[發(fā)明專利]一種高強(qiáng)韌合成鑄鐵缸套材料及其制造工藝

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410192321.6
• 申請日: 2014-05-08
• 公開（公告）號(hào): CN103993219A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林龍生;程超增
• 申請（專利權(quán)）人: 福建龍生機(jī)械有限公司
• 主分類號(hào): C22C37/10
• 分類號(hào): C22C37/10;C22C33/08;B22D1/00
• 代理公司: 福州元?jiǎng)?chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學(xué)俊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于缸套材料的制備領(lǐng)域，具體涉及一種高強(qiáng)韌合成鑄鐵缸套材料及其制造工藝。

背景技術(shù)

高強(qiáng)韌合成鑄鐵具有晶粒細(xì)小，伸長率高，良好的耐磨、耐熱的諸多優(yōu)點(diǎn)，是一種能替代合金鑄鐵來制造汽車空壓機(jī)、工程機(jī)械缸套、缸體、鐵基活塞環(huán)等的理想材料，廣泛應(yīng)用于汽車、機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)。但因高強(qiáng)韌合成鑄鐵在熔爐鑄造過程中加了廢鋼，容易產(chǎn)生白口，鑄造工藝復(fù)雜、性能不穩(wěn)定，限制了其在機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。因此，必須控制高強(qiáng)韌合成鑄鐵金相機(jī)組織中的的石墨形態(tài)，嚴(yán)格選擇廢鋼的化學(xué)成份，并通過特殊的增碳-降碳鑄造工藝，減少其對基體性能的削弱作用。

由于高強(qiáng)韌合成鑄鐵具備的優(yōu)越性能，國內(nèi)對高強(qiáng)韌合成鑄鐵的研究開發(fā)由來已久，且持續(xù)進(jìn)行中，見發(fā)明專利公開號(hào)103103433A嚴(yán)方賈的一種氣缸套新材質(zhì)及鑄造工藝。按照原材料的配比：?生鐵：回爐鐵：廢鋼=5：2：3。并加入Cr0.3-0.4%，Cu0.5-0.8%，B0.04-0.08%，在熔煉中進(jìn)行三次硅鍶孕育，達(dá)到硼鑄鐵缸套標(biāo)準(zhǔn)，在使用中有加入大量的生鐵和比較復(fù)雜的孕育工藝。另一個(gè)發(fā)明申請公開號(hào)103060670A，王明泉、嚴(yán)方申請的高強(qiáng)度耐磨氣缸套。按照回爐料：廢鋼1：1。配料加入Cu0.7-1.0%，Ni0.3-0.8%，Mo0.4-1.0%合金，氣缸套硬度提高30HB，抗拉強(qiáng)度比一般合金鑄鐵氣缸套提高20MPa。該項(xiàng)目需加入大量的銅、鎳、鉬貴重合金材料，鑄造成本高，硬度高，抗拉強(qiáng)度僅提高20?MPa。2010年西安大學(xué)林浩的《高強(qiáng)度合成灰鑄鐵組織性能及斷裂特征》，提出不同廢鋼加入量對拉伸性能及斷裂機(jī)理的影響，最高抗拉強(qiáng)度達(dá)HT300材料，未提出具體的產(chǎn)品應(yīng)用及鑄造工藝方法。

以上文獻(xiàn)專利報(bào)道的高強(qiáng)度鑄鐵缸套的方法，可歸納為主要原材料廢鋼≤70%和加入生鐵、回爐料以及加入銅、鉻、鉬、鎳合金，及復(fù)雜的孕育工藝，來獲取抗拉強(qiáng)度250?MPa-320?MPa，硬度≥250HBS的理化性能，未提及如何縮小硬度差，提高彈性模量的工藝參數(shù)及性能指標(biāo)。

針對鐵水孕育工藝，采取孕育劑主要有：硅鐵孕育劑、石墨孕育劑、硅鋇孕育劑、硅鍶孕育劑，其處理方法有一次孕育、瞬時(shí)孕育、大塊孕育、浮硅孕育等技術(shù)。其中研究較多的為硅鋇孕育及二次孕育處理方法。對合成鑄鐵的主要原材料廢鋼分類幾乎沒有研究，孕育處理工藝也較為復(fù)雜，往往達(dá)不到預(yù)期目的。而其它工藝要么就是效果不顯著，要么就是技術(shù)條件復(fù)雜，成本過高，不適合進(jìn)行大規(guī)模化的工業(yè)生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)制造高強(qiáng)度的缸套抗拉強(qiáng)度低于300MPa、韌性差，硬度高，不適合大規(guī)模化的工業(yè)生產(chǎn)，提供一種高強(qiáng)韌合成鑄鐵缸套材料及其制造工藝。本發(fā)明提供的制造工藝比高強(qiáng)度合金鑄鐵鑄造成本低15-20%，制得的高強(qiáng)韌合成鑄鐵缸套的抗拉強(qiáng)度高于合金鑄鐵缸套，可達(dá)420MPa，硬度可控制在190-240HB，加工性能良好，硬度均勻，硬度差比合金鑄鐵缸套縮小20HB，可縮小為△HB≤10，彈性模量E≥140Gpa。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種高強(qiáng)韌合成鑄鐵缸套材料的制造工藝，以低碳素廢鋼為原材料，加入增碳劑進(jìn)行增碳，并加入增硅材料、鐵合金，熔化成高碳高硅鐵水；在鐵水的表面加入高硅硅鋼片進(jìn)行降碳增硅孕育處理；然后在鐵水澆包內(nèi)再加入瞬時(shí)孕育劑，進(jìn)行第二次瞬時(shí)復(fù)合孕育處理后，進(jìn)行澆注毛坯，制得高強(qiáng)韌合成鑄鐵缸套材料。

所述的廢鋼為低碳素鋼，其化學(xué)成分為：C＜0.25wt%，Si為0.2-0.4?wt%，Mn為0.4-0.8?wt%，P＜0.1?wt%，S＜0.1?wt%，Cr＜0.4?wt%，Ni＜0.4?wt%。

所述的增碳劑為低硫低氮增碳劑，其化學(xué)成分為：C＞98.5%，硫＜0.05%，灰份＜0.5%，揮發(fā)份＜0.5%，其用量為廢鋼質(zhì)量的2.5-5%。

所述的增硅材料為碳化硅，其用量為廢鋼質(zhì)量的3-5%；所述的鐵合金為紫銅、鉻鐵、錳鐵、磷鐵中的一種或多種，其用量為廢鋼質(zhì)量的3-6%；其中，紫銅為99%紫銅、鉻鐵為65Cr、錳鐵為65Mn、磷鐵為Fe24。

所述的熔化其溫度為1450-1500℃。

所述的高硅硅鋼片其化學(xué)成分為：C＜0.25?wt%，?Si為1.7-2.8?wt%，?Mn?為0.29-0.50?wt%，S?＜0.10?wt%，P＜0.10?wt%；高硅硅鋼片的用量為鐵水的1-6%。

增硅降碳孕育處理后，澆注毛坯時(shí)澆注溫度為1520-1550℃。