《一種磷鈮鑄鐵氣缸套及其製備方法》是河南省中原內配股份有限公司於2014年7月23日申請的發明專利，該專利申請號為201410351934，公布號為CN104131216A，專利公布日為2014年11月5日，發明人是徐超、張亮亮、薛振宇、姜玉領。
《一種磷鈮鑄鐵氣缸套及其製備方法》所述氣缸套材料的化學組成按如下重量百分比計：碳：2.8～3.1%、矽：1.8～2.2%、錳：2.0～2.3%、0＜硫≤0.12%、磷0.2～0.4%、鈮0.2～0.3%、鈰：0.01～0.02%，餘量為Fe。該發明氣缸套的石墨形狀主要為A型，少量D+E型，基體為珠光體，游離鐵素體小於3%。氣缸套的工作表面硬度為270－320HB，抗拉強度σb為350－400兆帕，適合在當代高速、高強化、高性能、低排放、長壽命的內燃機上使用，且材料生產成本較低。
2018年8月，《一種磷鈮鑄鐵氣缸套及其製備方法》獲得第一屆河南省專利獎二等獎。
（概述圖為《一種磷鈮鑄鐵氣缸套及其製備方法》的摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種磷鈮鑄鐵氣缸套及其製備方法
- 公布號：CN104131216A
- 公布日：2014年11月5日
- 申請號：201410351934
- 申請日：2014年7月23日
- 申請人：河南省中原內配股份有限公司
- 地址：河南省焦作市孟州市韓愈大道146號
- 發明人：徐超、張亮亮、薛振宇、姜玉領
- 代理機構：鄭州聯科專利事務所(普通合夥)
- 代理人：時立新%楊海霞
- Int.Cl.：C22C37/10（2006.01）I
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
2014年7月之前，氣缸套材料多為合金灰鑄鐵材質，如磷合金鑄鐵、硼合金鑄鐵、釩鈦合金鑄鐵、銅鉬鎳合金鑄鐵等材質，它們的基體組織都是以珠光體為主，材料抗拉強度一般為200－300兆帕，硬度為220－260HB；該類氣缸套不能滿足高速大功率、高爆壓、低排放、高性能長壽命內燃機的要求。
鑄態貝氏體灰鑄鐵材質氣缸套，加入鎳與鉬合金，其基體組織為鑄態貝氏體，經熱處理後抗拉強度大於370兆帕，硬度為270－310HB；但是該種氣缸套材料生產成本高。
發明內容
專利目的
該發明目的在於提供一種磷鈮鑄鐵氣缸套及其製備方法，該氣缸套具有較好的抗拉強度和硬度。
技術方案
一種磷鈮鑄鐵氣缸套，所述氣缸套材料的化學組成按如下重量百分比計：
碳（C）：2.8～3.1%、矽（Si）：1.8～2.2%、錳（Mn）：2.0～2.3%、0＜硫（S）≤0.12%、磷（P）0.2～0.4%、鈮（Nb）0.2～0.3%、鈰（Ce）：0.01～0.02%，餘量為Fe。
上述磷鈮鑄鐵氣缸套的製備方法，其包括如下步驟：
①按比例進行配料，用變頻感應電爐熔煉配料獲得鐵液，控制鐵液出爐溫度為1480～1520℃；
②出爐前加入鐵液重量0.55～0.65%的孕育劑處理，所述孕育劑為矽鋇鈣孕育劑、矽鍶孕育劑或矽鋇孕育劑（該類孕育劑屬於矽基高效長效複合類孕育劑）；
③採用金屬型濕塗料離心鑄造常規工藝生產氣缸套鑄件（如可採用常規的臥式離心鑄造機，模具採用金屬型模具，模具內腔噴塗常規濕塗料進行生產）。鑄件出模後，一般自然冷至室溫，然後放入鑄件框中即可。
該發明磷鈮合金的珠光體灰鑄鐵氣缸套的石墨形狀主要為A型，少量D+E型，基體為珠光體（見圖2），游離鐵素體小於3%（見圖1）。氣缸套的工作表面硬度為270－320HB，抗拉強度σb為350－400兆帕，適合在當代高速、高強化、高性能、低排放、長壽命的內燃機上使用，且材料生產成本較低。
該發明在碳、硫、矽、磷、錳普通元素化學成分的基礎上，適當增加磷元素，大幅增加錳元素含量，加入鈮合金元素，主要可以起到以下作用：
1、錳的作用：提高奧氏體的穩定性，降低奧氏體向珠光體的轉變溫度，對提高珠光體的彌散度有重要的作用，在連續冷卻條件下使獲得細珠光體、索氏體成為必然。高的錳元素使灰鑄鐵具有高的強度、良好地耐用性、收縮小、內應力小。
3、鈮的作用：對石墨化而言，鈮是中性元素，對氣缸套鑄件石墨形狀、分布的影響並不大。鈮元素是強碳、氮化物形成元素，它們與碳氮有很強的親和力，在該發明的氣缸套中可分別形成NbC、Nb（C、N）等高硬度的碳、氮化物，呈彌散分布，與珠光體基體組成高耐磨性的複合基體，其顯微硬度達Hv2200以上。鈮元素對基體的強化能起到良好的作用。
4、鈰的作用：調整鐵液濃度起伏，鈍化石墨，減少基體割裂。
改善效果
《一種磷鈮鑄鐵氣缸套及其製備方法》氣缸套加入鈮合金元素後，具有高強度、高耐磨性、高性價比等綜合性能；優於2014年7月之前普通合金珠光體基體的灰鑄鐵，耐磨性得到顯著提高；機械性能（包括抗拉強度、硬度）遠高於2014年7月之前普通珠光體基體的合金灰鑄鐵，與貝氏體基體氣缸套相當，但其生產成本降低，性價比高，是非常有市場優勢的產品。
附圖說明
圖1為《一種磷鈮鑄鐵氣缸套及其製備方法》所述氣缸套放大100倍的基體金相圖；
圖2為該發明所述氣缸套放大500倍的基體金相圖，圖中可看出基體組織的珠光體形態。
權利要求
1.一種磷鈮鑄鐵氣缸套，其特徵在於，所述氣缸套材料的化學組成按如下重量百分比計：
碳：2.8～3.1%、矽：1.8～2.2%、錳：2.0～2.3%、0＜硫≤0.12%、磷0.2～0.4%、鈮0.2～0.3%、鈰：0.01～0.02%，餘量為Fe。
2.權利要求1所述磷鈮鑄鐵氣缸套的製備方法，其特徵在於，包括如下步驟：
①按比例進行配料，用變頻感應電爐熔煉配料獲得鐵液，控制鐵液出爐溫度為1480～1520℃；
②出爐前加入鐵液重量0.55～0.65%的孕育劑處理，所述孕育劑為矽鋇鈣孕育劑、矽鍶孕育劑或矽鋇孕育劑；
③採用金屬型濕塗料離心鑄造常規工藝生產氣缸套鑄件。
實施方式
- 實施例1
一種磷鈮鑄鐵氣缸套，所述氣缸套材料的化學組成按如下重量百分比計：
元素 | C | Si | Mn | S | P | Nb | Ce | 鐵 |
重量百分比% | 2.95 | 2.02 | 2.09 | 0.035 | 0.241 | 0.27 | 0.018 | 餘量 |
上述磷鈮鑄鐵氣缸套的製備方法，其包括如下步驟：
①按比例進行配料，用變頻感應電爐熔煉配料獲得鐵液，控制鐵液出爐溫度為1503℃；
②出爐前加入鐵液重量0.6%的矽鋇鈣孕育劑處理；
③採用金屬型濕塗料離心鑄造常規工藝生產氣缸套鑄件。鑄件出模後，自然冷至室溫，然後放入鑄件框中即可。
生產所得氣缸套的抗拉強度為400兆帕，硬度為295HB。
- 實施例2
一種磷鈮鑄鐵氣缸套，所述氣缸套材料的化學組成按如下重量百分比計：
元素 | C | Si | Mn | S | P | Nb | Ce | 鐵 |
重量百分比% | 3.01 | 2.09 | 2.05 | 0.043 | 0.283 | 0.25 | 0.012 | 餘量 |
上述磷鈮鑄鐵氣缸套的製備方法，其包括如下步驟：
①按比例進行配料，用變頻感應電爐熔煉配料獲得鐵液，控制鐵液出爐溫度為1498℃；
②出爐前加入鐵液重量0.55%的矽鍶孕育劑處理；
③採用金屬型濕塗料離心鑄造常規工藝生產氣缸套鑄件。鑄件出模後，自然冷至室溫，然後放入鑄件框中即可。
生產所得氣缸套的抗拉強度為384兆帕，硬度為292HB。
榮譽表彰
2018年8月，《一種磷鈮鑄鐵氣缸套及其製備方法》獲得第一屆河南省專利獎二等獎。
