專利名稱：一種新型活塞環(huán)及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于發(fā)動機部件及其制造方法，特別是一種高耐磨、高韌性、抗折斷、熱穩(wěn) 定性好的新型活塞環(huán)及其制備方法。
背景技術：
活塞環(huán)是發(fā)動機的關鍵零件之一，其性能的好壞直接影響發(fā)動機的技術經濟指 標。發(fā)動機中的活塞環(huán)工作在高溫、高壓、腐蝕等惡劣環(huán)境中，它對發(fā)動機的工作性能和排 放、使用壽命有著極為重要的影響。隨著發(fā)動機向著高速、高功率發(fā)展，對活塞環(huán)材料的耐 磨性、韌性、抗彎強度、熱穩(wěn)定性提出了更高的要求。在不提高成本的前提條件下，如何提高 活塞環(huán)上述性能成了工程科研人員關心的焦點?，F(xiàn)在發(fā)明了許多改進方法，例如活塞環(huán) 材料中加入了 W、V、Ti、Mo、Cu、Cr等多種合金，活塞表面進行鍍鉻處理，為此開創(chuàng)了多種有 效的加工工藝，確實大大提高了活塞環(huán)的性能，但上述方法成本較高且抗彎強度較低，易折 斷，沒有從活塞環(huán)的整體材料進行改進。

發(fā)明內容
本發(fā)明所解決的技術問題在于提供一種高耐磨、高韌性、抗折斷、熱穩(wěn)定性好的新 型活塞環(huán)及其制備方法。實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術解決方案為一種新型活塞環(huán)，化學成分含量為C3.5 3. 8%,Si 2. 3 2. 8%、Mn 0. 6 0. 9%、P 0.25 0.4%，S 0. 01 0. 06%、Cr 0. 25 0. 35%, Cu 0. 35% -0. 45%, B 0. 025 0. 035%，其余為鐵。一種制備新型活塞環(huán)的方法，包括以下步驟步驟1 配料，所用的原料為增碳劑、硅鐵、錳鐵、磷鐵、小蘇打，其余為廢鋼；步驟2 加料，在感應電爐中放入步驟1中配制好的原材料，并加入鉻鐵、電解銅、 硼鐵；步驟3 加熱熔煉；步驟4 孕育過程，在熔煉溫度下出水并在隨鐵水流加入硅鍶孕育劑；步驟5 澆注、清理、理化及性能檢驗后得到活塞環(huán)毛坯，對活塞環(huán)毛坯進行后續(xù) 加工，得到高耐磨、高韌性、抗折斷、熱穩(wěn)定性好的活塞環(huán)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，其顯著優(yōu)點1)碳素廢鋼為主料生產的活塞環(huán)抗彎強 度、疲勞強度大大提高；2)產品材料中的添加的Cr、Cu、B三種元素對產品、對環(huán)境不造成 污染；3)只要稱好重量可與原配方中材料同時進行熔煉，操作簡單；4)材料耐磨性好、抗 彎強度> 450Mp、熱穩(wěn)定性(彈力消失率)300°C X3h，切向彈力消失率<8%，彈性模數(shù) 100士 15GPa ；5)活塞環(huán)毛坯廢品率低、成本低廉，有利于大規(guī)模工業(yè)化生產。
具體實施例方式一種新型活塞環(huán)，化學成分含量為C 3. 5 3.8%、Si 2. 3 2.8%、Mn 0. 6 0. 9%, P 0. 25 0.4%，S 0. 01 0. 06%、Cr 0. 25 0. 35 %、Cu 0. 35% -0. 45%, B 0. 025 0. 035%，其余為鐵。一種制備新型活塞環(huán)的方法，包括以下步驟步驟1 配料，所用的原料為增碳劑、硅鐵、錳鐵、磷鐵、小蘇打，其余為廢鋼；所用 的原料的配入量為增碳劑3. 0 6. 0%、硅鐵2. 0 3. 0%、錳鐵0. 8 1. 5%、磷鐵1. 0 2. 0%、小蘇打2%，其余為廢鋼；所述的廢鋼為Q195、Q235、45等碳素廢鋼。步驟2 加料，在感應電爐中放入步驟1中配制好的原材料，并加入鉻鐵、電解銅、 硼鐵；加入鉻鐵的含量為步驟1中配入量的0. 2 0. 6%，電解銅的含量為步驟1中配入量 的0. 3 0. 5%，硼鐵的含量為步驟1中配入量的0. 1 0. 3%。步驟3 加熱熔煉；加熱熔煉的溫度為1540 1580°C。步驟4 孕育過程，在熔煉溫度下出水并在隨鐵水流加入硅鍶孕育劑；加入硅鍶孕 育劑的量為鐵水重量的0. 25 0. 35%。步驟5 澆注、清理、理化及性能檢驗后得到活塞環(huán)毛坯，對活塞環(huán)毛坯進行后續(xù) 加工，得到高耐磨、高韌性、抗折斷、熱穩(wěn)定性好的活塞環(huán)。在實際生產操作中要注意以下幾方面1、應使用表面無銹、無油污的Q195、Q235、45等碳素鋼；2、加料時首先放入增碳劑、硼鐵、鉻鐵，緊接著投入錳鐵、磷鐵、硅鐵、增碳劑及小 蘇打，在鐵水溫度達到1300°C時，加入電解銅；3、熔煉溫度達到1420 1480°C，取樣化驗，使各成分必須滿足規(guī)定要求；4、在鐵水達到1540 1580°C;出水并在隨鐵水流加入0. 25 0. 35%的硅鍶孕育 劑。本發(fā)明的新型活塞環(huán)材料的金相組織石墨以A+F+B型為主，D型石墨彡40%, E 型石墨彡10%，石墨長度彡140um;基體組織為索氏體或細片狀珠光體，游離鐵素體小于或 等于5%，含硼碳化物或含硼復合物呈斷續(xù)網孔狀或條、塊狀均勻分布，含硼復合物中的磷 共晶和單獨分布的磷共晶之和不大于視場中硬質相總面積的40%。力學性能硬度98 106HRB抗彎強度彡450MPa彈性模數(shù)100士 15GPa熱穩(wěn)定性(彈力消失率)300°C X3h，切向彈力< 8%。通過對比試驗發(fā)現(xiàn)，用碳素鋼加入碳粉生產的活塞環(huán)抗強度、疲勞強度遠大于用 生鐵生產的活塞環(huán)。促進石墨化的銅元素一般不能單獨使用，常與阻礙石墨化的鉻搭配，成 為鉻、銅合金鑄鐵。搭配二種石墨化性能相反的元素目的，一方面是穩(wěn)定碳化物，以獲得細 小的珠光體，以期得到較好的基體組織；另一方面使過共晶石墨細化與分布均勻，以得到理 想的石墨組織。這樣的結果使活塞環(huán)具有良好的彈性模量、韌性，以有較好的耐磨性能。硼 是最強烈的有阻礙石墨化元素，鑄鐵加硼后，對石墨及基體組織幾乎不引起變化，但在磷共 晶周圍出現(xiàn)了含硼固溶體的碳化物，硬度達到1000HVai，超過了珠光體、磷共晶的硬度，甚 至是表面鍍鉻層的硬度，這大大增加了材料的耐磨性及硬度。這種含硼復合物不僅有高的 耐磨性，還有適當?shù)膹姸?。含硼復合物與鉻、銅合金搭配使用，既保留了該材料的高耐磨性， 又保留鉻、銅材料的韌性，具有很好的效果。
下面結合實施例對本發(fā)明做進一步詳細的描述實施例1一種制備新型活塞環(huán)的方法，包括以下步驟步驟1 配料，所用的原料為增碳劑、硅鐵、錳鐵、磷鐵、小蘇打，其余為廢鋼；所用 的原料的配入量為增碳劑3. 0%、硅鐵2. 0%、錳鐵0. 8%、磷鐵1.0%、小蘇打2%，其余為 廢鋼；所述的廢鋼為45廢鋼。步驟2 加料，在感應電爐中放入步驟1中配制好的原材料，并加入鉻鐵、電解銅、 硼鐵；加入鉻鐵的含量為步驟1中配入量的0. 4%，電解銅的含量為步驟1中配入量的 0. 35%，硼鐵的含量為步驟1中配入量的0.2%。步驟3 加熱熔煉；加熱熔煉的溫度為1540 1580°C。步驟4 孕育過程，在熔煉溫度下出水并在隨鐵水流加入硅鍶孕育劑；加入硅鍶孕 育劑的量為鐵水重量的0. 3%。步驟5 澆注、清理、理化及性能檢驗后得到活塞環(huán)毛坯，對活塞環(huán)毛坯進行后續(xù) 加工，得到高耐磨、高韌性、抗折斷、熱穩(wěn)定性好的活塞環(huán)。該活塞環(huán)的化學成分為C3. 52%, Si 2. 45%, Mn 0. 81%, P 0. 32%, S 0. 04%, Cr 0. 28%, Cu 0. 36%, B 0.028%，其余為鐵。上述制備的新型活塞環(huán)材料的金相組織石墨以A+F型為主，少量的B型石墨，D 型石墨為25%、E型石墨為4%，石墨長度為llOum;基體組織為索氏型細片狀珠光體，游離 鐵素體為3%，含硼碳化物或含硼復合物呈斷續(xù)網孔狀或條、塊狀均勻分布，含硼復合物中 的磷共晶和單獨分布的磷共晶之和不大于視場中硬質相總面積的20%。力學性能硬度103HRB抗彎強度472MPa彈性模數(shù)105GPa熱穩(wěn)定性(彈力消失率)300°C X3h，切向彈力4%。實施例2一種制備新型活塞環(huán)的方法，包括以下步驟步驟1 配料，所用的原料為增碳劑、硅鐵、錳鐵、磷鐵、小蘇打，其余為廢鋼；所用 的原料的配入量為增碳劑4. 0%、硅鐵2. 5%、錳鐵1. 0%、磷鐵1.5%、小蘇打2%，其余為 廢鋼；所述的廢鋼為Q195廢鋼。步驟2 加料，在感應電爐中放入步驟1中配制好的原材料，并加入鉻鐵、電解銅、 硼鐵；加入鉻鐵的含量為步驟1中配入量的0. 35%，電解銅的含量為步驟1中配入量的 0.4%，硼鐵的含量為步驟1中配入量的0.3%。步驟3 加熱熔煉；加熱熔煉的溫度為1540 1580°C。步驟4 孕育過程，在熔煉溫度下出水并在隨鐵水流加入硅鍶孕育劑；加入硅鍶孕 育劑的量為鐵水重量的0. 28%。步驟5 澆注、清理、理化及性能檢驗后得到活塞環(huán)毛坯，對活塞環(huán)毛坯進行后續(xù) 加工，得到高耐磨、高韌性、抗折斷、熱穩(wěn)定性好的活塞環(huán)。該活塞環(huán)的化學成分為C3. 61%, Si 2. 58%, Mn 0. 89%, P 0. 40%, S 0. 02%, Cr 0. 26%, Cu 0. 39%, B 0.032%，其余為鐵。
本發(fā)明的新型活塞環(huán)材料的金相組織石墨以A+F型為主，D型石墨15%、E型石 墨2%，石墨長度130um;基體組織為索氏體或細片狀珠光體，游離鐵素體為1%，含硼碳化 物或含硼復合物呈斷續(xù)網孔狀或條、塊狀均勻分布，含硼復合物中的磷共晶和單獨分布的 磷共晶之和不大于視場中硬質相總面積的30%。力學性能硬度100. 5HRB
抗彎強度:495MPa
彈性模數(shù):99GPa
熱穩(wěn)定性(彈力消失率)300°C X3h，切向彈力3%
權利要求
一種新型活塞環(huán)，其特征在于，化學成分含量為C 3.5～3.8％、Si 2.3～2.8％、Mn 0.6～0.9％、P 0.25～0.4％，S 0.01～0.06％、Cr 0.25～0.35％、Cu 0.35％ 0.45％、B0.025～0.035％，其余為鐵。
2.一種制備權利要求1所述新型活塞環(huán)的方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟1 配料，所用的原料為增碳劑、硅鐵、錳鐵、磷鐵、小蘇打，其余為廢鋼；步驟2 加料，在感應電爐中放入步驟1中配制好的原材料，并加入鉻鐵、電解銅、硼鐵；步驟3 加熱熔煉；步驟4 孕育過程，在熔煉溫度下出水并在隨鐵水流加入硅鍶孕育劑； 步驟5 澆注、清理、理化及性能檢驗后得到活塞環(huán)毛坯，對活塞環(huán)毛坯進行后續(xù)加工， 得到高耐磨、高韌性、抗折斷、熱穩(wěn)定性好的活塞環(huán)。
3.根據(jù)權利要求2所述的制備新型活塞環(huán)的方法，其特征在于，步驟1中所用的原料的 配入量為增碳劑3. 0 6. 0%、硅鐵2. 0 3. 0%、錳鐵0. 8 1. 5%、磷鐵1. 0 2. 0%、 小蘇打2%，其余為廢鋼；所述的廢鋼為Q195、Q235、45等碳素廢鋼。
4.根據(jù)權利要求2所述的制備新型活塞環(huán)的方法，其特征在于，步驟2中加入鉻鐵的含 量為步驟1中配入量的0. 2 0. 6%，電解銅的含量為步驟1中配入量的0. 3 0. 5%，硼 鐵的含量為步驟1中配入量的0. 1 0. 3%。
5.根據(jù)權利要求2所述的制備新型活塞環(huán)的方法，其特征在于，步驟3加熱熔煉的溫度 為 1540 1580°C。
6.根據(jù)權利要求2所述的制備新型活塞環(huán)的方法，其特征在于，步驟4加入硅鍶孕育劑 的量為鐵水重量的0. 25 0. 35%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種活塞環(huán)材料及其制造方法，其材料包括廢鋼、硅鐵、錳鐵、磷鐵、硅鍶孕育劑、增碳劑、小蘇打。該活塞環(huán)材料的配方為增碳劑3.0～6.0％、硅鐵2.0～3.0％、錳鐵0.8～1.5％、磷鐵1.0～2.0％、小蘇打2％、硅鍶孕育劑0.25～0.35％，其余為廢鋼，還包括Cr、Cu、B三個合金元素。本產品材料中碳素廢鋼及Cr、Cu、B三種元素對產品、對環(huán)境不造成污染；只要稱好重量可與原配方中材料同時進行熔煉，操作簡單、成本低廉；由該材料生產的活塞環(huán)耐磨性好、韌性高、抗彎強度大、熱穩(wěn)定性好、不易折斷，生產的毛坯廢品低，有利于大規(guī)模工業(yè)化生產。
文檔編號C22C33/08GK101921948SQ20101027220
公開日2010年12月22日 申請日期2010年9月3日 優(yōu)先權日2010年9月3日
發(fā)明者張喜仁, 朱有慧 申請人:江蘇儀征威龍活塞環(huán)有限公司