[发明专利]一种合成铸铁气缸套及其制备方法

说明书

本发明属于气缸套领域，具体涉及一种合成铸铁气缸套及其制备方法。该合成铸铁气缸套的基体组织为珠光体组织，基体组织中分布有A型片状石墨和D型片状石墨；该合成铸铁气缸套由以下重量百分比的组分组成：C：2.7～2.95％，Si：2.0～2.3％，Mn：2.0～2.1％，Ni：0.3～0.4％，Nb：0.2～0.3％，Ba：0.02～0.06％，P：≤0.1％，S：≤0.1％，余量为Fe。该合成铸铁气缸套的室温抗拉强度高达540MPa，弹性模量可达到165GPa，远高于现有珠光体基灰铸铁气缸套的抗拉强度(仅300～400MPa左右)和弹性模量(仅140GPa左右)，适用于高爆压、高速重载服役环境下的发动机使用需求。

技术领域

本发明属于气缸套领域，具体涉及一种合成铸铁气缸套及其制备方法。

背景技术

气缸套在各类交通工具与工程机械中的应用十分广泛，作为发动机的重要零部件，直接影响发动机的性能和使用寿命。由于气缸套在工作环境中要承受交变机械载荷和热负荷双重作用，工作环境十分恶劣。因此，气缸套材料要有足够高的强度硬度和良好的耐磨性、耐高温及耐腐蚀等性能。目前气缸套的生产材料主要是灰铸铁，虽然具有较好的耐磨性和较高的硬度，但现有珠光体基灰铸铁气缸套的抗拉强度低(仅300～400MPa左右)，弹性模量仅能达到140GPa左右，已无法满足当前日益发展的高速重载发动机的使用要求。

相较于传统灰铸铁材料，合成铸铁气缸套具有超高的抗拉强度和弹性模量，且具有良好的塑韧性，大大提高了产品的安全性。同时，合成铸铁中采用大量废钢代替生铁，合理利用资源，降低成本，改善了机械性能，极大地提高了气缸套的抗拉强度和弹性模量，适用于高爆压高速重载发动机使用需求。

申请公布号为CN1493781A的中国发明专利申请公开了一种铸态贝氏体合金灰铸铁气缸套的制造方法，该灰铸铁材料中由以下质量百分比的元素组成：碳2.6～3.3％；硅1.7～2.5％；锰≤0.8％；镍0.8～1.5％；钼0.6～1.0％，余量为铁。其抗拉强度最小为379MPa，弹性模量在140GPa左右，相较于合成铸铁，添加了较多的贵重元素钼镍，其强度和弹性模量仍有待进一步提高。

申请公布号为CN111363971A的中国发明专利公开了一种低钼铌合金铸铁缸套及其制备方法和铁合金，该合金铸铁由以下质量百分比的元素组成：碳2.8～3.0％；硅1.6～2.3％；钼0.1～0.2％；铌0.1～0.18％；硫0.05～0.1％；磷≤0.1％；锰≤0.3％，余量为Fe。其抗拉强度大于370MPa，弹性模量大于135GPa，虽然提高了其耐腐蚀性能，但其抗拉强度和弹性模量仍不尽如人意。

申请公布号为CN110607478A的中国发明专利中公开了一种灰铸铁气缸套材料及其制备方法，该灰铸铁材料中由以下质量百分比的元素组成：碳3.25～3.5％；硫0.06～0.08％；硅2.0～2.5％；磷0.06～0.1％；锰0.3～0.5％；铬0.3～0.5％；铜0.6～0.8％；铌0.35～0.45％；锑0.02～0.04％，余量为铁。通过加入多种优化合金，使得其抗拉强度大于420MPa，弹性模量大于140GPa，该抗拉强度和弹性模量指标仍有进一步优化的空间。

发明内容

本发明的目的在于提供一种合成铸铁气缸套，进一步提高现有气缸套的抗拉强度和弹性模量。

本发明的第二个目的在于提供上述合成铸铁气缸套的制备方法。

为实现上述目的，本发明的合成铸铁气缸套的技术方案是：

一种合成铸铁气缸套，其基体组织为珠光体组织，基体组织中分布有A型片状石墨和D型片状石墨；该合成铸铁气缸套由以下重量百分比的组分组成：C：2.7～2.95％，Si：2.0～2.3％，Mn：2.0～2.1％，Ni：0.3～0.4％，Nb：0.2～0.3％，Ba：0.02～0.06％，P：≤0.1％，S：≤0.1％，余量为Fe。

碳元素是合成铸铁的基本元素，大部分以片状石墨形式存在，小部分以渗碳体的形式存在。