铸态贝氏体球墨铸铁活塞环材料研发.pdf

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1、王焕平：铸态贝氏体球墨铸铁活塞环材料研发铸态贝氏体球墨铸铁活塞环材料研发王焕平(石家庄金刚集团)[摘要】本文介绍了作者研制的铸态贝氏体球墨铸铁活塞环材料，分别从材料性能、铸造工艺、材料控制、成本分析等方面进行了论述。[关键词]铸态贝氏体非热处理铸造工艺Abstract：Thispaperpresentsaascastbainiteductilecastironpistonringmaterial，Respectivelyfromthematerialproperties，castingprocess，materialcon

2、trol，costanalysisandotheraspects。Keywords：TheascastbainiteNonthermalprocessingCastingtechniqueU刖昌内燃机，是一种动力机械，它是通过使燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为动力的热力发动机。活塞环是内燃机发动机中最为关键的零部件之一，它在柴油发动机中有三大作用，它将燃烧室和曲轴箱密封，将活塞上的热能传到气缸壁上，控制机油耗。其工作条件相当恶劣，既要承受高温、高压的作用，又要承受剧烈的磨损和较大的冲击负荷作用。为了工作的可靠

3、性及耐久性，对活塞环材料提出了较高要求，即活塞环必须要有良好的耐磨性、较高的强度及足够的弹性和弹性保持性。贝氏体球墨铸铁活塞环(贝氏体+少量碳化物为基体组织)具有很好的耐磨性，同时具有较高的强度和韧性。1949年w．W．Braidwood⋯就曾预言，针状组织(贝氏体)铸铁可能是机械性能最好的铸铁。现阶段，高强度、高韧性、高耐磨性的贝氏体球墨铸铁，主要是经过热处理获得。笔者通过实验，对原有的铸造工艺进行改进，在铸态获得高强度、高韧性、高耐磨性的贝氏体球墨铸铁活塞环．1试验条件1．1生产装备①美国皮勒1．25吨变频炉、S162

4、0B转子混砂机、德国格茨三工位半自动化造型机。②检测设备：200MAT金相显微镜，显微硬度计MH一5，美国贝尔德DV一6光谱仪1．2模具设计根据环模型环断面系数、铁水充型能力、凝固特点设计模板布局位置，保证浇注时铁水合理充型。模板包括底板、设于底板上的直浇道、横浇道，所述横浇道的两端对称设有四个模型环，横浇道同一端的两个模型环对称设置于直浇道两侧，模型环各通过内浇道与横浇道相连，这样的浇注系统布局可提高型腔强度、保证铁水充型速度，有利于铁水合理充型，减少铸造缺陷，提高毛坯质量．(见图1)1．3确定铸造工艺1．3．1确定此种

5、材质活塞环的机械性能要求。硬度：300—440HB抗弯强度：≥1800N／mm2弹性模量：≥170000N／nun2热稳定性：≥92％抗拉强度≥600N／mm21．3．2确定生产此种活塞环的化学成分和金相要求1．3．2．1活塞环化学成分内燃机与配件2015年第4期为在铸态下形成奥贝基体组织，需加入提高球铁淬透性的元素，Mo、cu，可促使铸件在冷却过程中避开珠光体转变温度，使之形成贝氏体．加人量参看下表1：表1l：：!：!：!I!：!：!：!l!：!：!：!l三!：!!l!：!：!：!I!：!：!：!l三!：箜I1．3．2．

6、2金相组织a、石墨：球状石墨，球化率≥80％、球大小≤45um．b、基体组织：贝氏体，游离铁素体≤5％游离渗碳体、磷共晶≤5％1．3．3研究生产此种材质毛坯所需铁水的化学成分、出炉温度、浇注温度、孕育处理。1．3．3．1熔炼过程控制①除C、si当量外，其余化学成分均按炉后化学成分控制，炉内铁水化学成分中C控制在3．1～4．1％、炉内铁水化学成分中si控制在1．5—1．9％；存在偏差时，要通过加入废钢或生铁进行调整。②温度控制根据铁水化学成分，及铁水凝固特点，确定出炉温度为1530—16200C，浇注温度1330—1450℃

7、1．3．4孕育处理为在铸态下形成贝氏体基体组织，加入了提高球铁淬透性的元素Mo和cu，．由于Mo、Cu等元素含量较高，铁水过冷度较大，并且需要进行球化处理，容易产生碳化物，为有效消除碳化物，我们选择硅锶作为孕育剂，并进行二次孕育处理，一次孕育剂加入量0．4—0．5％，二次孕育剂加入量0．4％；为使孕育剂充分吸收，采用随流孕育方法。2工艺性实例验证分析下面以0126气环为代表机型，来说明如何通过成分、过程控制来生产贝氏体活塞环：1、模具设计图1(1)底板(2)直浇道13)横浇道(4)内浇道(5)模型环2、化学成分成分C3．0

8、～4．0％Si2．0。3．O％Mn0．2—0．8％P≤0．12％Mo0．4—1．5％Cu0．4—1．0％S≤0．05％弹性模量要求≥170000N／ram2径向弹力33—50N硬度：300—440HB抗弯强度：≥1800N／mm2抗拉强度≥650N／mm2热稳定性：I>92％3、原材料：Q10生铁、硅锶