多元合金化鑄態貝氏體灰鑄鐵氣缸套

《多元合金化鑄態貝氏體灰鑄鐵氣缸套》是河南省中原內配股份有限公司於2007年9月10日申請的專利，該專利的申請號為2007100551150，公布號為CN101117923，授權公布日為2008年2月6日，發明人是秦小才、繆青、殷建祥、劉治軍、王小軍。

《多元合金化鑄態貝氏體灰鑄鐵氣缸套》涉及一種多元合金化鑄態貝氏體灰鑄鐵氣缸套。所述的多元合金化鑄態貝氏體灰鑄鐵的化學組成按重量百分比計如下：碳：3.0～3.4％；矽：2.2～2.6％；錳：0.6～1.0％；0＜磷≤0.1％；0＜硫≤0.1％；銅：0.6～1.0％；鉬：0.2～0.5％；鉻：0.1～0.3％；鈮：0.05～0.12％；釩：0.05～0.2％；鈦：0.07～0.15％；餘量為Fe。該發明的氣缸套加入最佳化合金元素後，得到的複合基體，優於2007年9月之前氣缸套的鑄態貝氏體基體，耐磨性得到提高；機械性能(包括抗拉強度、硬度)與2007年9月之前氣缸套相當，但生產成本降低，性價比高。

2016年12月7日，《多元合金化鑄態貝氏體灰鑄鐵氣缸套》獲得第十八屆中國專利優秀獎。

基本介紹

• 中文名：多元合金化鑄態貝氏體灰鑄鐵氣缸套
• 公布號：CN101117923
• 授權日：2008年2月6日
• 申請號：2007100551150
• 申請日：2007年9月10日
• 申請人：河南省中原內配股份有限公司
• 地址：河南省孟州市韓愈街146號
• 發明人：秦小才、繆青、殷建祥、劉治軍、王小軍
• Int.Cl.：F02F1/00(2006.01)、C22C37/00(2006.01)
• 代理機構：鄭州聯科專利事務所
• 代理人：陳浩
• 類別：發明專利

專利背景

截至2007年9月，社會上仍在使用多種合金灰鑄鐵材質的氣缸套，如中磷合金鑄鐵、硼鑄鐵、鈮鑄鐵、釩鈦鑄鐵、銅鉻鉬合金鑄鐵、銅鉬鎳合金鑄鐵等材質氣缸套，由於它們的基體組織都是以珠光體為主，材料抗拉強度都較低，一般ob為200～300兆帕，硬度為210～260HB，耐磨性較差，該類氣缸套往往不能滿足當代高速、高強化、高性能、低排放、長壽命內燃機的要求。

2007年9月之前的鑄態貝氏體灰鑄鐵氣缸套，加入的主要合金元素是鎳與鉬（一般鎳含量為1.0-1.5％，鉬含量為0.7-1.2％），該種氣缸套的基體組織為鑄態貝氏體，機械性能好，耐磨性較好，但是該種氣缸套生產成本高。

發明內容

專利目的

《多元合金化鑄態貝氏體灰鑄鐵氣缸套》的目的在於提供一種多元合金化鑄態貝氏體灰鑄鐵氣缸套，具有高強度、高耐磨性、高性價比等綜合性能。

技術方案

一種多元合金化鑄態貝氏體灰鑄鐵氣缸套，所述的鑄態貝氏體灰鑄鐵的化學組成按重量百分比計如下：

碳3.0～3.4，矽2.2～2.6，錳0.6～1.0,0＜磷≤0.1,0＜硫≤0.1，銅0.6～1.0，鉬0.2～0.5，鉻0.1～0.3，鈮0.05～0.12，釩0.05～0.2，鈦0.07～0.15，餘量為Fe。

所述多元合金化鑄態貝氏體灰鑄鐵氣缸套的石墨形狀主要為A型，複合基體主要由羽毛狀、針狀的鑄態貝氏體和彌散分布的鈮、釩、鈦元素的碳、氮化物硬質相組成。氣缸套的工作表面硬度為270～320HB，抗拉強度ob為350～450兆帕，更適合在當代高速、高強化、高性能、低排放、長壽命的內燃機上使用。

所述多元合金化鑄態貝氏體灰鑄鐵氣缸套可按照如下步驟進行製備：

a．各成分按照如下的重量百分比進行配料：碳3.0～3.4，矽2.2～2.6，錳0.6～1.0,0＜磷≤0.1,0＜硫≤0.1，銅0.6～1.0，鉬0.2～0.5，鉻0.1～0.3，鈮0.05～0.12，釩0.05～0.2，鈦0.07～0.15，餘量為Fe；

b．用變頻感應電爐熔煉配料，控制鐵液出爐溫度為1500～1550℃；

c．出爐前加入鐵液質量的0.5～0.7％的孕育劑處理，具體可採用矽鋇鈣孕育劑、矽鍶孕育劑或矽鋇孕育劑；

d．採用金屬型濕塗料離心鑄造常規工藝生產氣缸套鑄件；

e．控制鑄件出模溫度為850～900℃，然後迅速急冷鑄件1-2分鐘，使鑄件溫度降至420～500℃；

f．將鑄件轉移到保溫箱中緩冷1～2小時；

g．將鑄件在440～460℃保溫2小時進行回火處理。

《多元合金化鑄態貝氏體灰鑄鐵氣缸套》在碳、矽、錳、磷、硫普通元素化學成分的基礎上，加入銅、鉬、鉻、鈮、釩、鈦6種最佳化組合的合金元素，主要可以起到以下作用：

1、銅的作用：銅在鐵液一次結晶時有中等石墨化作用，降低白口傾向，在鑄鐵共析轉變時，阻礙石墨化，降低共析轉變溫度，銅可固溶於奧氏體，固溶於貝氏體，強化貝氏體、促進貝氏體形成，但作用較緩和。

2、鉬，鉻的作用：鉬、鉻都是反石墨化元素，含量高時有白口傾向，都能固溶於奧氏體中，穩定奧氏體，使S曲線右移。當氣缸套鑄件中加入鉬鉻元素達到一定含量時，在900-500℃高溫區，採用急冷方式連續冷卻時，過冷奧氏體不會發生擴散分解，完全避免珠光體的形成，在500-300℃的中溫轉變區緩冷時，可獲得鑄態貝氏體，但往往石墨形狀，分布較差，硬度偏高，機加工性能較差，且材料成本較高。

因此，同時加入銅、鉬、鉻三元素後，在上述同樣的工藝條件下，可穩定獲得鑄態貝氏體，不但石墨形狀、分布及機加工性能得到明顯改善，而且鉬元素的用量可減少50％左右，材料成本明顯降低。

3、鈮、釩、鈦的作用：對石墨化而言，鈮是中性元素，釩是反石墨化元素，鈦含量小於0.1％時促進石墨化。由於鈮、釩、鈦元素的含量都低，因此，對氣缸套鑄件石墨形狀，分布的影響並不大。鈮、釩、鈦元素都是強碳、氮化物形成元素，它們與碳氮有很強的親和力，在《多元合金化鑄態貝氏體灰鑄鐵氣缸套》的氣缸套中可分別形成NbC、Nb（C、N）、VC、V（C、N）、TiC、Ti（C、N）等高硬度的碳、氮化物，呈彌散分布，與鑄態貝氏體組成高耐磨性的複合基體，其顆粒大小一般為2-7μm，其數量每平方毫米麵積上大於50個，其顯微硬度達Hv2000-3390。此外鈮、釩、鈦元素對促進形成鑄態貝氏體，強化鑄態貝氏體，也能起到良好的作用。

改善效果

《多元合金化鑄態貝氏體灰鑄鐵氣缸套》的氣缸套加入最佳化合金元素後，得到的複合基體，優於2007年9月之前氣缸套的鑄態貝氏體基體，耐磨性得到提高；機械性能（包括抗拉強度、硬度）與2007年9月之前氣缸套相當，但生產成本降低，性價比高，是非常有市場優勢的產品。

附圖說明

圖1為實施例1得到的氣缸套基體金相圖。

技術領域

《多元合金化鑄態貝氏體灰鑄鐵氣缸套》涉及一種多元合金化鑄態貝氏體灰鑄鐵氣缸套。

權利要求

1．一種多元合金化鑄態貝氏體灰鑄鐵氣缸套，其特徵在於所述的多元合金化鑄態貝氏體灰鑄鐵的化學組成按重量百分比計如下：

碳：3.0～3.4％；矽：2.2～2.6％；錳：0.6～1.0％；0＜磷≤0.1％；0＜硫≤0.1％；銅：0.6～1.0％；鉬：0.2～0.5％；鉻：0.1～0.3％；鈮：0.05～0.12％；釩：0.05～0.2％；鈦：0.07～0.15％；餘量為Fe。

實施方式

• 實施例1

按照各化學成分重量百分含量為碳3.2％，矽2.4％，錳0.8％，磷0.055％，硫0.05％，銅0.8％，鉬0.3％，鉻0.2％，鈮0.07％，釩0.08％，鈦0.07％，餘量為Fe進行配料。用變頻感應電爐熔煉鐵液，在出爐前加入鐵液質量0.6％的矽鋇

鈣孕育劑孕育，控制溫度為1530℃鐵液出爐；用金屬型濕塗料離心鑄造常規工藝生產氣缸套鑄件。控制鑄件出模溫度為900℃，然後急冷冷卻90秒，使鑄件溫度降至460℃。將鑄件送入保溫箱中緩冷，保溫90分鐘再出箱空冷。然後將鑄件在450℃保溫2小時進行回火處理，得到多元合金化鑄態貝氏體灰鑄鐵氣缸套，其抗拉強度為410兆帕，硬度為302HB。

• 實施例2

按照各化學成分重量百分含量為碳3.1，矽2.5，錳0.7，磷0.06，硫0.04，銅0.9，鉬0.25，鉻0.25，鈮0.1，釩0.1，鈦0.08，餘量為Fe進行配料。用變頻感應電爐熔煉鐵液，在出爐前加入鐵液質量0.5％的矽鍶孕育劑孕育，控制溫度為1520℃鐵液出爐；用金屬型濕塗料離心鑄造常規工藝條件生產氣缸套鑄件。鑄件出模溫度為880℃，然後急冷冷卻60秒，使鑄件溫度降至490℃；將鑄件送入保溫箱中緩冷，保溫90分鐘出箱空冷。然後將鑄件在440℃保溫2小時進行回火處理，得到多元合金化鑄態貝氏體灰鑄鐵氣缸套，其抗拉強度為370兆帕，硬度為280HB。

• 實施例3

按照各化學成分重量百分含量為碳3.3，矽2.2，錳0.7，磷0.07，硫0.08，銅0.7，鉬0.4，鉻0.15，鈮0.08，釩0.08，鈦0.07，餘量為Fe進行配料。用變頻感應電爐熔煉鐵液，在出爐前加入鐵液質量0.7％的矽鋇孕育劑孕育，控制溫度為1550℃鐵液出爐；用金屬型濕塗料離心鑄造常規工藝條件生產氣缸套鑄件。控制鑄件出模溫度為860℃，然後急冷冷卻120秒，使鑄件溫度降至420℃；將鑄件送入保溫箱中緩冷，保溫90分鐘出箱空冷。然後將鑄件在450℃保溫2小時進行回火處理，得到多元合金化鑄態貝氏體灰鑄鐵氣缸套，其抗拉強度為440兆帕，硬度為315HB。

榮譽表彰

2016年12月7日，《多元合金化鑄態貝氏體灰鑄鐵氣缸套》獲得第十八屆中國專利優秀獎。