[其他]活塞环材料

说明书

本发明属于一种内燃机用的合金铸铁活塞环材料，其成份有低含量的锰、铬、钼、铌、钙、氮等，特别是钙和氮可与亲和力强的元素在基体中形成多种氮化物，从而使综合性能，特别是耐磨耐热性能提高。解决了国外活塞环成本高、制造工艺复杂，国内活塞环综合性能不高，使用寿命短的问题。本发明成本仅为国外活塞环的三分之一。在汽车内燃机上的使用寿命可达到１２万公里以上。

本发明属于一种内燃机用的合金铸铁活塞环材料。

〈＆＆〉足够的抗弯强度和疲劳强度，合适的弹性模数，耐磨耐热性能佳，以及储油性和工艺性良好。能满足上述要求且又经济的材料仍然首推铸铁。

目前在国外，活塞环材料已形成低、中、高档次，且根据活塞环用途和尺寸的不同而选用各种不同成份、牌号的铸铁材料。例如，日本理研活塞环公司采用单体铸造工艺法生产的RIK-41，RIK-42两种活塞环材料均属于一种含铬、锰、硅、磷、碳等元素的铸铁，由于采用特殊精炼技术，使珠光体基体稳定化，物理和机械性能较好，弹性模数和硬度适当，但耐磨耐热性能一般，所以适用于农机、压缩机，其成份及物理和机械性能如表一所示。

但随着内燃机日趋强化，要求活塞环具有高强度、高耐磨性能和高耐热性能，为此，除选择适当的制造工艺外，对材料提出了更高的要求，例如，为了提高活塞环强度，一般采用多种合金，并增加合金的含量。像日本特公昭54-38577所介绍的内燃机活塞环材料，其耐磨耐热性能提高了，这是因为采用了多种合金，有锰、铬、镍、钼、铜、铌等，其中锰的含量为1.5%，铬为2.0%，镍和铜最高含量竟达到5%和15%，这无疑使制造成本大大提高，经济上是不合算的。而且任何一种材料很难于满足所有要求。有时活塞环必须镀上一层具有耐磨、抗摩擦、抗拉缸性能的镀层材料，如美国福特汽车公司（Ford Motor）所采用的DTD485A的材料是一种铬-钼合金铸铁，由于抗拉缸和耐磨性能较差，作为顶环材料，必须进行表面镀铬处理。

综上所述，在国外，活塞环材料正向着高强度、高耐磨和高耐热性能的方向发展，除了采用多种合金，增加合金含量外，还必须进行表面镀层处理，这不但增加了成本，使生产过程也大大复杂化了。

目前国内活塞环的主要材料是合金铸铁，相当于国外的中档材料，而国外那些低档材料，如灰铸铁，高档材料如球墨铸铁，可锻铸铁，碳化物半可锻铸铁，我国还是空白，且与国外相比，无论在使用寿命、材料、工艺等方面均有一定差距，如汽车内燃机活塞环平均寿命仅为6万公里左右，因此，更不能适应今后内燃机发展的需要。

本发明的目的是生产一种成本低，综合性能佳，耐磨耐热性能好，使用寿命长的内燃机用合金铸铁活塞环材料。

为达到上述目的，本发明所采用的合金成份和含量如下：

锰：0.45～0.90%，硅：1.8～3.0%，

磷：0.30～0.50%，铬：0.10～0.45%，

钼：0.20～0.45%，氮：0.007～0.035%，

铌：0.10～0.50%，钙：0.001～0.015%，

碳：2.5～4.0%，其余为铁以及铁中的杂质。

碳是导致石墨析出的元素，如果碳含量低于2.5%则出现大量碳化物，超过4%就会造成石墨粗大化，故本发明将其规定为2.5～4.0%。

硅是强烈促进石墨化元素，低于1.8%没有效果，超过3.0%将导致材料的脆化，故规定为1.8～3.0%。

锰是阻碍石墨化元素，锰与硫形成硫化锰，生铁中存在硫，为抵消硫单独存在的影响，锰含量最低也要在0.45%，但超过0.90%时，有促进白口化倾向，以致石墨化不足，所以规定为0.45～0.90%。

铬是复合碳化物的主要构成元素，碳化物除有助于提高耐磨性能外，还会使耐热和耐蚀性能提高，加入量低于0.1%时效果不大，但超过0.45%时又阻碍石墨的析出，故本发明规定铬的含量为0.1～0.45%。