的强度，同时可以增加材料的韧性，减少缸套裂纹和掉台现象的发生。另外，镍的加入还可以增强材料的耐蚀性。
[0015]铜可以降低奥氏体的临界转变温度，促进珠光体的转变，同时可以细化晶粒，从而提高材料的强度和硬度。
[0016]锑能细化珠光体片间距，使共晶团数量增加，使石墨尺寸变小，从而提高材料的强度、硬度和耐磨性，同时还可以显著提高材料的耐腐蚀性能。
[0017]本专利技术通过加入一定量的锡可以增加珠光体的数量，从而提高强度。锡与锑、铜等共同作用可以有效提高材料的耐蚀性能。
[0018]可选地，所述铸铁还包括硫0～0.09％和磷0～0.2％。硫在铸铁中可以与锰、铁等形成硫化锰和硫化铁等硫化物夹杂物，有利于后续的切削加工性能。磷在铸铁中主要以磷共晶形式存在，磷共晶具有一定的硬度，可以增加材料的耐磨性，同时也可以提高材料硬度。
[0019]另一方面，本专利技术还提供了一种气缸套，其材质为本专利技术所述的铸铁。
[0020]可选地，所述气缸套的布氏硬度≥275HB，抗拉强度≥345MPa，标准耐酸腐蚀深度
≤16μm，标准耐甲酸腐蚀深度≤28μm，抗穴蚀性能t
100
≥968min。
[0021]第三方面，本专利技术还提供了一种制备上述气缸套的工艺，包括如下步骤：
[0022]制备气缸套毛坯，对所述气缸套毛坯进行加工处理，得到气缸套半成品；
[0023]对所述气缸套半成品进行表面处理，所述表面处理包括氮化步骤，在所述氮化步骤中控制氰酸根离子的质量百分浓度为30～34％，氮化时间为90～180min。
[0024]可选地，所述氮化步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铸铁，其特征在于，以质量百分比计，所述铸铁包括以下组分：碳2.8～3.3％，硅1.9～2.6％，锰0.5～1.0％，铬0.1～0.3％，铜0.4～1.0％，镍0.3～0.7％，锑0.1～0.2％，锡0.03～0.06％，余量为铁。2.根据权利要求1所述的铸铁，其特征在于，所述铸铁还包括硫0～0.09％和磷0～0.2％。3.一种气缸套，其特征在于，所述气缸套的材质为权利要求1或2所述的铸铁。4.根据权利要求3所述的气缸套，其特征在于，所述气缸套的布氏硬度≥275HB，抗拉强度≥345MPa，标准耐酸腐蚀深度≤16μm，标准耐甲酸腐蚀深度≤28μm，抗穴蚀性能t
100
≥968min。5.一种制备权利要求3或4所述的气缸套的工艺，其特征在于，包括如下步骤：制备气缸套毛坯，对所述气缸套毛坯进行加工处理，得到气缸套半成品；对所述气缸套半成品进行表面处理，所述表面处理包括氮化步骤，在所述氮化步骤中控制氰酸根离子的质量体积百分浓度为30～34％，氮化时间为90～180min。6.根据权利要求5所述的制备气缸套的工艺，其特征在于，所述表面处理还包括氮化之后的氧化步骤，氧化时间为20～40min。7.根据权利要求5或6所述的制备气缸套的工艺，其特征在于，所述表面处理还包括氧化之后的清洗、烘干及抛光步骤，和/或氮化之前的清洗、预热步骤。8....

【专利技术属性】
技术研发人员：姜玉领，刘栋，邹悟会，崔玉琦，原红军，刘向勇，李蛟龙，曹红星，王小辉，
申请(专利权)人：中原内配集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：