[发明专利]具有抗热疲劳高性能的高硅耐热蠕墨铸铁及其制备方法

说明书

本发明提供了一种具有抗热疲劳高性能的高硅耐热蠕墨铸铁及其制备方法，属于合金制备技术领域。蠕墨铸铁质量百分比包括以下元素：C 2.50〜3.50%，Si4.50〜5.50%，Mn≤0.30%，P≤0.050%，S≤0.020%，Mo 0.60〜0.90%，Ni0.50〜0.9%，Cr0.40〜0.80%，V0.30〜0.60%，Nb0.20〜0.40%，Cu≤0.20%，Ti 0.10〜0.20%，Mg 0.010〜0.020%，RE≤0.05%，Al≤0.05%，余量为铁。本发明的具有抗热疲劳高性能的高硅耐热蠕墨铸铁通过多种合金元素最优化复合搭配使用，使该蠕墨铸铁具有优良的抗热疲劳性能、高温强度及在高温中具有良好的尺寸稳定性和良好的导热能力，可以用作CNG车用发动机涡轮增压器涡轮壳及排气管。同时，该蠕墨铸铁的制备方法得到了满足应用于CNG车用发动机要求的蠕墨铸铁。

技术领域

本发明属于合金制备技术领域，具体涉及一种具有抗热疲劳高性能的高硅耐热蠕墨铸铁及其制备方法。

背景技术

能源危机和环境污染已成为我们面临的迫铁需要解决的问题之一。在城市大气污染方面，柴油机和汽油机内燃机是大气污染的主要来源。因此，近年来天然气作为一种新型能源在国内外都受到广泛的关注，天然气资源的开发和车用技术研究作为新的前沿正在迅速发展，天然气专用发动机通过良好的控制可以比同等的汽油机和柴油机具有更低的排放，有利于解决曰益严重的大气污染问题；同时与传统发动机燃料柴油和汽油相比，天然气作为气体燃料，与空气的混合气混合更为均匀，燃烧比较完全，从而对净化环境和缓解能源危机颇为有益。

提高发动机效率和降低废气排放污染是汽车发动机技术发展的主要方向，涡轮增压器技术的使用是提高发动机效率，降低燃油消耗，降低燃油消耗的有效手段。涡轮增压器的工作温度较高，柴油机用涡轮增压器的工作温度一般在650℃左右，汽油发动机用涡轮增压器工作温度要高达800至900℃，特种车辆发动机用涡轮增压器工作温度要高达900至1050℃。应用于CNG车用发动机（部分特性接近汽油机）：发动机排气温度上限850℃（高原），怠速温度100多度（冬天刚启动），正常道路行驶温度在400-700℃（换挡，怠速）； 发动机排气主要成分：N2、CO2、O2、NOX、CH（CH4)、CO、H2O、C颗粒 。随着涡轮增压器工作温度要求的提高及各种工况使用条件的特殊性，制造涡轮增压器的材质也在不断的更新换代。

目前市场上的汽油发动机涡轮增压器涡轮壳及排气管材质主要以硅钼球铁、高镍球铁及耐热钢为主，其耐热温度：硅钼球铁在700℃〜850℃，高镍球铁在850℃〜950℃，耐热钢在950℃〜1110℃。用作天然气城市公交车CNG发动机因城市公交行驶路况的特殊性，虽然其涡轮增压器工况条件的使用温度不超过850℃，但车辆大部分在低速运行且频繁停车，发动机大部分时间处于怠速状态，其搭载的涡轮增压器涡轮壳及排气管不仅需要能够耐受足够的高温强度，还要在不间断的频繁停车服役的冷热交变的载荷下具有优良的抗热疲劳性能、高温强度及在高温中具有良好的尺寸稳定性和良好的导热能力。使用现有的硅钼球铁、钼镍蠕铁、高镍球铁甚至耐热钢制作的此类涡轮增压器涡轮壳及排气管材料，经过多次发动机试验台耐久试验及在城市公交车上装车试验，其涡轮壳及排气管均产生不同程度的热疲劳开裂，影响发动机的性能甚至产生功能性失效。因此需要不断改进涡轮壳及排气管用耐热材料，开发一种满足这种工况条件需要的新材料。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术问题的不足，提供一种具有抗热疲劳高性能的高硅耐热蠕墨铸铁及其制备方法。本发明提供的蠕墨铸铁具有优良的抗热疲劳性能、高温强度及在高温中具有良好的尺寸稳定性和良好的导热能力，能够作为CNG车用发动机涡轮增压器涡轮壳及排气管。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：