專利名稱：貝氏體球墨鑄鐵活塞環(huán)的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)零部件制造方法，具體的說是一種活塞環(huán)的制造方法。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃機(jī)是一種用途廣泛的動(dòng)力機(jī)械設(shè)備，它是通過燃料在機(jī)器內(nèi)部燃燒，將其釋放出的熱能直接轉(zhuǎn)換為動(dòng)能的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)?；钊h(huán)是內(nèi)燃機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中最為關(guān)鍵的零部件之一。活塞環(huán)在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中起著密封燃燒室和曲軸箱、傳遞活塞熱量、控制油耗的作用?；钊h(huán)工作過程中，既要承受高溫、高壓，又要承受劇烈的磨損和較大的沖擊負(fù)荷作用，工作條件相當(dāng)惡劣，活塞環(huán)必須要有良好的耐磨性、較高的強(qiáng)度及足夠的韌性。為了延長(zhǎng)活塞環(huán)的使用壽命，對(duì)活塞環(huán)的材質(zhì)提出了較高要求
發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是提供一種貝氏體球墨鑄鐵活塞環(huán)的制造方法，可以不經(jīng)過熱處理過程，直接在鑄態(tài)下獲得貝氏體組織，使得活塞環(huán)具有高強(qiáng)度、高韌性和高耐磨性。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是
一種貝氏體球墨鑄鐵活塞環(huán)的制造方法，所述貝氏體球墨鑄鐵活塞環(huán)材質(zhì)中的化學(xué)組分及重量百分含量為
C :3· 2 % 4. O % ;Si :2· I % 3. O % ;Mn :0· 2 % O. 6 % ;P 彡 O. 12 % ;Mo :0· 4 % I. 5% ；Cu 0. 4% I. 5% ；S ( O. 05% ;其余為Fe和不可避免雜質(zhì)；
上述貝氏體球墨鑄鐵活塞環(huán)的制造方法包括以下步驟
A、采用專用模板，在自動(dòng)造型機(jī)上用疊箱砂型鑄造；
B、將制作貝氏體球墨鑄鐵活塞環(huán)的各種組分按重量百分比放置在變頻電爐中進(jìn)行熔煉，熔煉過程中勻速升溫至1595°C 1630°C進(jìn)行過熱處理，再靜置到1580°C 1610°C的出爐溫度；
將稀土鎂球化劑預(yù)埋在澆包包底，球化劑上層放置覆蓋劑，當(dāng)鐵水靜置到出爐溫度后，從變頻電爐中往澆包先倒入占澆包2/3體積的鐵水，靜置Imin后球化處理完成，再繼續(xù)倒入剩余1/3的鐵水；在倒入剩余1/3鐵水的過程中使用硅鍶孕育劑進(jìn)行兩次隨流孕育處理，總孕育量為O. 8% I. 0% ;孕育處理后進(jìn)行澆注，澆注溫度為1380°C 1440°C ；
C、待砂型內(nèi)具有貝氏體基體組織的球墨鑄鐵活塞環(huán)毛坯冷卻到室溫時(shí)，將砂型和貝氏體球墨鑄鐵活塞環(huán)毛坯一起放置在震動(dòng)落砂機(jī)中，使砂型與鑄件分開，之后進(jìn)行拋丸處理，清除表面粘砂；
D、毛坯整理入庫(kù)。本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于所述專用模板包括底板以及設(shè)置在底板上的澆注系統(tǒng)。本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于所述澆注系統(tǒng)包括設(shè)置在底板中心與底板平面垂直的直澆道以及設(shè)置在底板上的與直澆道連通的橫澆道，底板上沿橫澆道的兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有四個(gè)活塞環(huán)模型，所述活塞環(huán)模型通過內(nèi)澆道與橫澆道相連通。由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明取得的技術(shù)進(jìn)步是
本發(fā)明通過調(diào)整活塞環(huán)材質(zhì)中的化學(xué)組分并使用合理的生產(chǎn)工藝，使得生產(chǎn)的貝氏體球墨鑄鐵活塞環(huán)在鑄態(tài)下形成貝氏體基體組織，具有良好的耐沖擊性、耐熱疲勞性和耐磨性。貝氏體球墨鑄鐵活塞環(huán)的彈性模量> 170000 N/mm2，抗彎強(qiáng)度> 2500 N/mm2，抗拉強(qiáng)度^ 650 N/mm2。貝氏體球墨鑄鐵活塞環(huán)毛坯不經(jīng)過熱處理，就達(dá)到了需要熱處理才能實(shí)現(xiàn)的性能要求。此種毛坯的開發(fā)，降低了能源的消耗，避免了由于熱處理而造成地氧化、變形等質(zhì)量問題，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，縮短了加工流程，降低了生產(chǎn)成本。如生產(chǎn)外徑為Φ126貝氏體球墨鑄鐵活塞環(huán)，每熱處理10萬(wàn)片約需23000度電，電力成本約13800元，整個(gè)過程共需要325小時(shí)；生產(chǎn)鑄態(tài)貝氏體球墨鑄鐵活塞環(huán)，不經(jīng)過熱處理，耗時(shí)只需65小時(shí)。由此可見，每10萬(wàn)片可節(jié)約電力成本約13800元，生產(chǎn)效率提高了 80%。 通過對(duì)活塞環(huán)材質(zhì)中的化學(xué)組分及重量百分含量的控制，加入提高球鐵淬透性的元素Mo、Cu,可促使鑄件在冷卻過程中避開珠光體轉(zhuǎn)變溫度，不用經(jīng)過熱處理，在鑄態(tài)下就可形成貝氏體。選擇稀土鎂作為球化劑，將稀土鎂球化劑預(yù)埋在澆包包底，球化劑上層放置覆蓋齊U，這樣對(duì)鐵水進(jìn)行球化處理既可以確保球化效果，也使得反應(yīng)過程平緩，消除安全隱患。選擇硅鍶作為孕育劑，并進(jìn)行二次隨流孕育處理，可以防止由于化學(xué)組分含量中Mo、Cu等元素含量較高、鐵水過冷度較大導(dǎo)致對(duì)鐵水進(jìn)行球化處理時(shí)碳化物的形成，提高產(chǎn)品朝性。采用專用模板可以防止因模具拆裝引起的人為偏差，影響鑄件質(zhì)量。澆注系統(tǒng)布局合理，可提高型腔強(qiáng)度，保證鐵水充型速度，有利于鐵水合理充型，減少鑄造缺陷，提高毛坯質(zhì)量。


圖I是本發(fā)明的專用模板示意 圖2是本發(fā)明實(shí)施例I所得毛坯的100X石墨形態(tài) 圖3是本發(fā)明實(shí)施例I所得毛坯的500 X基體組織圖。其中，I、底板，2、直澆道，3、橫澆道，4、內(nèi)澆道。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明
實(shí)施例I
一種貝氏體球墨鑄鐵活塞環(huán)，進(jìn)行原料配比時(shí)，選用優(yōu)質(zhì)原材料，按以下組分和重量百分比配料C 3. 2% ；Si 2. 5% ；Mn :0. 3% ；P :0. 12% ；Mo :0. 65% ；Cu I. 5% ；S :0. 05% ；其余為Fe和不可避免雜質(zhì)。貝氏體球墨鑄鐵活塞環(huán)的制備方法如下所述
A、采用專用模板，在自動(dòng)造型機(jī)上用疊箱砂型鑄造。專用模板如圖I所示，包括底板I以及設(shè)置在底板I上的澆注系統(tǒng)，澆注系統(tǒng)主要包括直澆道2，橫澆道3和內(nèi)澆道4。直澆道2設(shè)置在底板中心并與底板平面垂直。橫澆道3設(shè)置在底板上，與直澆道I相連通。底板I上沿橫澆道3的兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置四個(gè)活塞環(huán)模型，內(nèi)澆道4的數(shù)量根據(jù)活塞環(huán)模型數(shù)量確定，內(nèi)澆道4 一端與橫澆道3相連通，另一端分別連接各個(gè)活塞環(huán)模型。造型的每摞型型高685 mm 720mm，砂型硬度85 95。對(duì)造型用型砂的性能要求為濕壓強(qiáng)度I. 4 Kg/cm2 I. 6Kg/cm2 ;緊實(shí)率25% 40% ;含水量3. 3% 4% ;含泥量(15% ;有效膨潤(rùn)土含量彡8% ;透氣性彡50。B、將制作貝氏體球墨鑄鐵活塞環(huán)的各種組分按重量百分比放置在變頻電爐中進(jìn)行熔煉，熔煉過程中勻速升溫，除C、Si當(dāng)量外，其余化學(xué)成分均按爐后化學(xué)成分控制。爐內(nèi)鐵水化學(xué)成分中C考慮到O. 1%燒損量，可控制在3. 3% 4. 1%，小于3.3%時(shí)加入QlO生鐵調(diào)整至3. 3%以上；大于4. 1%時(shí)加入廢鋼調(diào)整至4. 1%以下。爐內(nèi)鐵水化學(xué)成分中Si控制在I. 5% I. 9%，小于I. 5%時(shí)向爐內(nèi)補(bǔ)加結(jié)晶硅或75硅鐵，使Si含量大 于I. 5% ;大于I. 9%時(shí)向爐內(nèi)補(bǔ)加QlO生鐵或廢鋼，使Si含量小于I. 9%，補(bǔ)加的QlO生鐵或廢鋼均須預(yù)熱。根據(jù)鐵水化學(xué)成分及鐵水凝固特點(diǎn)，確定鐵水出爐溫度為1580°C 1610°C。為提高鐵水純凈度，還需對(duì)鐵水進(jìn)行過熱處理，過熱度選擇高于鐵水出爐溫度15°C 20°C，SP先把鐵水過熱到1595°C 1630°C后，再靜置到1580°C 1610°C的出爐溫度。選用稀土鎂作為球化劑，將球化劑預(yù)埋在澆包包底，球化劑上層用覆蓋劑隔離，當(dāng)鐵水靜置到出爐溫度后，從變頻電爐中往澆包先倒入占澆包2/3體積的鐵水，靜置Imin后球化處理完成，再繼續(xù)倒入剩余1/3的鐵水。由于化學(xué)成分含量中Mo、Cu等元素含量較高，同時(shí)球化劑的加入使得鐵水的過冷傾向增大，容易產(chǎn)生碳化物。為有效消除碳化物，促進(jìn)析出大量細(xì)小圓整的石墨球，球化處理之后還應(yīng)該對(duì)鐵水進(jìn)行孕育處理。本發(fā)明選擇硅鍶作為孕育劑，為使硅鍶孕育劑被充分吸收，進(jìn)行二次隨流孕育。一次孕育時(shí)孕育劑粒度為3 mm 6mm，孕育劑加入量為O. 4% O. 5% ;二次孕育時(shí)孕育劑粒度為I mm 3mm，孕育劑加入量為O. 4%。兩次孕育處理的總孕育量為O. 8% I. 0%。孕育處理后，將澆包拉到放置砂型的工位進(jìn)行澆注，澆注溫度為1380°C 1440°C，為保持孕育效果，防止球化衰退，鐵水澆鑄必須在3分鐘之內(nèi)完成。C、待砂型內(nèi)具有貝氏體基體組織的球墨鑄鐵活塞環(huán)毛坯冷卻到室溫時(shí)，將砂型和貝氏體球墨鑄鐵活塞環(huán)毛坯一起放置在震動(dòng)落砂機(jī)中，使砂型與鑄件分開，之后進(jìn)行拋丸處理，清除表面粘砂。D、毛坯整理入庫(kù)。本實(shí)施例通過調(diào)整材質(zhì)中的化學(xué)組分并使用合理的生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)出的貝氏體球墨鑄鐵活塞環(huán)的硬度為HB 378 ;彈性模量為172955 N/mm2 ;熱穩(wěn)定性為96% ;抗彎強(qiáng)度為2850N/mm2 ;抗拉強(qiáng)度為 694 N/mm2。金相顯微組織如圖2、圖3所示，石墨形態(tài)為球狀石墨，球化率彡80%，球大小(45um ;基體組織主要為貝氏體，游離鐵素體彡5%，游離滲碳體及磷共晶彡5%。實(shí)施例2 實(shí)施例8
各實(shí)施例的工藝條件、制造方法與實(shí)施例I相同，貝氏體球墨鑄鐵活塞環(huán)材質(zhì)中的化學(xué)組分及百分含量如表I所示
權(quán)利要求
1.一種貝氏體球墨鑄鐵活塞環(huán)的制造方法，其特征在于所述貝氏體球墨鑄鐵活塞環(huán)材質(zhì)中的化學(xué)組分及重量百分含量為C3. 2% 4. 0% ；Si2. 1% 3. 0% ；MnO. 2% O. 6% ；P ( O. 12% ；Mo0. 4% I. 5% ；CuO. 4% I. 5% ；S ( O. 05% ;其余為Fe和不可避免雜質(zhì)； 上述貝氏體球墨鑄鐵活塞環(huán)的制造方法包括以下步驟 A、采用專用模板，在自動(dòng)造型機(jī)上用疊箱砂型鑄造； B、將制作貝氏體球墨鑄鐵活塞環(huán)的各種組分按重量百分比放置在變頻電爐中進(jìn)行熔煉，熔煉過程中勻速升溫至1595°C 1630°C進(jìn)行過熱處理，再靜置到1580°C 1610°C的出爐溫度； 將稀土鎂球化劑預(yù)埋在澆包包底，球化劑上層放置覆蓋劑，當(dāng)鐵水靜置到出爐溫度后，從變頻電爐中往澆包先倒入占澆包2/3體積的鐵水，靜置Imin后球化處理完成，再繼續(xù)倒入剩余1/3的鐵水；在倒入剩余1/3鐵水的過程中使用硅鍶孕育劑進(jìn)行兩次隨流孕育處理，總孕育量為O. 8% I. 0% ;孕育處理后進(jìn)行澆注，澆注溫度為1380°C 1440°C ； C、待砂型內(nèi)具有貝氏體基體組織的球墨鑄鐵活塞環(huán)毛坯冷卻到室溫時(shí)，將砂型和貝氏體球墨鑄鐵活塞環(huán)毛坯一起放置在震動(dòng)落砂機(jī)中，使砂型與鑄件分開，之后進(jìn)行拋丸處理，清除表面粘砂； D、毛坯整理入庫(kù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的貝氏體球墨鑄鐵活塞環(huán)的制造方法，其特征在于所述專用模板包括底板(I)以及設(shè)置在底板(I)上的澆注系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的貝氏體球墨鑄鐵活塞環(huán)的制造方法，其特征在于所述澆注系統(tǒng)包括設(shè)置在底板中心與底板平面垂直的直澆道(2)以及設(shè)置在底板上的與直澆道連通的橫澆道(3)，底板(I)上沿橫澆道(3)的兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有四個(gè)活塞環(huán)模型，所述活塞環(huán)模型通過內(nèi)澆道(4)與橫澆道(3)相連通。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種貝氏體球墨鑄鐵活塞環(huán)的制造方法，其化學(xué)組分及重量百分含量為C 3.2％～4.0％；Si 2.1％～3.0％；Mn 0.2％～0.6％；P≤0.12％；Mo 0.4％～1.5％；Cu 0.4％～1.5％；S≤0.05％；其余為Fe和不可避免雜質(zhì)；制造方法包括制作專用模板、混砂、造型、熔煉、澆注、落砂、清理、入庫(kù)等工藝過程。所述熔煉過程中包括對(duì)鐵水過熱處理，球化處理和兩次隨流孕育處理。通過本發(fā)明生產(chǎn)的球墨鑄鐵活塞環(huán)，可以不經(jīng)過熱處理過程，在鑄態(tài)下得到貝氏體基體組織，具有高強(qiáng)度、高韌性和高耐磨性，降低了能源的消耗，避免了由于熱處理而造成氧化、變形等質(zhì)量問題，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，縮短了加工流程，降低了生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)B22D1/00GK102876962SQ201210323700
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月5日
發(fā)明者王季明, 張彩霞, 王煥平 申請(qǐng)人:石家莊金剛凱源動(dòng)力科技有限公司