專利名稱：微合金化高強度灰鑄鐵的制作方法
技術領域：
本發明的微合金化高強度灰鑄鐵涉及一種新型鑄鐵材料，特別是涉及一種主要用于生產大馬力柴油發動機缸體及其它高強度灰鑄鐵鑄件的新型灰鑄鐵材料。
背景技術：
隨著交通運輸對超載、超限日益嚴格的控制，大噸位的重型卡車銷售正以每年60％的速度劇增，增幅高居汽車行業之首。專家預測，未來幾年我國重卡市場將迎來一個“爆發式”增長期，估計年均增長將達到17％。因此作為汽車的“心臟”和汽車核心技術的發動機正在向大馬力和高速度的方向發展。
由于大馬力柴油發動機缸體在工作過程中需承受更高的機械應力和熱應力，因此，要求其鑄鐵材質必須具有較好的斷面均勻性，包括性能、組織、成分均勻等，以及優異的力學性能和鑄造性能。一般要求生產大馬力柴油發動機缸體的灰鑄鐵的試棒強度大于320兆帕，試棒直徑為30毫米，缸體本體強度大于240兆帕。
為了提高灰鑄鐵的的強度，國內外在大馬力柴油發動機缸體及其它高強度灰鑄鐵鑄件材質的合金成分設計、微合金化以及孕育等方面開展了大量研究工作，取得了一定的成果。目前，國內外生產大馬力柴油發動機缸體以及其它高強度灰鑄鐵鑄件主要還是通過加入一定量的鉻、鉬、銅和鎳等合金元素來生產，由表1、2可見。隨著世界范圍內鉬鐵和鎳等鐵合金價格的飆升，按傳統工藝生產高強度灰鑄鐵所帶來的成本壓力成為擺在各個生產廠家面前的一道不可逾越的鴻溝。因此，為了降低高強度灰鑄鐵的生產成本，目前急需發明一種低成本的新型高強度灰鑄鐵。
表1 國內灰鑄鐵發動機缸體與缸蓋的化學成分
表2 國外灰鑄鐵發動機缸體與缸蓋的化學成分
發明內容
本發明的目的是在保證目前加入鉬或者鉬和鎳的高強度灰鑄鐵所具有的抗拉強度的前提下，提供一種通過微合金化取代鉬和鎳等元素，大大降低高強度灰鑄鐵的生產成本的微合金化高強度灰鑄鐵。
本發明的上述目的是這樣實現的，結合
如下一種微合金化高強度灰鑄鐵包括C、Si、Mn、P、S、Cr、Cu和Sn等元素，通過優化這些元素，又添加了微量的V和N元素，其重量百分比化學成分為C2.92～3.48；Si1.52～2.36；Mn0.22～0.78；P0.011～0.048；S0.03～0.15；Cr0.15～0.50；Cu0.3～0.78；Sn0.011～0.098；V0～0.100；N0～0.100。
本發明新型微合金化高強度灰鑄鐵的鑄態組織為A型石墨，4～6級；珠光體含量≥95％，如圖1和圖2所示。直徑為30毫米的試棒抗拉強度≥320兆帕。
本發明新型微合金化高強度灰鑄鐵與目前傳統的高強度灰鑄鐵相比，具有的主要技術優點是目前傳統的高強度灰鑄鐵為了提高灰鑄鐵的抗拉強度必需加入大量的鉬或者鉬與鎳元素，而本發明只需加入極少量的釩和氮元素，就可以達到加入大量鉬或鉬與鎳的抗拉強度水平。由主要技術優點帶來的經濟成本優勢將使高強度灰鑄鐵的生產成本大大降低。因為，目前鉬鐵的價格在急劇增長，當前鉬鐵的價格已經漲到43萬人民幣元/噸左右。生產高強度灰鑄鐵每噸一般要加入4公斤的鉬鐵，成本為1720人民幣元。而本發明的新型微合金化高強度灰鑄鐵每噸新增成本僅300人民幣元左右，這樣的話每噸可降低成本1400人民幣元左右。規模化生產所帶來的經濟效益將是十分可觀的。
圖例說明圖1是本發明新型微合金化高強度灰鑄鐵的石墨形態(A型石墨為主)。
圖2是本發明新型微合金化高強度灰鑄鐵的基體組織(珠光體+1％鐵素體)。
圖3是大馬力道依茨柴油發動機缸體外觀照片。
圖4是用本發明新型微合金化高強度灰鑄鐵生產的缸體本體石墨形態(A型石墨為主)。
圖5是用本發明新型微合金化高強度灰鑄鐵生產的缸體本體基體組織(珠光體+1％鐵素體)。
具體實施例方式
下面結合附圖所示實施例，進一步說明本發明的具體內容。
實施例一本發明優化灰鑄鐵的合金成分設計及微合金化的積極效果在于取代鉬和鎳等元素，而提高灰鑄鐵的抗拉強度，其效果十分明顯，抗拉強度得到明顯的提高。新型微合金化高強度灰鑄鐵的成分與力學性能如表3所示。
表3新型微合金化高強度灰鑄鐵的成分與力學性能
注(1)1號試樣為普通高強度灰鑄鐵；2號試樣為加鉬高強度灰鑄鐵；3號～10號試樣為本發明新型微合金化高強度灰鑄鐵。
(2)試樣的制備分別采用150和50公斤中頻感應電爐。1480～1520℃出水，在澆包內加入75硅鐵進行孕育，在砂型中澆注φ30×280mm圓棒形試棒，從該試棒中制取抗拉強度試棒以及金相試樣。
實施例二用本發明新型微合金化高強度灰鑄鐵在一汽鑄造公司試生產道依茨缸體。大馬力道依茨柴油發動機缸體結構復雜，壁厚差大，其薄的部位5～6mm，厚的部位達20～70mm，是典型的不均勻壁厚的高強度灰鑄鐵件，如圖3所示。其厚大部分在使用過程中由于強度低在高的機械應力和熱應力下容易發生開裂。采用本發明新型微合金化高強度灰鑄鐵制造這種缸體，在滿足其強度設計要求的前提下，將大大降低其生產成本。對試生產的缸體解剖結果見表4，金相組織照片見圖4和圖5。
表4采用本發明新型微合金化高強度灰鑄鐵試生產的缸體解剖后的結果 由表4可以看出采用本發明新型微合金化高強度灰鑄鐵生產出的缸體，其抗拉強度完全能滿足強度設計要求。同時，強度均勻性好，并且硬度低于加鉬高強度灰鑄鐵，這將有利于改善缸體的加工性能。此外，在缸體的尖角和飛邊等部位沒有出現過冷石墨與碳化物，石墨形態良好。從而表明采用加入V、N等元素進行微合金化處理的本發明新型微合金化高強度灰鑄鐵完全可以取代加入鉬、鎳等元素的傳統高強度灰鑄鐵，生產出相同強度性能水平的大馬力柴油發動機缸體及其它高強度的灰鑄鐵鑄件。
如一個大馬力柴油發動機缸體生產企業的年產量為10萬缸體，將用3萬噸鐵水，如采用本發明的新型微合金化高強度灰鑄鐵，將節約成本4000萬人民幣元左右，同時，將為國家節約大量鉬、鎳等世界緊缺資源。
權利要求
1.一種微合金化高強度灰鑄鐵包括C、Si、Mn、P、S、Cr、Cu和Sn等元素，其特征在于添加了微量的V和N元素，其重量百分比化學成分為C2.92～3.48；Si1.52～2.36；Mn0.22～0.78；P0.011～0.048；S0.03～0.15；Cr0.15～0.50；Cu0.3～0.78；Sn0.011～0.098；V0～0.100；N0～0.100。
全文摘要
本發明涉及一種新型微合金化高強度灰鑄鐵，特別適用于生產大馬力柴油發動機缸體及其它高強度灰鑄鐵鑄件。通過優化合金成分設計與加入V、N等元素進行微合金化處理，最終獲得具有優良抗拉性能與加工性能的新型微合金化高強度灰鑄鐵。其重量百分比成分為C2.92～3.48；Si1.52～2.36；Mn0.22～0.78；P0.011～0.048；S0.03～0.15；Cr0.15～0.50；Cu0.3～0.78；Sn0.011～0.098；V0～0.100；N0～0.100。本發明突破了目前世界上為提高強度加鉬、鎳等元素進行合金化的問題。
文檔編號C22C37/00GK1718825SQ200510016878
公開日2006年1月11日 申請日期2005年6月15日 優先權日2005年6月15日
發明者姜啟川, 逄偉, 鄧鋼, 王金國, 王慧遠 申請人:吉林大學