一種超高強(qiáng)度復(fù)相組織灰鑄鐵氣缸套及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于汽車發(fā)動機(jī)氣缸套制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超高強(qiáng)度復(fù)相組織(貝氏體+馬氏體)氣缸套及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氣缸套作為發(fā)動機(jī)的核心件、易損件之一，其質(zhì)量好壞對發(fā)動機(jī)的功率、油耗、排放等影響較大。隨著對汽車性能要求的提升，發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)師們對氣缸套的硬度、加工精度、表面質(zhì)量等要求日益嚴(yán)格，在氣缸套選材方面多考慮到灰鑄鐵具有減震、減摩、自潤、價(jià)格低、易加工等因素，因而氣缸套材質(zhì)多選灰口鑄鐵。但是灰鐵抗拉強(qiáng)度低，塑性幾乎為零，氣缸套綜合機(jī)械性能難以上臺階。為獲得高性能的氣缸套用材料，在各種鑄鐵基體組織中，貝氏體組織以其特有的機(jī)械性能，延長了氣缸套的使用壽命，使得貝氏體鑄鐵受到了國內(nèi)外眾多汽車企業(yè)越來越廣泛的關(guān)注。但是，針對不同適用范圍的汽車產(chǎn)品，其對于氣缸套性能要求也是不同的，例如大馬力柴油發(fā)動機(jī)，其對于氣缸套強(qiáng)度要求遠(yuǎn)高于其它類型的發(fā)動機(jī)要求，因而尚需繼續(xù)開發(fā)新的、能夠適應(yīng)不同性能要求的氣缸套產(chǎn)品。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的在于提供一種復(fù)相組織(貝氏體+馬氏體)灰鑄鐵氣缸套及其制備方法，該氣缸套具有超高強(qiáng)度，適用于大馬力柴油發(fā)動機(jī)缸體使用。
[0004]下面對本發(fā)明的技術(shù)方案詳細(xì)介紹如下。
[0005]一種復(fù)相組織灰鑄鐵氣缸套，該氣缸套材質(zhì)為灰鑄鐵，其微觀組織結(jié)構(gòu)中包括貝氏體和馬氏體兩種組織相；以質(zhì)量百分比計(jì)，該氣缸套材質(zhì)成分為:
碳，2.6-2.8% ;硅，1.8-2.2% ；
鈮，0.4-0.8% ;銅，0.2-0.4% ；
錳，0.1-0.3% ;鈷，0.1-0.3% ；
氮，0.08-0.3% ；
磷，彡0.08% K 0.08%，余量為鐵。
[0006]所述復(fù)相組織灰鑄鐵氣缸套，以質(zhì)量百分比計(jì)，氣缸套材質(zhì)較優(yōu)成分配比為:
碳，2.7%;硅，1.85%;
鈮，0.8% ;銅，0.25% ；
錳，0.2%;鈷，0.2%；
氮，0.15% ；
磷，0.05% ;硫，0.05%，余量為鐵。
[0007]所述復(fù)相組織灰鑄鐵氣缸套的制備方法，包括以下步驟:
(1)按比例配料，
(2)熔煉，澆注制備氣缸套毛坯，將步驟(I)中混合均為物料在1450°C ~1550°C熔煉，1500°C ~1550°C出爐，1150~1250r/min離心澆注，澆注溫度為1350°C ~1450°C ;模具溫度在350~500°C，出模溫度不低于740°C，澆注成型后出模制成毛坯；
(3)加工，將步驟(2)毛坯加工成氣缸套半成品；
(4)復(fù)合組織相獲得，
將步驟(3)中加工后氣缸套半成品置入箱式電阻爐中進(jìn)行奧氏體化處理，奧氏體化溫度為880°C，保溫時(shí)間為1.5小時(shí)；
將奧氏體化處理結(jié)束后氣缸套迅速放入淬火液中進(jìn)行淬火處理，淬火時(shí)間按照照90?120°C /s的冷速進(jìn)行計(jì)算，工件溫度淬至350?380°C，以防止冷卻過程中發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變；所述淬火液為質(zhì)量濃度為28%的PAG淬火液，具體如深圳產(chǎn)好富頓AQ251型號的淬火液；
淬火結(jié)束后將氣缸套迅速轉(zhuǎn)移到360°C ~375°C的井式爐中保溫80~100分鐘，在該過程中發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變，此時(shí)組織為上貝氏體組織和殘余奧氏體；隨即將氣缸套空冷至室溫；
(5)低溫回火處理，將步驟(4)中氣缸套在180~220°C保溫80~100分鐘，在該過程中得到回火馬氏體組織，隨即空冷至室溫，最終獲得貝氏體加馬氏體的復(fù)相組織的灰鑄鐵氣缸套。
[0008]本發(fā)明所提供的復(fù)相組織灰鑄鐵氣缸套，主要是對氣缸套的合金成分進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，其主要設(shè)計(jì)思路是:鈮是中性元素，對氣缸套鑄件中石墨形狀、分布的影響并不大，同時(shí)鈮元素可與碳、氮形成NbC、Nb (C、N)等高硬度的碳、氮化物，這些高硬度的碳、氮化物呈彌散分布，可在最終的貝氏體和馬氏體的復(fù)相組織中組成高耐磨性的復(fù)合基體，其顆粒大小一般為2~7ym，顯微硬度達(dá)Hv2000~3390，能有效強(qiáng)化灰鑄鐵基體。鈷能提高γ (奧氏體)一α (鐵素體)(奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變)的自由能從而縮短貝氏體的形成時(shí)間，與貴重元素鉬的作用相同，與此同時(shí)還能促進(jìn)石墨化。氮元素能完全取代鎳元素，在奧氏體不銹鋼中已得到充分體現(xiàn)，因此在本發(fā)明中引入適量的氮元素來代替貴重元素鎳的使用。
[0009]發(fā)明人就本申請所提供的復(fù)相組織灰鑄鐵氣缸套與現(xiàn)有技術(shù)中的氣缸套進(jìn)行了簡要對比，簡介如下。與現(xiàn)有技術(shù)一(CN 2007100551150)的對比，本申請?jiān)诂F(xiàn)有技術(shù)一的基礎(chǔ)上，增加了鈷、氮元素，同時(shí)不使用鎳、鉻、錫等元素，在一定程度上降低了生產(chǎn)成本；性能上優(yōu)于現(xiàn)有氣缸套的鑄態(tài)貝氏體基體，具體而言，耐磨性得到明顯提高，機(jī)械性能(包括抗拉強(qiáng)度、硬度)遠(yuǎn)高于現(xiàn)有氣缸套材質(zhì)。與現(xiàn)有技術(shù)二(CN 2012102231514)的對比，在材料成分中降低了碳、硅的含量，使得氣缸套材質(zhì)的韌性得到明顯改善；同時(shí)現(xiàn)有技術(shù)二所制備的灰鑄鐵基體為珠光體，與本發(fā)明所得到的貝氏體與馬氏體復(fù)相組織完全不一樣，本發(fā)明所制備氣缸套在經(jīng)低溫回火后，強(qiáng)度進(jìn)一步加大，綜合性能提升明顯。與現(xiàn)有技術(shù)三(CN2012102050580)的對比，本發(fā)明中沒有采用易于造成環(huán)境污染的鋅元素，同時(shí)對比文件三中基體組織為珠光體組織，且機(jī)械性能與本申請也相差較大。
[0010]本發(fā)明所提供復(fù)相組織灰鑄鐵氣缸套，主要特點(diǎn)是氣缸套材質(zhì)上，所用氣缸套材質(zhì)是在普通灰鑄鐵的基礎(chǔ)上加入適量的鈮(Nb)、鈷(Co)、銅(Cu)、氮(N)等元素實(shí)現(xiàn)的，而完全不使用鎳(Ni)、鉬(Mo)等貴重金屬元素，可有效降低生產(chǎn)成本。制備方法簡便，采用的是低能耗的鑄件冷卻工藝，易于實(shí)現(xiàn)，相比鑄態(tài)貝氏體鎳鉬銅合金鑄鐵和等溫淬火等氣缸套制備技術(shù)更具有經(jīng)濟(jì)性，本申請中氣缸套的主要制備過程為:首先通過箱式電阻爐進(jìn)行奧氏體化處理，然后將毛坯在淬火液中進(jìn)行淬火處理，再迅速放入360~375°C的保溫箱中進(jìn)行保溫處理，以保證貝氏體轉(zhuǎn)變充分，最后再低溫回火以促進(jìn)殘余奧氏體進(jìn)一步轉(zhuǎn)變形成馬氏體組織，最終形成貝氏體加馬氏體復(fù)相組織的灰鑄鐵氣缸套。
[0011]對所制備的復(fù)相組織灰鑄鐵氣缸套進(jìn)行性能檢測，主要性能如下:Rm (抗拉強(qiáng)度)> 600MPa，E > 150GPa ;相較于現(xiàn)有的貝氏體基體灰鑄鐵材料氣缸套具有強(qiáng)度高、彈性模量高的特點(diǎn)，尤其大馬力柴油發(fā)動機(jī)(高速重載發(fā)動機(jī))缸體及其他高強(qiáng)度灰鑄鐵鑄件中具有較好的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0012]圖1為實(shí)施例1所制備氣缸套經(jīng)過低溫回火處理后氣缸套的金相組織，其中a為180°C低溫回火前組織圖，b為180°C低溫回火后組織圖；
圖2為實(shí)施例2所制備氣缸套經(jīng)過低溫回火處理后氣缸套的金相組織，其中a為180°C低溫回火前組織圖(回火前組織均為貝氏體+殘余奧氏體+A型石墨)，b為180°C低溫回火后組織圖；
圖3為實(shí)施例3所制備氣缸套經(jīng)過低溫回火處理后氣缸套的金相組織，其中a為220°C低溫回火前組織圖，b為220°C低溫回火后組織圖(回火處理后組織均為貝氏體+馬氏體+A型石墨)。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合實(shí)施例對本申請做進(jìn)一步的解釋說明