高镁低稀土奥氏体蠕墨铸铁、其制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种高镁低稀土奥氏体蠕墨铸铁、其制备方法及其应用，属于铸铁领域。本发明专利技术高镁低稀土奥氏体蠕墨铸铁，由以下化学组分组成：碳2.0‑3.8%、硅1.5‑3.0%、锰0.8‑2%、镍7‑18%、铜3‑8%、铬0.05‑2.7%、镁0.08‑0.12%、稀土≤0.03%、钛0.1‑0.18%、硫≤0.08%、磷≤0.15%，其余为铁和不可避免的杂质。本发明专利技术铸铁组织为奥氏体基体、蠕虫状石墨和极少部分团球状石墨；本发明专利技术通过调整镁、钛、稀土以及锰的含量和工艺，所得铸铁蠕化率≥91%，抗拉强度超过360 MPa，线膨胀系数达到18.9*10

High magnesium and low rare-earth austenite vermicular cast iron, its preparation method and its application

The invention discloses a high magnesium low rare-earth austenite vermicular graphite cast iron, a preparation method and application thereof, which belongs to the field of cast iron. The invention of high magnesium low rare earth austenite vermicular cast iron, consists of the following components: 2 carbon chemical 3.8%, 1.5 3%, 0.8 silicon manganese nickel 2%, 7 18%, 3 8% copper chromium 0.05, 2.7%, 0.08 and 0.12% mg, rare earth, titanium is less than or equal to 0.03% 0.1, sulphur less than 0.18% 0.08%, P = 0.15%, the rest is iron and unavoidable impurities. The present invention cast austenite matrix organization, vermicular graphite and few spheroidal graphite; the invention by adjusting the magnesium, titanium, manganese and rare earth content and process, the vermicular iron rate greater than 91%, the tensile strength of more than 360 MPa, linear expansion coefficient reached 18.9*10

【技术实现步骤摘要】
高镁低稀土奥氏体蠕墨铸铁、其制备方法及其应用
本专利技术涉及铸铁领域，特别涉及一种高镁低稀土奥氏体蠕墨铸铁、其制备方法及其应用。
技术介绍
活塞是汽车发动机的“心脏”，承受交变的机械负荷和热负荷，是发动机中工作条件最恶劣的关键零部件之一。影响铝合金活塞使用寿命的一个主要因素就是活塞环槽磨损，特别是第一道环槽。为了提高铝活塞第一道环槽的耐磨性，行业内普遍采用镶铸铸铁耐磨环座（镶圈）作为有效解决办法，这种镶圈活塞不但保持了铝活塞重量轻的特点，还兼具铸铁活塞环槽耐磨的优点，使得铝活塞使用寿命大幅度提高，镶圈铝活塞也得以全面推广应用。目前，镶圈的材质主要有高镍和高锰奥氏体灰口铸铁，应用最广的是高镍奥氏体铸铁。高镍奥氏体镶圈的主要成分是：含镍量13.0-18.0%，含铜量4.0-8.0%，其余为铁、碳、硅和其他合金元素。基体为奥氏体组织，石墨形态都是以A型（片状）+B型（菊花状）石墨为主。虽然传统的高镍奥氏体镶圈能够满足国五及国五以下排放发动机的活塞要求，但是在目前国家大力倡导环保的要求下，“国六”排放标准将要在2020年正式实施，面对更加严格的排放法规，这样对高镍奥氏体镶圈的耐磨性提出了更高的要求，导致了传统的高镍奥氏体铸铁镶圈已满足不了目前的“国六”法规排放标准。综合以上所述，在目前传统的高镍奥氏体镶圈生产技术中，为了保证符合“国六”发动机的排放标准，需要解决目前镶圈耐磨性不高、线膨胀系数偏低等问题，对此必须进行深入的科研攻关，寻求合理有效的解决办法。生产实际中常用的铸铁材料根据石墨形状不同主要有三类：灰铸铁，石墨为片状，力学性能差，铸造性、减震性、减摩性缺口敏感性、切削性比好；球墨铸铁，石墨为球状，力学性能高；蠕墨铸铁，石墨介于两者之间为蠕虫状，力学性能稍低于球墨铸铁，耐磨性、铸造性能较球墨铸铁好，尤其是抗高低温蠕变性能好。寻求一种可以解决目前镶圈耐磨性不高、线膨胀系数偏低问题的铸铁是技术关键，也是技术难点。本申请人于2017年4月12日向国家知识产权局专利局提交了一件申请号为“2017102370736”，专利名称为“一种活塞镶圈铸铁材料及其制造方法”的专利技术专利，该专利技术专利已于2017年6月9日公布，公布号为“CN106811677A”。该专利技术专利与本专利技术解决的技术问题相同，但是其效果依然不理想，为了满足技术需求，研发蠕化率更高、机械性能更高的铸铁材料至关重要。
技术实现思路
为了弥补现有技术的不足，解决现有技术中铸铁镶圈耐磨性不高、线膨胀系数偏低的问题，本专利技术提供了一种高镁低稀土奥氏体蠕墨铸铁、其制备方法及其应用。本专利技术的技术方案为：一种高镁低稀土奥氏体蠕墨铸铁，按照质量百分比，由以下化学组分组成：碳2.0-3.8%、硅1.5-3.0%、锰0.8-2%、镍7-18%、铜3-8%、铬0.05-2.7%、镁0.08-0.12%、稀土≤0.03%、钛0.1-0.18%、硫≤0.08%、磷≤0.15%，其余为铁和不可避免的杂质。作为优选方案，按照质量百分比，由以下化学组分组成：碳2.8-3.2%、硅2.2-2.6%、锰1.0-1.5%、镍10-15%、铜4-6%、铬1.0-1.5%、镁0.09-0.11%、稀土≤0.03%、钛0.13-0.16%、硫≤0.08%、磷≤0.15%，其余为铁和不可避免的杂质。作为优选方案，按照质量百分比，由以下化学组分组成：碳2.9-3.0%、硅2.3-2.5%、锰1.1-1.3%、镍11-13%、铜4.5-5.5%、铬1.1-1.3%、镁0.10-0.11%、稀土≤0.02%、钛0.14-0.15%、硫≤0.06%、磷≤0.12%，其余为铁和不可避免的杂质。所述高镁低稀土奥氏体蠕墨铸铁在活塞镶圈中的用途。所述高镁低稀土奥氏体蠕墨铸铁的制备方法，包括步骤：1）将增碳剂、生铁、废钢加入中频感应电炉熔炼，其中，增碳剂置于最底层；熔化后加入电解镍、电解铜、硅铁、铬铁、锰铁继续熔炼，有熔融铁液后加入回炉铁屑；2）当铸铁溶液成分合格且温度达到1500-1600℃时，保温10-20分钟；3）中转包底部放入0.2-0.8%的高镁蠕化剂，并加入0.10-0.18%海绵钛和0.3-0.7%的硅钡孕育剂，采用回炉铁屑将高镁蠕化剂、海绵钛以及硅钡孕育剂全部覆盖；4）将步骤2）的铁液倒入步骤3）的中转包中，进行蠕化以及第一次孕育处理90±15秒；5）蠕化以及第一次孕育完成后，将铁液转入浇注小浇包中，加入0.1-0.3%的硅钡孕育剂和0.1-0.2%的铸铁除渣剂，进行第二次孕育处理；6）扒渣后浇注到离心铸造机模具，浇注温度为1400-1450℃，得铸铁镶圈毛坯。其中，步骤3）和步骤6）中涉及的百分数均为相应物质的质量与铁液质量相比的质量百分数。作为优选方案，所述高镁蠕化剂为低稀土高镁硅钙铁合金，所述高镁蠕化剂中镁的质量分数为6-10%；所述高镁蠕化剂的粒度为4-30mm。作为优选方案，步骤3）中所述海绵钛的粒度为2-8mm。作为优选方案，步骤3）和步骤5）所述硅钡孕育剂的粒度为2-8mm。本专利技术的有益效果为：本专利技术与本申请人申请的、公布号为“CN106811677A”、专利名称为“一种活塞镶圈铸铁材料及其制造方法”的专利技术专利的主要区别点包括：1）本专利技术铸铁中镁的含量显著提高，同时较小程度的增加了钛的含量；在公布号为“CN106811677A”、专利名称为“一种活塞镶圈铸铁材料及其制造方法”的专利中，其实钛视为杂质元素，没有专门加入钛，而本专利技术在蠕化时加入少量海绵钛；经试验证明，增加镁的量，可以促进石墨球化，而增加钛会阻碍石墨球化，而当镁与钛在一定的比例范围时，蠕化率显著提高。2）锰的质量分数显著提高；铸铁中Mn本身是阻止石墨化元素，铸铁中S是强烈阻碍石墨化的元素，S还会降低铸铁的力学性能和流动性。因此，铸铁中含S越少越好。但Mn与S化合形成MnS，减弱了S对石墨化的不利影响，故铸铁中允许有适量的Mn。适当的提高锰的含量，一般灰铸铁锰含量为0.3%～2.0%，在铸件不出现白口的情况下尽量取上限，能提高铸铁的抗拉强度；本专利技术锰的含量使得本专利技术所得铸铁抗拉强度达到最高值。3）本专利技术在蠕化处理前，采用回炉铁屑将高镁蠕化剂、海绵钛以及硅钡孕育剂全部覆盖；该处理可以有效降低蠕化剂反应速度，增加蠕化率。4）采用炉外加入蠕化剂，在中转包中进行蠕化，可以有效降低蠕化剂反应速度，增加蠕化率。5）钛采用炉外加入，与高镁蠕化剂共同加入中转包，利用镁与钛对石墨化的相反的影响效果，增加蠕化率。6）本专利技术经过两次孕育处理。二次孕育有效促进石墨化，细化共晶团。7）本专利技术所得毛坯，铸铁组织为奥氏体基体、蠕虫状石墨和极少部分团球状石墨；本专利技术所得铸铁蠕化率≥91%，抗拉强度超过360MPa，线膨胀系数达到18.9*10-6，采用本专利技术铸铁制得的镶圈用于活塞上，通过CAE分析可有效满足国六发动机对活塞的性能要求。本专利技术通过调整镁、钛、稀土以及锰的含量，进一步显著提升了铸铁蠕化率，获得了极好的抗拉强度和耐磨性，耐磨性提高了25%以上，克服了技术缺陷，取得了意料不到的效果。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高镁低稀土奥氏体蠕墨铸铁，其特征在于，按照质量百分比，由以下化学组分组成：碳2.0‑3.8%、硅1.5‑3.0%、锰0.8‑2%、镍7‑18%、铜3‑8%、铬0.05‑2.7%、镁0.08‑0.12%、稀土≤0.03%、钛0.1‑0.18%、硫≤0.08%、磷≤0.15%，其余为铁和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种高镁低稀土奥氏体蠕墨铸铁，其特征在于，按照质量百分比，由以下化学组分组成：碳2.0-3.8%、硅1.5-3.0%、锰0.8-2%、镍7-18%、铜3-8%、铬0.05-2.7%、镁0.08-0.12%、稀土≤0.03%、钛0.1-0.18%、硫≤0.08%、磷≤0.15%，其余为铁和不可避免的杂质。2.如权利要求1所述高镁低稀土奥氏体蠕墨铸铁，其特征在于：按照质量百分比，由以下化学组分组成：碳2.8-3.2%、硅2.2-2.6%、锰1.0-1.5%、镍10-15%、铜4-6%、铬1.0-1.5%、镁0.09-0.11%、稀土≤0.03%、钛0.13-0.16%、硫≤0.08%、磷≤0.15%，其余为铁和不可避免的杂质。3.如权利要求1或2所述高镁低稀土奥氏体蠕墨铸铁，其特征在于：按照质量百分比，由以下化学组分组成：碳2.9-3.0%、硅2.3-2.5%、锰1.1-1.3%、镍11-13%、铜4.5-5.5%、铬1.1-1.3%、镁0.10-0.11%、稀土≤0.02%、钛0.14-0.15%、硫≤0.06%、磷≤0.12%，其余为铁和不可避免的杂质。4.如权利要求1所述高镁低稀土奥氏体蠕墨铸铁在活塞镶圈中的用途。5.如权利要求1所述高镁低稀土奥氏体蠕墨铸铁的制备方法，其特征在于，包括步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：牟俊东，王广青，张卫东，朱俊奎，张涛，李金辉，李小勇，
申请(专利权)人：滨州渤海活塞有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37