一种铌钒钛贝氏体气缸套材料研究.pdf

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1、·50·内燃机与配件一种铌钒钛贝氏体气缸套材料研究徐超；高磊；孙世贵(中原内配集团股份有限公司)摘要：贝氏体灰铸铁气缸套性能优良，广泛使用在高性能发动机上。气缸套贝氏体组织形成在400—500。C的中温区域，在高于此温度时组织会发生变化、性能下降，影响发动机运行安全。本文设计了铌钒钛贝氏体灰铸铁，对其和普通贝氏体在高温环境进行了对比实验，对高温处理后的组织、硬度、强度进行了检测分析，对检测结果进行对比分析，结果表明铌钒钛贝氏体相比普通铸态贝氏体具有更好的高温性能。关键词：贝氏体；气缸套；离心铸造0引言贝氏体灰铸铁具有优良的综合性能，

2、其强度高、耐磨性好、使用寿命长，广泛使用在高性能的发动机上⋯。目前根据形成贝氏体方法分为铸态贝氏体和等温淬火贝氏体，铸态贝氏体采用添加高含量的钼镍合金，使过冷奥氏体转变曲线右移，通过适当冷速冷铸件，然后在贝氏体转变温度保温即可获得铸；等温淬火贝氏体是通过对普通灰铸铁进行奥氏体化后进行等温淬火处理获得。气缸套的贝氏体组织形成在400—5000C的中温区域，相比珠光体组织属于亚稳组织，目前贝氏体材质气缸套常用的热处理工艺均小于5500C，在高于此温度时其组织形态会发生变化，宏观表现为硬度和强度下降；这些变化会降低气缸套使用性能，影响发动

3、机运行安全。所以需要研究如何提高贝氏体组织的高温稳定性，保证贝氏体材质气缸套在热处理和使用过程中的稳定性，确保发动机运行的安全。1实验材料及方法1．1材料成分设计通过添加Mo、Ni元素可以获得铸态贝氏体组织，其Mo、Ni含量为1．O％～1．5％，普通铸态贝氏体主要通过在灰铸铁中加入Mo、Ni两种元素[21；铌钒钛贝氏体在铸态贝氏体中加入适量Nb、V、Ti三种元素，同时降低Mo、Ni两种元素含量；材料中各元素主要有以下作用：钼元素是一种微弱的碳化物形成元素在铸铁中加钼易获得细珠光体和索氏体组织，当道到一定量时，铸态下可以获得贝氏体组织

4、，钼提高铸铁淬透性，分离了贝氏体转变区，促进贝氏体组织形成[31。镍元素可以提高铸铁强度和硬亨，改善塑性和韧性，镍可以稳定和细化珠光体，当镍含量达到一定量时，镍稳定奥氏体，降低共析转变温度使CCT曲线右移，在铸态下可获得贝氏体，镍与钒同时添加效果更好[4】。铌作为钢和铁的合金元素被使用由来已久。铌常被加入到高温合金中以提高其高温稳定性和高温强度。铌的优良作用主要有：铌可以细化晶粒使组织均匀，形成硬质相点均匀分布在基体中，起到弥散强化的作用[51。钒是强化铁素体和奥氏体元素之一，钒在铸铁中强化和细化基体组织，提高铸铁强度和硬度，并提高

5、铸铁的耐磨性；钒对贝氏体组织有明显的细化作用和促进作用，钒溶于奥氏体形成固溶体，降低碳的扩散速度，延缓奥氏体转变，在连续冷却条件下降低贝氏体转变温度，增加了贝氏体过冷度从而增加了贝氏体转变驱动力。钒细化贝氏体作用机理：碳化钒颗粒可以钉扎作用，阻碍奥氏体晶界移动和长大，从而细化奥氏体晶粒，细化贝氏体作用旧。钛在铸铁中可以细化晶粒，在铁液中可与N和C元素形成硬质TiN、TiC颗粒，这些硬质相均匀分布在基体中，提高材料的硬度和耐磨性，钛与钒联合使用对提高耐磨性能更显著16]，铸铁中钛元素常用的添加量为0．03％一0．05％。普通离心铸造铸

6、态贝氏体成分如表1；根据元素作用、结合离心铸造特点，设计铌钒钛贝氏体成分如表2。表1铸态贝氏体成分表元素CSiSPMnNiMo范围2．6-3．01．6-2．4≤O．1≤0．1≤0．80．7一1．50．7—1．5目标2．852．1≤0．1≤O．10．451．412表2铌钒钛贝氏体成分表715秉CSiSPMnNiTiVMoNb2．61．6O．7O．020．02O．70．04范围≤O．1≤0．1≤0．83．02．41．20．061．OO．08目标2．852．1≤0．1≤Ol0．451．00．04O．750．061．2实验材料及设备121丰

7、耍眄材料Q10铸造生铁(C4．10％，Si0．81％)、低碳废钢(C0．15％)、硅铁(Si73．8％)、锰铁(Mn65．5％)、电解镍(Ni99．99％)、钼铁(M058％)、钒铁(V52％)、钛铁(Ti20％)、铌铁(Nb70％)、一次用硅钡孕育剂(3mm)、二次用硅锶孕育剂(粒度0．5mm)、膨润土湿涂料。1．2．2实验设备500kg熔化电炉、悬臂式离心铸造机、HT250金属模具、直读光谱仪、热电偶式高温测温仪、红外线测温仪、HB一3000型布氏硬度计、电子显微镜、300kN万能材料试验机、高温箱式炉。InternalComb

8、ustionEngine&Parts·51·1．3实验方法1．3．1毛坯铸造：采用离心铸造方式生产气缸套毛坯，选用毛坯内径103_lmm，毛坯单边厚18ram，单重8．5kg；按照常规方法熔炼铁液，使用直读光谱仪分析铁液成分；模具内壁