[发明专利]含铌富硅球墨铸铁、该球墨铸铁的制备方法及用球墨铸铁制成的活塞环

说明书

技术领域

本发明涉及一种含铌富硅球墨铸铁，尤其涉及一种用于活塞环PVD技术基材的球墨铸铁，属于机械制造业。

背景技术

柴油机目前发展的方向除趋向于高转速、大功率外，还需要具有优良的节能、减排功能，在对柴油机关键零部件活塞环表面处理技术提出更高要求的同时，其相应基材的耐磨、耐热、耐蚀、可表面处理性能也同步要求不断提高。传统的活塞环表面镀铬处理技术则具有工序复杂、对环境污染影响大等缺点，而 PVD的应用替代了传统的镀铬技术，不但避免了对环境的污染，而且提高了活塞环外圆工作面的使用寿命。 

球墨铸铁是20世纪五十年代发展起来的一种高强度铸铁材料，其综合性能接近于钢，已应用于铸造一些受力复杂，强度、韧性、弹性模量要求较高的零部件上，但球墨铸铁在表面无耐磨涂层时，其耐磨性不如合金铸铁。球铁环PVD涂层主要用于外圆面，对活塞环外圆面的耐磨性及耐蚀性有了较大的提高，但是现有的球墨铸铁活塞环自身的耐磨性、耐热性与PVD技术不能很好匹配和相容，成为提高活塞环性能的最大障碍。解决这一问题的办法有二，一是闪镀，提高耐磨性，但耐热性没有提高；二是提升球墨铸铁本身的耐磨性和耐热性。闪镀因为工序复杂及成本较高，同时闪镀使用的镀铬方法还涉及环保问题，不能满足现代化绿色工艺的要求，因此研发一种热稳定性及耐磨性更高的球墨铸铁，为PVD技术提供新的基材才是解决问题的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含铌富硅球墨铸铁，该球墨铸铁用于PVD基材时与PVD技术可以良好的匹配和相容。

本发明提供的含铌富硅球墨铸铁，由按重量配比的以下元素组成：C：2.9-3.4%；Si：4.3-4.8%；Mn：0-1.0%；P：0-0.1%；S：0-0.06%；Cr：0-0.2%；Cu：0-1.0%；Nb：0-0.6%；Mg：0-0.1%；Ce：0.02-0.03%，其余为Fe。

一种上述含铌富硅球墨铸铁的制备方法，包括以下步骤：

（1）在炉内有开炉块或剩余铁水的变频炉或中频炉中按比例进行配料、加料、熔化；

（2）在铁水升温到1420℃时扒渣、搅拌，取快速分析样，化验C、Si、S三元素的含量；

（3）在铁水升温到1540℃时扒渣，烫球化处理包，根据据快速分析结果加入适量SiC调整炉内C、Si含量；

（4）升温1580℃扒渣，加入球化剂0.8%-1.0%，加入锶硅孕育剂孕育处理；

（5）叠箱浇注、震动落砂机落砂、抛丸机清理、去毛刺机去毛刺后得含铌富硅球墨铸铁毛坯。

 一种用上述含铌富硅球墨铸铁制成的活塞环。

本发明提供的含铌富硅球墨铸铁，有以下优点：

一、含铌富硅球墨铸铁中石墨球径约20微米，为普通球铁的1/2，密度为800～1200个/mm²，球化率80%以上，均匀分布。使疲劳强度、抗弯强度、弹性模量有一定的提高；同时，由于球墨球径为普通球铁的1/2，有利于屏蔽石墨孔洞，在镀膜时膜覆盖球墨的能力明显优于普通球铁，可以采用薄的过渡层，膜基结合强度高，与PVD或过渡层的结合性能也更好。

二、含铌富硅球墨铸铁中基体为Nb(CN)硬质相、调质组织和富硅铁素体，前者是一种密度大、弥散分布均匀的硬质微粒，呈团块状，尺寸为3-8um，硬质相密度≥1100个/mm²,HV2000-2500，它使球墨铸铁具有良好的耐热、耐磨性能和抗擦伤能力。富硅铁素体本身具有较好的耐磨能力，经磨合后它和调质组织形成众多的小平台与微凹坑有序交错分布，改善了活塞环与缸套摩擦副的接触面，使其具有良好的储油、控油性能、耐磨性能。

三、由于含铌、富硅的影响，使含铌富硅球墨铸铁在耐热性试验中弹力消失率相当于普通球铁的1/2，因此在同等的高温条件下，含铌富硅球墨铸铁的弹力保持性能更好，密封性能更高。

四、含铌富硅球墨铸铁具有比普通球铁更好的机械性能和切削性能，含铌富硅球墨铸铁材质的硬度HRB107-111，比碳化物铸铁G2、F14材质的硬度略低，但含铌富硅球墨铸铁硬质相高度弥散分布，粒度只有3-8微米，对切削性能影响极小，机械性能对比如下表：