一种排气歧管、高镍球墨铸铁及其模铸方法技术

本发明专利技术公开了一种排气歧管、高镍球墨铸铁及其模铸方法，属于高镍球墨铸铁制备技术领域。本发明专利技术的一种高镍球墨铸铁，其室温组织由奥氏体、石墨粒子和晶界碳化物构成，所述晶界碳化物主要呈短带状，碳化物面积百分比在2.2％～2.8％之间，平均尺寸在70～78μm之间；其制备过程为：配料、中频感应炉熔炼、模铸和永磁搅拌。本发明专利技术通过特制合金烧结球和永磁搅拌的协同作用，一方面有效促进了高镍球墨铸铁凝固过程石墨粒子的形核和球化，另一方面显著抑制了其晶界碳化物的析出和粗化，极大程度提高了其耐热疲劳性能。了其耐热疲劳性能。了其耐热疲劳性能。

【技术实现步骤摘要】
一种排气歧管、高镍球墨铸铁及其模铸方法


[0001]本专利技术属于高镍球墨铸铁制备
，更具体地说，涉及一种排气歧管、排气歧管用高镍球墨铸铁及其模铸方法。

技术介绍

[0002]大型柴油车排气系统一般由排气歧管、排气管、催化转换器、消声器和排气尾管等部件组成。排气歧管通过法兰与发动机连接，是排气系统中工作温度最高的部件。鉴于其结构，常常采用高镍球墨铸铁铸造成型来制造，该材质排气歧管由于长期在高、低温反复热循环条件下工作，其材料内部产生了反复变化的热应力和热应变，容易热疲劳开裂，从而直接影响大型柴油车的正常运行。因此，亟需改善高镍球墨铸铁排气歧管的热疲劳性能，以此降低柴油车正常行驶过程的故障发生率。
[0003]排气歧管用高镍球墨铸铁的室温组织主要由奥氏体、石墨粒子和晶界碳化物构成，其中石墨粒子主要以球状和团状形态存在且在晶界析出数量明显多于晶内，晶间碳化物主要以条状、块状或枝晶状形态分布于奥氏体晶界上。在高、低温反复热循环过程，高镍球墨铸铁无相变发生，主要发生石墨粒子、碳化物的固溶和再析出。研究表明，当少量碳化物存在于高镍球墨铸铁中时，可起到抑制晶界开裂和填充晶界作用；当碳化物超过一定量且尺寸较大时，由于其本身质硬而脆且和基体结构及热膨胀系数差异明显，在冷、热反复循环过程容易产生应力集中而显著恶化材料的热疲劳性能，从而造成歧管过早开裂。目前，通过模铸生产的排气歧管用高镍球墨铸铁中晶界碳化物普遍较为粗大，如何有效抑制其模铸过程中碳化物的析出已成为排气歧管用高镍球墨铸铁生产企业亟需解决的技术难题。
[0004]经检索，公布号为CN110157988A、CN112795725A、CN112359187A和CN110106326A的中国专利技术专利分别通过高纯稀土合金化、熔体处理剂、循环等温退火及脉冲电流等手段，有效细化了冷轧辊用钢合金、高碳马氏体不锈钢、柔轮和轴承基体等材料中的碳化物尺寸，减少了网状碳化物的形成，但上述方法存在生产成本高、能耗增加或细化碳化物效果不稳定等明显缺陷，且不一定适用于高镍球墨铸铁的生产。

技术实现思路

[0005]1.要解决的问题
[0006]本专利技术的目的在于提供一种高镍球墨铸铁及其模铸方法，采用本专利技术的模铸方法可明显抑制高镍球墨铸铁中晶界碳化物的析出并细化其尺寸，从而克服现有高镍球墨铸的耐热疲劳性能较差的不足。
[0007]本专利技术的另一个目的在于提供一种排气歧管，以提高柴油车排气歧管特别是其进气口处的耐热疲劳性能。
[0008]2.技术方案
[0009]为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0010]本专利技术的一种高镍球墨铸铁，其室温组织由奥氏体、石墨粒子和晶界碳化物构成，
所述晶界碳化物主要呈短带状，碳化物面积百分比在2.2％～2.8％之间，平均尺寸在70～78μm之间。相对于现有高镍球墨铸铁，本专利技术的高镍球墨铸铁中晶界碳化物的数量明显减少，晶粒尺寸也得到细化，因此其耐热疲劳性能得到有效改善。
[0011]进一步优化的，所述晶界碳化物的面积百分比在2.37％～2.65％之间，平均尺寸在71～78μm之间。
[0012]更进一步的，所述高镍球墨铸铁的化学成分按质量百分比计为：C：2.50％～2.80％，Si：2.60％～2.80％，Mn：0.75％～0.80％，P：0.025％～0.040％，S：0.025％～0.040％，Ni：18％～20％，Cr：1.5％～2.0％，其余为不可避免的微量杂质。
[0013]本专利技术的高镍球墨铸铁的模铸方法，包括熔炼和模铸工序，熔炼后先将铁水倒入预先放入特制合金烧结球的浇铸包内，然后将浇铸包内铁水浇入形状铸模中，模铸过程中进行永磁搅拌，随后脱模、去除毛刺，即得所述高镍球墨铸铁。
[0014]大型柴油车排气歧管用高镍球墨铸铁的耐热疲劳性能好坏与其基体中的碳化物形态密切相关。本专利技术通过特制合金烧结球和永磁搅拌的协同作用，一方面有效促进了高镍球墨铸铁凝固过程石墨粒子的形核和球化，另一方面显著抑制了其晶界碳化物的析出和粗化，极大程度提高了其耐热疲劳性能。具体的，通过特制合金烧结球的作用可明显抑制柴油车排气歧管用高镍球墨铸铁晶界碳化物的析出并细化其尺寸，同时提高了高镍球墨铸铁凝固过程晶界面积及基体中碳原子向石墨的转化率和石墨球化效果，促使晶界碳化物析出量减少；而通过永磁搅拌的作用可以有效阻碍碳化物析出温度区间碳原子在基体内的定向扩散，进一步有效抑制碳化物的生成。
[0015]更进一步的，所述特制合金烧结球中各组分的重量百分比为：Re 3～5％、Mg 8～10％、Si 42～45％，Ba 5～7％，其余为铁和不可避免的杂质；所述特制合金烧结球的加入量为冶炼铁水总重量的1.0％～2.4％，粒度为5～40mm；所述特制合金烧结球的加入量进一步优选为冶炼铁水总重量的1.5％～1.8％，粒度进一步优选为5～15mm。
[0016]更进一步的，模铸过程中待温度降至1050℃～1150℃时，启动永磁搅拌并将其搅拌转数调至80～200r/min，待温度降至600℃以下时，停止进行永磁搅拌。通过对永磁搅拌的施加工艺进行优化控制，有利于进一步保证对碳化物析出的抑制效果。
[0017]进一步优选的，模铸过程中待温度降至1100℃～1150℃时启动永磁搅拌，搅拌转数为120～150r/min，此时可以保证铸件进气口中心位置的磁感应强度在1600～2000Gs之间，因而显著提高柴油车排气歧管特别是其进气口处的耐热疲劳性能。
[0018]更进一步的，采用永磁搅拌器进行永磁搅拌，该永磁搅拌器优选为采用15000Gs的NdFeB超强磁铁材料，其内部采用循环冷却水冷却，以避免永磁体消磁，其安装位置位于铸件进气口两侧的石英砂中。所述熔炼工序在中频感应炉中进行，冶炼温度为1450～1500℃；浇筑前预先向形状铸模预先埋入钨铼测温丝，钨铼测温丝的另一端与温控仪相连，通过温控仪对铸模内的铸件温度进行实时监测。
[0019]本专利技术的一种排气歧管，该排气歧管采用上述高镍球墨铸铁制作而成。
[0020]3.有益效果
[0021]相比于现有技术，本专利技术的有益效果为：
[0022](1)本专利技术的一种高镍球墨铸铁，其晶界碳化物主要呈短带状，且碳化物的面积百分比相对于现有技术明显降低，碳化物晶粒也得到了有效细化，因此其表现出优异的耐热
疲劳性能，能够有效应用于柴油车排气歧管。
[0023](2)本专利技术的一种高镍球墨铸铁的模铸方法，通过在浇注前向铁水中加入特制合金烧结球进行铁水净化、组织细化和石墨孕育、球化处理，明显降低了其晶界碳化物的析出量和尺寸，促进了高镍球墨铸铁凝固过程石墨粒子的形核和球化；而在模铸过程中通过进行永磁搅拌，有利于进一步抑制碳化物的析出，因而能够有效提高所得高镍球墨铸铁的耐热疲劳性能。
[0024](3)本专利技术的一种高镍球墨铸铁的模铸方法，通过对永磁搅拌的具体工艺，包括磁场施加温度区间、磁场转数等进行优化控制，从而有利于进一步保证磁场的施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高镍球墨铸铁，其室温组织由奥氏体、石墨粒子和晶界碳化物构成，其特征在于：所述晶界碳化物主要呈短带状，碳化物面积百分比在2.2％～2.8％之间，平均尺寸在70～78μm之间。2.根据权利要求1所述的一种高镍球墨铸铁，其特征在于：所述晶界碳化物的面积百分比在2.37％～2.65％之间，平均尺寸在71～78μm之间。3.根据权利要求1或2所述的一种高镍球墨铸铁，其特征在于，其化学成分按质量百分比计为：C：2.50％～2.80％，Si：2.60％～2.80％，Mn：0.75％～0.80％，P：0.025％～0.040％，S：0.025％～0.040％，Ni：18％～20％，Cr：1.5％～2.0％，其余为不可避免的微量杂质。4.一种如权利要求1
‑
3中任一项所述的高镍球墨铸铁的模铸方法，包括熔炼和模铸工序，其特征在于，熔炼后先将铁水倒入预先放入特制合金烧结球的浇铸包内，然后将浇铸包内铁水浇入形状铸模中，模铸过程中进行永磁搅拌，随后脱模、去除毛刺，即得所述高镍球墨铸铁。5.根据权利要求4所述的高镍球墨铸铁的模铸方法，其特征在于：所述特制合金烧结球中各组分的重量百分比为：Re 3～5％、Mg 8～10％、Si 42～45％，Ba 5～7％，其余为铁和...

【专利技术属性】
技术研发人员：万勇，温永红，刘明启，田莉杰，汤传圣，张雪鉴，李杰，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：