[发明专利]一种汽车飞轮用高强球墨铸铁及其高致密化铸造成形方法

说明书

技术领域

本发明属钢铁材料领域，具体涉及一种汽车飞轮用高强球墨铸铁及其高致密化铸造成形方法。

背景技术

随着汽车行业的快速发展，发动机的安全性能逐渐引起人们的重视。飞轮是柴油发动机中结构相对简单但起储能和驱动作用的零件，它通过储存发动机做功冲程外的能量，使曲柄连杆机构顺利越过上、下止点以完成辅助冲程，从而减小发动机运转过程中的速度波动；与此同时，飞轮在汽车传动系中又常常担起驱动摩擦离合器的任务。因此，飞轮的安全性能对于发动机的安全性能乃至整车运行的平稳性能具有重要的影响。

球墨铸铁因具有高的比强度和比刚度、优良的减振性能，以及能够通过铸造成形获得具有高承载能力的结构件，常用来制作高转速、大马力柴油发动机上的飞轮。球墨铸铁飞轮作为发动机摩擦离合器的主动部件，在服役过程中与离合器摩擦片高速摩擦并产生高温，致使飞轮表面磨损无法避免。在使用期间，若飞轮表面磨损量小且磨损均匀，则对飞轮的动平衡性和安全性影响较小；而磨损较大或不均匀磨损会加快飞轮的损伤，在高速旋转所产生的交变应力作用及高温工况条件下，飞轮容易产生裂纹，不仅使发动机无法正常启动，而且容易引发飞轮解体，造成人身安全事故。因此，提高飞轮用球墨铸铁的高温强度和耐磨性能对于提高发动机的整体安全性能显得尤为重要。

我国近年来关于铸铁飞轮的研究多集中于飞轮结构的改进，尚无提升飞轮所用球墨铸铁材料性能的研究，如：

中国专利CN201763497U公开了一种“汽油机飞轮”，飞轮的结构为：飞轮中心到边缘有四个以上的加强筋，其余部位镂空，此结构节省了制作材料，但镂空的飞轮体结构不利于球墨铸铁凝固时的补缩，对铸造工艺提出了更高的要求，同时没有涉及飞轮所用球墨铸铁材料性能提升的研究。

中国专利CN101270794 A公开了一种“发动机的带塑料风叶的组合飞轮”，将带叶片的铸铁飞轮整体件改为塑料风叶轮与铸铁飞轮的组合件，不仅降低了制造成本，还提高了发动机的经济性，但同样没有涉及飞轮所用球墨铸铁材料性能提升的研究。

中国专利CN202250542U公开了一种“通用汽油机球墨铸铁飞轮”，将飞轮本体与齿圈用球墨铸铁一次性浇铸成形，这种整体式结构不仅克服了齿圈通过热压工艺装配在本体上而导致的配合精度降低的缺陷，而且飞轮的强度高、重量轻、使用安全可靠，但同样没有涉及飞轮所用球墨铸铁材料性能提升的研究。

高速旋转下的飞轮承受巨大的惯性力，只有具备良好的动平衡性才能保证其自身在工作过程中运行平稳，这对铸件的内在质量同样提出了很高的要求。因此，决定飞轮安全性的因素除了飞轮所用材料以外，飞轮内部的质量对其亦有重要影响。目前球墨铸铁的糊状凝固方式以及砂型较差的导热性使得缩孔、缩松成为球墨铸铁件内部最常见的缺陷，特别是对于壁厚差较大的飞轮类铸件，要完全消除缩孔和缩松缺陷，得到内部组织致密的零件相当困难。飞轮中缩孔和缩松等缺陷聚集的部位因容易出现应力集中而诱发微裂纹，在交变应力作用下，微裂纹不断扩展、汇集、交叉，形成宏观裂纹并导致飞轮突然裂解。

汽车的高速化及装载重型化对发动机飞轮质量提出了更高的要求，传统的球墨铸铁飞轮因存在动平衡性差以及装车使用中发生裂解等问题，已难以满足日益增高的性能要求。而近年来，我国关于铸铁飞轮的研究多集中在飞轮结构的改进，对飞轮所用铸铁材料的性能提升尚无相关报道，对提高飞轮内部质量的高致密化铸造成形方法尚无详细研究。因此，开发新型汽车飞轮用的高强球墨铸铁及其高致密化铸造成形方法，对进一步提高发动机的可靠性和安全性，促进我国汽车产业的发展具有重要意义。

发明内容

针对以上问题，本发明提供一种汽车飞轮用高强球墨铸铁及其高致密化铸造成形方法，该球墨铸铁在室温及500℃高温下具有较好的力学性和耐磨性，其室温抗拉强度大于700MPa，HB大于280，500℃高温抗拉强度大于560MPa。飞轮的动不平衡量低于1270g·cm，提高了飞轮的动平衡性和安全性。

本发明的技术方案如下：

(1)一种汽车飞轮用高强球墨铸铁。

高强球墨铸铁的基体的珠光体含量在90％～95％，铁素体含量在5％～10％，同时添加少量的Mn、Ni、Cr和微量的Nb进行合金强化。合金元素组成及质量百分比范围为：C：3.2％～3.8％，Si：2.0％～2.5％，Mn：0.1％～0.5％，Ni：0.1％～1.0％，Cr：0.2％～1.0％，Nb：0.01％～0.05％，P：≤0.08％，S≤0.025％，Mg：0.02％～0.06％，Re：0.01％～0.05％，余量为Fe。