[发明专利]多元合金铸铁活塞环组合物及活塞环铸件的生产工艺

说明书

技术领域

本发明属于活塞环技术领域，特指一种多元合金铸铁活塞环组合物及活塞环铸件的生产工艺。

背景技术

目前，社会上仍在用多元合金铸铁材质的活塞环，如用合金铸铁、钨钒钛合金铸铁、铜铬钼合金铸铁、高合金铸铁等合金铸铁材质制造的活塞环，由于它们的基体组织都是以珠光体为主材料，材料抗弯强度都比较低，一般为350N/mm²～500N/mm²，硬度为95～108HRB，耐磨性较差，该类活塞环往往不能满足当代高速、高强化、高性能、低排放、长寿命内燃机的要求。

现有的铸态贝氏体灰铸铁活塞环，加入的主要合金元素是镍和钼(一般镍含量为1.1～1.4％，钼含量为0.8～1.3％)，该种活塞环的主体组织为铸态贝氏体，机械性能好，耐磨性能好，但是该种活塞环生产成本高。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有高强度，高耐磨性，高性价比等综合性能的多元合金铸铁活塞环组合物及活塞环铸件的生产工艺。

本发明的目的是这样实现的：

多元合金铸铁活塞环组合物，由下列重量百分比的物质制备而成：碳：3.1～3.6％，硅：2.1～2.6％，锰：0.5～1.1％，磷：0.3～0.6％，硫：0.1～0.3％，铜：0.5～1.1％，钼：0.3～0.6％，铬：0.05～0.25％，铌：0.10～0.15％，钒：0.05～0.15％，钛：0.04～0.13％，余量为Fe。

用多元合金铸铁活塞环组合物生产活塞环铸件的生产工艺，按如下步骤进行制备：

(1)各成份按如下的重量百分比进行配料：碳：3.1～3.6，硅：2.1～2.6，锰：0.5～1.1，磷：0.1～0.3，硫：0.1～0.3，铜：0.5～1.1，钼：0.3～0.6，铬：0.05～0.25，铌：0.10～0.15，钒：0.05～0.15钛：0.04～0.13，余量为Fe。

(2)用变频感应炉熔炼配料，控制铁水出炉温度为1450～1530℃；

(3)出炉前向变频感应炉内加入铁水质量的0.5～0.7％的孕育剂进行孕育处理；

(4)采用砂箱型常规工艺生产活塞环铸件。

上述的孕育剂是：硅钡钙孕育剂或硅锶孕育剂或硅钡孕育剂。

用上述组合物及工艺制作的多元合金化铸铁活塞环的石墨形状为A型，复合基体主要为羽毛状，针状的铸钛贝氏体和弥散分布的铌、钒、钛元素、氮化物组成，活塞环的工作表面硬度为100～115HRB，抗弯强度为500N/mm²～700N/mm²，更适合当代高速、高强化、高性能、低排放、长寿命的内燃机上使用。

本发明在碳、硅、锰、磷、硫普通元素化学成份的基础上，加入钼、铬、铌、钒、钛5种优化组合的合金元素，主要可以起到以下作用：

1、钼、铬的作用：钼铬都是反石墨化元素，含量高时有白口倾向，都固溶于奥氏体中，在900～500℃高温区，采用急冷方式连续冷却时，过冷奥氏体不会发生扩散分解，避免珠光体形成，分布较差，硬度较高，机加工性能差，且材料成本高。因此，同时加入铜、钼、铬三元素后，在上述同样的工艺条件下，可稳定获得铸态贝氏体，不但石墨形状，分布及机加工性能得到明显改善，而且钼元素的用量可减少50％左右，材料成本明显降低。

2、铌、钒、钛的作用：对石墨化而言，铌是中性元素，钒是反石墨化元素，钛含量小于0.1％可促进石墨化。由于铌、钒、钛元素的含量都低，因此，对活塞环铸件石墨形状、分布的影响并不大，铌、钒、钛元素都是强碳、氮化物形成元素，它们与碳氮有很强的影响及亲和力，在本发明的活塞环中可以形成NbC、Nb(C、N)、VC、V(C、N)、TiC、Ti(C、N)等高硬度的碳、氮化物，呈弥散分布，与铸态贝氏体组成高耐磨性的复合基体，其颗粒大小一般为2-7μm，其数量每平方毫米面积上大于50个，其显微硬度达HV1500-2830，铌、钡、钛元素对促进形成铸态贝氏体，也能起到良好的作用。

本发明相比现有技术突出且有益的技术效果是：

本发明的活塞环加入优化合金元素后，得到的复合基体，优于现有的活塞环的铸态珠光体，耐磨性得到提高，机械性能(包括抗拉强度、硬度)与现有活塞环相当，但生产成本降低，性价比高，是非常具有市场优势的产品，适用于制造当代高速、高强化、高性能、低排放、长寿命的内燃机用活塞环。

具体实施方式