[发明专利]钢合金及其汽缸套

说明书

引言

在内燃机的燃烧循环过程中，为内燃机的机体内的汽缸提供空气/燃料混合物。空气/燃料混合物被压缩和/或点燃并燃烧以通过安置于汽缸内的活塞提供输出扭矩。由于活塞在汽缸内运动，活塞和汽缸之间的摩擦以及燃料的存在会使汽缸表面磨损并劣化。此外，燃烧压力以及活塞承受侧向负载会对汽缸孔产生极大的应力。

内燃机已在以往采用汽缸套来防止机体的磨损或损坏。汽缸套是由各种牌号的铸铁(如灰铸铁)而制成。选择铸铁的部分原因是其生产成本低、易于制造、导热性良好，使得孔形变最大限度地降低，并且由于存在起润滑剂的作用而减少与活塞环组的摩擦的游离石墨，其耐磨性也较好。遗憾的是，由于灰铸铁材料密度高(如大于7.1g/cm³)且需要较大的壁厚(如约2-4mm)来弥补较差的力学性能(如强度低、弹性模量小)，因此其会使机体显著增加非期望的重量。较大的壁厚不仅使发动机的重量增加，并且还会降低内燃机系统总效率，例如，在发动机为柴油或汽油发动机并驱动车辆的情况下。进一步地，灰铸铁汽缸套在使用过程中易破裂，部分原因是铸造过程中遗留下来的残余应力。

热熔射钢汽缸孔被认为是灰铸铁汽缸孔的替代选择，具体是因为壁厚非常小(100-300μm)而带来的重量减轻的有益效果。然而，制造热熔射孔较为复杂并且需要昂贵的材料及设备，但性能特性即便提高了，也只是略微得到提高。例如，相对于灰铸铁汽缸套，耐磨性的提高和摩擦减小的程度极低。进一步地，热熔射孔的高导热性使热管理复杂度提高，这是因为涂层和汽缸孔之间的热损失较大，且汽缸孔易形变性会引起意外的漏气及油耗。

发明内容

根据示例性实施例的一个方面，提供了一种钢合金。钢合金可以包括铁、低碳、硼、约0.8％至约2.1％的锰、约0.10％至约0.40％的硅、约0.05％至约0.30％的硫、约0.06％至约0.16％的磷、约0.09％至约0.21％的钛以及约0.09％至约0.21％的铝。含低碳的钢合金可以包括约0.17％至约0.26％的碳。含硼的钢合金可以包括约0.0005％至约0.0055％的硼。

根据示例性实施例的一个方面，提供了一种钢合金。钢合金可以包括铁、中碳、约0.8％至约2.1％的锰、约0.10％至约0.40％的硅、约0.05％至约0.30％的硫、约0.06％至约0.16％的磷、约0.09％至约0.21％的钛以及约0.09％至约0.21％的铝。含中碳的钢合金可以包括约0.24％至约0.51％的碳。中碳钢合金可以不含硼。

根据示例性实施例的一个方面，提供了一种钢合金汽缸套。钢合金汽缸套可以包括铁、约0.8％至约2.1％的锰、约0.10％至约0.40％的硅、约0.05％至约0.30％的硫、约0.06％至约0.16％的磷、约0.09％至约0.21％的钛、约0.09％至约0.21％的铝、以及低碳和约0.0005％至约0.0055％的硼，或中碳。汽缸套能够实现镜面抛光。汽缸套可以包括小于约1.50mm的壁厚。汽缸套可以包括约0.5mm至约1.0mm的壁厚。汽缸套可以包括至少200GPa的杨氏模量。汽缸套可以包括至少约25.64GPa/(g/cm³)的杨氏模量密度比。

虽然本文中许多实施例都描述了钢合金用作汽缸套，但本文中提供的钢合金还普遍适用于另外的应用。示例性实施例的其他目的、优点和新颖性特征将从下面对示例性实施例和附图的详细描述中变得更加清楚。

附图说明

图1为根据一个或多个实施例的钢合金汽缸套的侧视图。

图2为根据一个或多个实施例的制造并安装钢合金汽缸套的方法流程图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例进行描述。然而，应当理解所公开的实施例仅仅作为实例，其他实施例可以采取各种不同的、可选的形式。附图不一定按比例绘制；一些特征可能被放大或最小化以展示特定部件的细节。因此，本文中公开的具体结构和功能细节不应理解为限制性的，而仅作为代表性的教导本领域技术人员不同地应用本发明的基础。本领域普通技术人员应理解，参考附图中任何一个而示出及描述的各种特征可以结合在一个或多个其他附图中示出的特征以形成未明确示出或描述的实施例。通过组合示出的特征形成典型应用的代表性实施例。然而，对于特定的应用或实施方式，可能需要对与本发明的教导一致的特征的进行各种组合和变型。