[发明专利]一种球/蠕复合铸铁材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料领域，涉及一种球/蠕复合铸铁材料的制备方法。

背景技术

随着柴油机性能的不断提升，柴油机燃烧室关键部件如缸盖所承受的热负荷和机械负荷越来越高，对柴油机气缸盖材料及制造技术也提出更高的要求。先进高速增压柴油机的的缸盖大多采用铸铁合金铸造。柴油机工作时，缸盖的火力面温度高，氧化剥落严重，要求材料具有很好的强韧性、抗疲劳和抗氧化剥落性能；其它部位要求高导热以缓解柴油机的温度过高，并且兼顾足够的强韧性和抗疲劳。

然而，传统缸盖用铸铁材料的导热性能与抗氧化剥落性能相互矛盾，此消彼长现象严重。球墨铸铁的强韧性、抗疲劳和抗氧化剥落性优良，但导热性能差；而蠕墨铸铁的导热性能、强韧性、抗疲劳性适中，但抗氧化剥落性差，很难同时兼顾这些性能。国内外高功率柴油机铸铁气缸盖经常发生由于火力面铸铁材料氧化剥落和热应力开裂而损坏柴油机的严重问题。

如何使高功率密度柴油机气缸盖同时具有优良的强韧性、抗疲劳性、导热性能和抗氧化剥落性能，制备球/蠕复合铸铁材料气缸盖是一种有效且可行的方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种球/蠕复合铸铁材料的制备方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供一种球/蠕复合铸铁材料的制备方法，该方法为：在铸件局部表面型砂下埋入冷却能力不同的冷铁，在冷铁上覆盖1-8mm铸型砂，浇入蠕墨铸铁熔体，使铸件局部表面冷却速度为3-20℃/s，凝固冷却后制备球墨组织厚度不同的球/蠕复合铸铁材料。

上述方案中，铸件局部表面为1～45mm的球墨铸铁，其它部位为蠕墨铸铁的球/蠕复合铸铁材料。

上述方案中，所述冷铁为水冷铜模、铜合金或者钢铁。

上述方案中，所述蠕墨铸铁熔体的成分和制备方法为国标中的普通蠕墨铸铁及其熔炼方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明制备球/蠕复合铸铁材料可以同时提高铸铁表面局部的强韧性、抗疲劳性和抗氧化剥落性能，同时还能使铸件本体保持足够的导热性能；在柴油机气缸盖和机体上具有广泛的应用前景；应用本发明的方法制备的球/蠕复合铸铁气缸盖兼顾高强韧、高导热和高抗氧化性能，可以大大提高气缸盖的服役温度和服役寿命，彻底解决目前高功率密度柴油机气缸盖由于氧化剥落和热应力开裂而损坏柴油机问题，并且，与传统通过表面处理方法（表面喷涂，激光重熔或者表面感应淬火）相比，成本降低50%、能源消耗大幅度降少。

附图说明

图1为实施例3的球/蠕复合铸铁材料的显微组织；

图2为实施例4的球/蠕复合铸铁材料的显微组织。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

理论上，增大气缸盖火力面表层的冷却速度，在一定范围内可以使蠕墨铸铁熔体凝固为球墨铸铁。

本发明基于这一理论，在气缸盖火力面表层砂型中增加冷铁，通过调整冷铁表面的砂层厚度来控制火力面表面的冷却速度，从而在火力面局部制备一定厚度的球墨铸铁，在其它部位制备蠕墨铸铁。

本发明是一种通改变过铸件表层的冷却速度制备铸件表面为球墨铸铁，而铸件本体为蠕墨铸铁的制备方法。

本发明实施例提供一种球/蠕复合铸铁材料的制备方法，该方法为：在铸件局部表面型砂下埋入冷却能力不同的冷铁，在冷铁上覆盖1-8mm铸型砂，浇入蠕墨铸铁熔体，使铸件局部表面冷却速度为3-20℃/s，凝固冷却后制备球墨组织厚度不同的球/蠕复合铸铁材料。

所述铸件局部表面为1～45mm的球墨铸铁，其它部位为蠕墨铸铁的球/蠕复合铸铁材料。

所述冷铁为水冷铜模、铜合金或者钢铁。

所述蠕墨铸铁熔体的成分和制备方法为国标中的普通蠕墨铸铁及其熔炼方法。

实施例1：

本发明实施例提供一种球/蠕复合铸铁材料的制备方法，首先，采用国标蠕墨铸铁（RuT300）的成分和熔炼方法配置蠕墨铸铁熔体。接着，在铸件局部表面砂型下埋入水冷铜模，在冷铁上覆盖5mm铸型砂，浇入蠕墨铸铁熔体，使铸件局部表面冷却速度为3.5℃/s，凝固冷却后制备铸件局部表面为2.5mm的球墨铸铁，其它部位为蠕墨铸铁的球/蠕复合铸铁材料。在相同使用环境下，球/蠕复合铸铁材料的表面抗氧化能力比普通灰铸铁材料提高了51%，比蠕墨铸铁材料提高了30%，表面疲劳强度提高30~50%。

实施例2：