一种缸体用易切削灰铸铁合金及其制备方法

摘要

本发明提出了一种缸体用易切削灰铸铁合金及其制备方法，所述灰铸铁合金的化学成分按重量百分比计包括：C：3.3％‑3.6％、Si：1.7％‑2.0％、Mn：0.6％‑0.8％、Cr：0.30％‑0.36％、V：0.12‑0.20％、Cu：0.5‑0.7％、S：0.1％‑0.15％、P：≤0.1％，其余为Fe和杂质；所述灰铸铁合金的金相组织中，石墨形态为A型，珠光体的体积分数不低于95％。本发明提出的一种缸体用易切削灰铸铁合金及其制备方法，该灰铸铁合金在保证其抗拉强度的同时，改善其切削加工性能。

权利要求

1.一种缸体用易切削灰铸铁合金，其特征在于，所述灰铸铁合金的化学成分按重量百分比计包括：C：3.3％‑3.6％、Si：1.7％‑2.0％、Mn：0.6％‑0.9％、Cr：0.30％‑0.36％、V：0.12‑

0.20％、Cu：0.5‑0.7％、S：0.1％‑0.15％、P：≤0.1％，其余为Fe和杂质；

所述灰铸铁合金的金相组织中，石墨形态为A型，珠光体的体积分数不低于95％；

其中，碳当量为3.9％‑4.2％，硅碳比为0.5‑0.6，且6.5≥[Mn]/[S]≥5.2，[Mn]、[S]分别为Mn、S的重量百分比含量。

2.根据权利要求1所述的缸体用易切削灰铸铁合金，其特征在于，所述灰铸铁合金的杂质中，Ti：≤0.05％。

3.根据权利要求1或2所述的缸体用易切削灰铸铁合金，其特征在于，所述灰铸铁合金的力学性能中，整体硬度为230HB‑250HB。

4.一种权利要求1‑3任一项所述的缸体用易切削灰铸铁合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、按所述灰铸铁合金的化学成分投料，熔炼成铁水后升温至1520‑1540℃，脱气除渣，得到精炼铁液；

S2、将S1得到的精炼铁液中倒入包内孕育剂包底的浇注包内，搅拌铁液使包内孕育剂融化，得到浇铸铁液；

S3、将S2得到的浇铸铁液浇注至模具的型腔内，浇注时加入随流孕育剂，凝固成型后，即得到所述缸体用易切削灰铸铁合金。

5.根据权利要求4所述的缸体用易切削灰铸铁合金的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述投料原料包括生铁、回炉料、废钢、锰铁、硅铁、铬铁、硫铁、钒铁、铜以及增碳剂。

6.根据权利要求4或5所述的缸体用易切削灰铸铁合金的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述包内孕育剂为硅铁孕育剂，其添加量为所述精炼铁液重量的0.3％‑0.5％。

7.根据权利要求6所述的缸体用易切削灰铸铁合金的制备方法，其特征在于，所述硅铁孕育剂为75SiFe孕育剂。

8.根据权利要求4或5所述的缸体用易切削灰铸铁合金的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述随流孕育剂为硅钡孕育剂，其添加量为所述浇铸铁液重量的0.1％‑0.2％。

9.根据权利要求8所述的缸体用易切削灰铸铁合金的制备方法，其特征在于，所述硅钡孕育剂为65SiBaFe孕育剂，其粒径为0.1mm‑0.4mm。

10.根据权利要求4或5所述的缸体用易切削灰铸铁合金的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述浇注温度为1450℃‑1480℃。

说明书

一种缸体用易切削灰铸铁合金及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及金属铸造技术领域，尤其涉及一种缸体用易切削灰铸铁合金及其制备方法。

背景技术

[0002] 近年来，随着对高强度灰铸铁合金的不断研究，许多企业生产的缸体灰铸铁件的力学性能已经与国外铸件达到同等水平，都符合性能上的要求。并且开发出具有自主独立知识产权的国产高强度灰铸铁大马力柴油发动机缸体。但是，国内汽车工业与国外先进水平仍存较大的差距，国内高强度缸体、缸盖与进口高强度缸体、缸盖相比，加工生产效率是进口件的40％‑80％。生产效率大大的提高了成本。

[0003] 在我国，卡车柴油机缸体和缸盖铸件的材质几乎全部采用高强度灰铸铁合金，只有大马力发动机缸盖个别采用了蠕铁合金。而发动机缸体、缸盖铸件的尺寸大、结构复杂、必须具有较高的力学性能和热疲劳性能，因此，对其基体组织要求严格，铸件本体部位的珠光体含量95％以上，石墨形态呈A型。与此同时，还要求高强度灰铸铁有良好的加工性能。

[0004] 传统控制灰铸铁性能的方法是通过降低碳的含量，提高锰的含量来增加珠光体的数量，达到提高强度的目的，但是，存在着铸造工艺性能变差，白口倾向增加等问题。如何在确保缸体用灰铸铁合金具有较高强度同时，改善其切削加工性能，这是值得我们长期探索的一个方向。

发明内容

[0005] 基于背景技术中存在的技术问题，本发明提出了一种缸体用易切削灰铸铁合金及其制备方法，该灰铸铁合金在保证其抗拉强度的同时，改善其切削加工性能。

[0006] 本发明提出的一种缸体用易切削灰铸铁合金，所述灰铸铁合金的化学成分按重量百分比计包括：

[0007] C：3.3％‑3.6％、Si：1.7％‑2.0％、Mn：0.6％‑0.8％、Cr：0.30％‑0.36％、V：0.12‑0.20％、Cu：0.5‑0.7％、S：0.1％‑0.15％、P：≤0.1％，其余为Fe和杂质；

[0008] 所述灰铸铁合金的金相组织中，石墨形态为A型，珠光体的体积分数不低于95％。

[0009] 本发明中，通过优化所述灰铸铁合金的化学组分以及配比，使所述灰铸铁合金中能够形成细小、弯曲、端部钝化的A型石墨，并由此达到提高强度和改善切削加工的目的。具体在优化所述灰铸铁合金的化学组分以及配比中，本发明通过控制碳当量和硅碳比的配比范围，将碳当量控制在3.9％‑4.2％之间，并且硅碳比则控制在0.5‑0.6之间，从而获得了一种高强度硬度适当的灰铸铁合金，并有效改善了灰铸铁合金的切削加工性。

[0010] 优选地，6.5≥[Mn]/[S]≥5.2，[Mn]、[S]分别为Mn、S的重量百分比含量。

[0011] 本发明中，通过选择适当的锰硫元素配比来提高灰铸铁合金的强度。发明人发现，在碳当量控制为3.9％‑4.2％之间时，控制[Mn]/[S]配比为5.2‑6.5之间时，此时生成的硫化锰是以粒状形态存在，其可以成为石墨的核心，使得石墨形核生长，促进石墨化，并进一步改善石墨的形态及细化程度，增加石墨球数，从而达到改善合金强度和切削性的目的。

[0012] 优选地，所述灰铸铁合金的杂质中，Ti：≤0.05％。

[0013] 由于Ti在铁液中主要以TiN的形式存在，本发明中为了避免TiN作为铸态组织中的硬质相容易降低刀具寿命，造成切削加工性能较差的缺陷，控制Ti含量不大于0.05％。

[0014] 优选地，所述灰铸铁合金的力学性能中，整体硬度为230HB‑250HB。

[0015] 本发明还提出一种缸体用易切削灰铸铁合金的制备方法，包括如下步骤：

[0016] S1、按所述灰铸铁合金的化学成分投料，熔炼成铁水后升温至1520‑1540℃，脱气除渣，得到精炼铁液；

[0017] S2、将S1得到的精炼铁液中倒入包内孕育剂包底的浇注包内，搅拌铁液使包内孕育剂融化，得到浇铸铁液；

[0018] S3、将S2得到的浇铸铁液浇注至模具的型腔内，浇注时加入随流孕育剂，凝固成型后，即得到所述缸体用易切削灰铸铁合金。

[0019] 优选地，步骤S1中，所述投料原料包括生铁、回炉料、废钢、锰铁、硅铁、铬铁、硫铁、钒铁、铜以及增碳剂。

[0020] 优选地，步骤S2中，所述包内孕育剂为硅铁孕育剂，其添加量为所述精炼铁液重量的0.3％‑0.5％。

[0021] 优选地，所述硅铁孕育剂为75SiFe孕育剂。

[0022] 优选地，步骤S3中，所述随流孕育剂为硅钡孕育剂，其添加量为所述浇铸铁液重量的0.1％‑0.2％；

[0023] 优选地，所述硅钡孕育剂为65SiBaFe孕育剂，其粒径为0.1mm‑0.4mm。

[0024] 优选地，步骤S3中，所述浇注温度为1450℃‑1480℃。

[0025] 相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：本发明通过对灰铸铁合金的化学成分进行控制，使各元素之间相互协同，配合发挥作用，不仅保证了灰铸铁合金的力学性能，还提高了切削加工性能。

具体实施方式

[0026] 下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明，但是应该明确，提出这些实施例用于举例说明，但并不解释为限制本发明的范围。

[0027] 实施例1

[0028] 一种缸体用易切削灰铸铁合金，其化学成分按重量百分比计包括C：3.53％、Si：1.92％、Mn：0.76％、Cr：0.33％、V：0.15％、Cu：0.58％、S：0.13％、P：0.08％，其余为Fe和杂质；其中，Mn与S的比值为5.8；

[0029] 上述缸体用易切削灰铸铁合金的制备方法如下：

[0030] (1)将生铁、废钢加入中频电炉内，升温至1200℃，待固体熔化后加入回炉料、锰铁、硅铁、铬铁、硫铁、钒铁、铜以及增碳剂，升温至1390℃，熔化成铁水后取样检测并调质处理，继续升温至1530℃，保温静置7min后脱气除渣，得到精炼铁液；

[0031] (2)提供一铁水包，加热至700℃烘干，铁水包内加入包内孕育剂包底，包底为平底，包内孕育剂为75SiFe孕育剂，在200℃烘烤至干后使用，其添加量为所述精炼铁液重量的0.4％，快速将所述精炼铁液倒入铁水包内，搅拌铁液使包内孕育剂融化，得到浇铸铁液；

[0032] (3)将所述浇铸铁液浇注至模具的型腔内，在浇注时随流加入与随流孕育剂，随流孕育剂为65SiBaFe孕育剂，粒径为0.2mm，其添加量为所述浇铸铁液重量的0.1％，浇注温度为1460℃，浇注时间为10min，成型后即得到缸体用易切削灰铸铁合金。

[0033] 将本实施例制备的灰铸铁合金在DMI5000M金相显微镜下观察石墨形态，依据国标GB/T7216‑2009灰铸铁金相检验标准可知，石墨呈A型分布，石墨长度4级。

[0034] 实施例2

[0035] 实施例2分别用实施例1中所述原料生产缸体用易切削灰铸铁合金，各实施例的灰铸铁的化学成分如表1所示。

[0036] 所述缸体用易切削灰铸铁合金的制备方法如下：

[0037] (1)将生铁、废钢加入中频电炉内，升温至1200℃，待固体熔化后加入回炉料、锰铁、硅铁、铬铁、硫铁、钒铁、铜以及增碳剂，升温至1390℃，熔化成铁水后取样检测并调质处理，继续升温至1520℃，保温静置10min后脱气除渣，得到精炼铁液；

[0038] (2)提供一铁水包，加热至700℃烘干，铁水包内加入包内孕育剂包底，包底为平底，包内孕育剂为75SiFe孕育剂，在200℃烘烤至干后使用，其添加量为所述精炼铁液重量的0.3％，快速将所述精炼铁液倒入铁水包内，搅拌铁液使包内孕育剂融化，得到浇铸铁液；

[0039] (3)将所述浇铸铁液浇注至模具的型腔内，在浇注时随流加入与随流孕育剂，随流孕育剂为65SiBaFe孕育剂，粒径为0.4mm，其添加量为所述浇铸铁液重量的0.1％，浇注温度为1480℃，浇注时间为10min，成型后即得到缸体用易切削灰铸铁合金。

[0040] 实施例3

[0041] 实施例3分别用实施例1中所述原料生产缸体用易切削灰铸铁合金，各实施例的灰铸铁的化学成分如表1所示。

[0042] 所述缸体用易切削灰铸铁合金的制备方法如下：

[0043] (1)将生铁、废钢加入中频电炉内，升温至1200℃，待固体熔化后加入回炉料、锰铁、硅铁、铬铁、硫铁、钒铁、铜以及增碳剂，升温至1390℃，熔化成铁水后取样检测并调质处理，继续升温至1540℃，保温静置5min后脱气除渣，得到精炼铁液；

[0044] (2)提供一铁水包，加热至700℃烘干，铁水包内加入包内孕育剂包底，包底为平底，包内孕育剂为75SiFe孕育剂，在200℃烘烤至干后使用，其添加量为所述精炼铁液重量的0.5％，快速将所述精炼铁液倒入铁水包内，搅拌铁液使包内孕育剂融化，得到浇铸铁液；

[0045] (3)将所述浇铸铁液浇注至模具的型腔内，在浇注时随流加入与随流孕育剂，随流孕育剂为65SiBaFe孕育剂，粒径为0.1mm，其添加量为所述浇铸铁液重量的0.2％，浇注温度为1450℃，浇注时间为15min，成型后即得到缸体用易切削灰铸铁合金。

[0046] 实施例4

[0047] 实施例4分别用实施例1中所述原料生产缸体用易切削灰铸铁合金，各实施例的灰铸铁的化学成分如表1所示。

[0048] 所述缸体用易切削灰铸铁合金的制备方法如下：

[0049] (1)将生铁、废钢加入中频电炉内，升温至1200℃，待固体熔化后加入回炉料、锰铁、硅铁、铬铁、硫铁、钒铁、铜以及增碳剂，升温至1390℃，熔化成铁水后取样检测并调质处理，继续升温至1530℃，保温静置8min后脱气除渣，得到精炼铁液；

[0050] (2)提供一铁水包，加热至700℃烘干，铁水包内加入包内孕育剂包底，包底为平底，包内孕育剂为75SiFe孕育剂，在200℃烘烤至干后使用，其添加量为所述精炼铁液重量的0.4％，快速将所述精炼铁液倒入铁水包内，搅拌铁液使包内孕育剂融化，得到浇铸铁液；

[0051] (3)将所述浇铸铁液浇注至模具的型腔内，在浇注时随流加入与随流孕育剂，随流孕育剂为65SiBaFe孕育剂，粒径为0.2mm，其添加量为所述浇铸铁液重量的0.1％，浇注温度为1470℃，浇注时间为10min，成型后即得到缸体用易切削灰铸铁合金。

[0052] 对比例1

[0053] 一种缸体用灰铸铁合金，其化学成分如表1所示。

[0054] 上述缸体用灰铸铁合金的制备方法如下：

[0055] (1)将生铁、废钢加入中频电炉内，升温至1200℃，待固体熔化后加入回炉料、锰铁、硅铁、铬铁、硫铁、钒铁、铜以及增碳剂，升温至1390℃，熔化成铁水后取样检测并调质处理，继续升温至1530℃，保温静置7min后脱气除渣，得到精炼铁液；

[0056] (2)提供一铁水包，加热至700℃烘干，铁水包内加入包内孕育剂包底，包底为平底，包内孕育剂为75SiFe孕育剂，在200℃烘烤至干后使用，其添加量为所述精炼铁液重量的0.4％，快速将所述精炼铁液倒入铁水包内，搅拌铁液使包内孕育剂融化，得到浇铸铁液；

[0057] (3)将所述浇铸铁液浇注至模具的型腔内，在浇注时随流加入与随流孕育剂，随流孕育剂为65SiBaFe孕育剂，粒径为0.2mm，其添加量为所述浇铸铁液重量的0.1％，浇注温度为1460℃，浇注时间为10min，成型后即得到缸体用易切削灰铸铁合金。

[0058] 对比例2

[0059] 一种缸体用灰铸铁合金，其化学成分如表1所示。

[0060] 上述缸体用灰铸铁合金的制备方法如下：

[0061] (1)将生铁、废钢加入中频电炉内，升温至1200℃，待固体熔化后加入回炉料、锰铁、硅铁、铬铁、硫铁、钒铁、铜以及增碳剂，升温至1390℃，熔化成铁水后取样检测并调质处理，继续升温至1530℃，保温静置7min后脱气除渣，得到精炼铁液；

[0062] (2)提供一铁水包，加热至700℃烘干，铁水包内加入包内孕育剂包底，包底为平底，包内孕育剂为75SiFe孕育剂，在200℃烘烤至干后使用，其添加量为所述精炼铁液重量的0.4％，快速将所述精炼铁液倒入铁水包内，搅拌铁液使包内孕育剂融化，得到浇铸铁液；

[0063] (3)将所述浇铸铁液浇注至模具的型腔内，在浇注时随流加入与随流孕育剂，随流孕育剂为65SiBaFe孕育剂，粒径为0.2mm，其添加量为所述浇铸铁液重量的0.1％，浇注温度为1460℃，浇注时间为10min，成型后即得到缸体用易切削灰铸铁合金。

[0064] 表1实施例和对比例所述灰铸铁合金的化学组成(wt％)

[0065]   C Si Mn Cr V Cu S P Mn/S实施例1 3.53 1.92 0.76 0.33 0.15 0.57 0.13 0.08 5.8
实施例2 3.36 1.96 0.62 0.35 0.13 0.68 0.11 0.08 5.6
实施例3 3.57 1.73 0.79 0.30 0.19 0.52 0.14 0.07 5.6
实施例4 3.49 1.85 0.69 0.33 0.16 0.58 0.15 0.08 4.6
对比例1 3.66 1.82 0.74 0.31 0.15 0.56 0.13 0.08 5.7
对比例2 3.47 1.86 0.70 0.32 0.16 0.59 0.08 0.06 8.7

[0066] 对实施例和对比例所述灰铸铁合金的性能进行检测和对比，抗拉强度通过WAW‑Y500型万能材料试验机测定，拉伸试样按GB/T 228‑2002制备，硬度通过HB‑3000型布氏硬度计测定试样不同厚度处的硬度得到；刀具寿命采样基数OP10车削工序，对比相同刀具材料规格条件下每支刀片车削数量；测试结果如下表2所示：

[0067] 表2实施例和对比例所述灰铸铁合金的性能

[0068]  抗拉强度/MPa 硬度/HB 刀具寿命/件
实施例1 386 249 332
实施例2 372 251 308
实施例3 375 248 314
实施例4 363 257 276
对比例1 283 201 215
对比例2 348 263 233

[0069] 由上表可知，实施例的抗拉强度、硬度和切削加工性明显优于对比例。可知本发明所述灰铸铁合金，通过调整灰铸铁的成分元素配比，可以细化石墨，促进A型石墨生长，达到增加组织和性能的均匀性，降低断面敏感性，提高合金力学性能，改善切削加工性的目的。

[0070] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。