專利名稱：含鈮富硅球墨鑄鐵、該球墨鑄鐵的制備方法及用球墨鑄鐵制成的活塞環(huán)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含鈮富硅球墨鑄鐵，尤其涉及一種用于活塞環(huán)PVD技術(shù)基材的球墨鑄鐵，屬于機(jī)械制造業(yè)。
背景技術(shù)：
柴油機(jī)目前發(fā)展的方向除趨向于高轉(zhuǎn)速、大功率外，還需要具有優(yōu)良的節(jié)能、減排功能，在對(duì)柴油機(jī)關(guān)鍵零部件活塞環(huán)表面處理技術(shù)提出更高要求的同時(shí)，其相應(yīng)基材的耐磨、耐熱、耐蝕、可表面處理性能也同步要求不斷提高。傳統(tǒng)的活塞環(huán)表面鍍鉻處理技術(shù)則具有工序復(fù)雜、對(duì)環(huán)境污染影響大等缺點(diǎn)，而PVD的應(yīng)用替代了傳統(tǒng)的鍍鉻技術(shù)，不但避免了對(duì)環(huán)境的污染，而且提高了活塞環(huán)外圓工作面的使用壽命。球墨鑄鐵是20世紀(jì)五十年代發(fā)展起來(lái)的一種高強(qiáng)度鑄鐵材料，其綜合性能接近于鋼，已應(yīng)用于鑄造一些受力復(fù)雜，強(qiáng)度、韌性、彈性模量要求較高的零部件上，但球墨鑄鐵在表面無(wú)耐磨涂層時(shí)，其耐磨性不如合金鑄鐵。球鐵環(huán)PVD涂層主要用于外圓面，對(duì)活塞環(huán)外圓面的耐磨性及耐蝕性有了較大的提高，但是現(xiàn)有的球墨鑄鐵活塞環(huán)自身的耐磨性、耐熱性與PVD技術(shù)不能很好匹配和相容，成為提高活塞環(huán)性能的最大障礙。解決這一問(wèn)題的辦法有二，一是閃鍍，提高耐磨性，但耐熱性沒(méi)有提高；二是提升球墨鑄鐵本身的耐磨性和耐熱性。閃鍍因?yàn)楣ば驈?fù)雜及成本較高，同時(shí)閃鍍使用的鍍鉻方法還涉及環(huán)保問(wèn)題，不能滿足現(xiàn)代化綠色工藝的要求，因此研發(fā)一種熱穩(wěn)定性及耐磨性更高的球墨鑄鐵，為PVD技術(shù)提供新的基材才是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種含鈮富硅球墨鑄鐵，該球墨鑄鐵用于PVD基材時(shí)與 PVD技術(shù)可以良好的匹配和相容。本發(fā)明提供的含鈮富硅球墨鑄鐵，由按重量配比的以下元素組成C 2. 9-3. 4% ； Si 4. 3-4. 8% ；Mn :0_1· 0% ；P 0-0. 1% ；S 0-0. 06% ；Cr 0-0. 2% ；Cu :0_1· 0% ；Nb 0-0. 6% ； Mg 0-0. 1% ；Ce 0. 02-0. 03%，其余為 Fe。一種上述含鈮富硅球墨鑄鐵的制備方法，包括以下步驟
(1)在爐內(nèi)有開爐塊或剩余鐵水的變頻爐或中頻爐中按比例進(jìn)行配料、加料、熔化；
(2)在鐵水升溫到1420°C時(shí)扒渣、攪拌，取快速分析樣，化驗(yàn)C、Si、S三元素的含量；
(3)在鐵水升溫到1540°C時(shí)扒渣，燙球化處理包，根據(jù)據(jù)快速分析結(jié)果加入適量SiC調(diào)整爐內(nèi)C、Si含量；
(4)升溫1580°C扒渣，加入球化劑0.8%-1. 0%，加入鍶硅孕育劑孕育處理；
(5)疊箱澆注、震動(dòng)落砂機(jī)落砂、拋丸機(jī)清理、去毛刺機(jī)去毛刺后得含鈮富硅球墨鑄鐵毛坯。一種用上述含鈮富硅球墨鑄鐵制成的活塞環(huán)。
本發(fā)明提供的含鈮富硅球墨鑄鐵，有以下優(yōu)點(diǎn)
一、含鈮富硅球墨鑄鐵中石墨球徑約20微米，為普通球鐵的1/2，密度為800 1200個(gè) /mm2，球化率80%以上，均勻分布。使疲勞強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、彈性模量有一定的提高；同時(shí)，由于球墨球徑為普通球鐵的1/2，有利于屏蔽石墨孔洞，在鍍膜時(shí)膜覆蓋球墨的能力明顯優(yōu)于普通球鐵，可以采用薄的過(guò)渡層，膜基結(jié)合強(qiáng)度高，與PVD或過(guò)渡層的結(jié)合性能也更好。二、含鈮富硅球墨鑄鐵中基體為Nb(CN)硬質(zhì)相、調(diào)質(zhì)組織和富硅鐵素體，前者是一種密度大、彌散分布均勻的硬質(zhì)微粒，呈團(tuán)塊狀，尺寸為3-8um，硬質(zhì)相密度> 1100個(gè)/ mm2，HV2000-2500，它使球墨鑄鐵具有良好的耐熱、耐磨性能和抗擦傷能力。富硅鐵素體本身具有較好的耐磨能力，經(jīng)磨合后它和調(diào)質(zhì)組織形成眾多的小平臺(tái)與微凹坑有序交錯(cuò)分布，改善了活塞環(huán)與缸套摩擦副的接觸面，使其具有良好的儲(chǔ)油、控油性能、耐磨性能。三、由于含鈮、富硅的影響，使含鈮富硅球墨鑄鐵在耐熱性試驗(yàn)中彈力消失率相當(dāng)于普通球鐵的1/2，因此在同等的高溫條件下，含鈮富硅球墨鑄鐵的彈力保持性能更好，密封性能更高。四、含鈮富硅球墨鑄鐵具有比普通球鐵更好的機(jī)械性能和切削性能，含鈮富硅球墨鑄鐵材質(zhì)的硬度HRB107-111，比碳化物鑄鐵G2、F14材質(zhì)的硬度略低，但含鈮富硅球墨鑄鐵硬質(zhì)相高度彌散分布，粒度只有3-8微米，對(duì)切削性能影響極小，機(jī)械性能對(duì)比如下表
權(quán)利要求
1.一種含鈮富硅球墨鑄鐵，由按重量配比的以下元素組成C:2.9-3.4%;Si 4. 3-4. 8% ；Mn :0_1· 0% ；P 0-0. 1% ；S 0-0. 06% ；Cr 0-0. 2% ；Cu :0_1· 0% ；Nb 0-0. 6% ；Mg 0-0. 1% ；Ce 0. 02-0. 03%，其余為 Fe。
2.—種權(quán)利要求1所述含鈮富硅球墨鑄鐵的制備方法，其特征在于包括以下步驟(1)在爐內(nèi)有開爐塊或剩余鐵水的變頻爐或中頻爐中按權(quán)利要求1所述的成分要求進(jìn)行配料、加料、熔化；(2)在鐵水升溫到1420°C時(shí)扒渣、攪拌，取樣快速分析，化驗(yàn)C、Si、S三元素的含量；(3)在鐵水升溫到1540°C時(shí)扒渣，燙球化處理包，根據(jù)快速分析結(jié)果加入適量SiC調(diào)整爐內(nèi)C、Si含量；(4)升溫1580°C扒渣，加入球化劑0.8%-1. 0%，加入鍶硅孕育劑孕育處理；(5)疊箱澆注、落砂機(jī)落砂、拋丸機(jī)清理、去毛刺機(jī)去毛刺后得含鈮富硅球墨鑄鐵毛坯。
3.一種用權(quán)利要求1所述的含鈮富硅球墨鑄鐵制成的活塞環(huán)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含鈮富硅球墨鑄鐵，該球墨鑄鐵由按重量配比的以下元素組成C2.9-3.4%；Si4.3-4.8%；Mn0-1.0%；P0-0.1%；S0-0.06%；Cr0-0.2%；Cu0-1.0%；Nb0-0.6%；Mg0-0.1%；Ce0.02-0.03%，其余為Fe。鈮富硅球墨鑄鐵是一種機(jī)械性能良好,表面處理性能優(yōu)異，耐熱、耐腐蝕性能強(qiáng)，且與PVD技術(shù)相匹配的新材料，尤其適用于制作活塞環(huán)。
文檔編號(hào)C22C37/04GK102534355SQ20121001549
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月18日
發(fā)明者邱復(fù)興, 陸軍 申請(qǐng)人:湖南正圓動(dòng)力配件有限公司