專利名稱：一種含有釩鈦合金的球墨鑄鐵活塞環(huán)及生產(chǎn)加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及活塞環(huán)加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種含有釩鈦合金球磨鑄鐵活塞環(huán)及生產(chǎn)加工方法。
目前在內(nèi)燃機上使用的活塞環(huán)，雖然結(jié)構(gòu)和尺寸相差較大，但其使用的材料大都為球墨鑄鐵。由于球墨鑄鐵具有優(yōu)良的強度性能、耐磨性、抗蝕性、減震性，因而在機械鑄造工業(yè)中廣泛應(yīng)用于如曲軸、汽缸套、汽閥、活塞、活塞環(huán)和齒輪等受磨損、高應(yīng)力、有沖擊作用的重要零件。而隨著科學(xué)技術(shù)的進步和機械設(shè)備的更新改進，機械設(shè)備各種性能指標的提高，使各種機械零部件在材料的選用方面提出了更新更高的要求。作為內(nèi)燃機技術(shù)領(lǐng)域，活塞環(huán)屬于一個非常重要的零件，而多年來一直采用球墨鑄鐵材料作為首選用料，由于其本身的化學(xué)成份一直未有變化，因而其使用性能指標也不能得到提高，僅摩托車上所使用的活塞環(huán)為例，由于在受熱狀態(tài)下一般使用1900-2100小時后活塞環(huán)失去彈性，因而磨擦系數(shù)高的活塞環(huán)極容易犁削缸套，造成車輛維修費用的增加，因此尋找一種新的耐磨性能好，失彈時間長，使用壽命長的活塞環(huán)是本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員一直在研究改進的課題。
本發(fā)明的目的在于改進已有技術(shù)的不足，而提供一種含有釩鈦合金的球墨鑄鐵的新的活塞環(huán)材料，制造耐磨性能好，失彈時間長，使用壽命長的活塞環(huán)。
本發(fā)明的另一目的是提供一種操作方法簡單，實用性強的工藝過程，使球墨鑄鐵基體組織細化，熱狀態(tài)下疲勞強度和彎曲屈服極限得到提高的含有釩鈦合金球墨鑄鐵活塞環(huán)的新的生產(chǎn)加工方法。
本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案得以實現(xiàn)的，一種含有釩鈦合金的球墨鑄鐵活塞環(huán)，它是以球墨鑄鐵為基體經(jīng)鑄造及機械加工而成，其特殊之處是該活塞環(huán)除包括球墨鑄鐵所有的化學(xué)成份及微量合金元素外，還含有0.04-0.35％的釩，0.03-0.25％的鈦。
一種生產(chǎn)加工上述含有釩鈦合金的球墨鑄鐵活塞環(huán)的方法，它依次包括原料準備、鑄造、機械加工、電鍍、包裝等工藝過程，其特殊之處是鑄造過程包括稱料、熔化、球化、孕育步驟；所述的稱料是根據(jù)電爐的容量，分別稱取其(按重量比)L04生鐵10-30％，釩鈦原料鐵25-45％，釩鈦回爐料26-46％，廢鋼3-7％，銅0.5-1.2％，鉻0.5-0.8％，余量為鐵末；所述的熔化是將稱好的原料分別置于中頻電爐進行加溫熔化，爐內(nèi)溫度控制在1500℃以上熔化結(jié)束；所述的球化是將球化劑(按球化包容量的1.5-2％)稱取后置于球化包內(nèi)，然后倒入熔化后的鐵水進行球化，時間為1-2分鐘；所述的孕育是將孕育劑按其孕育重量的0.010-0.013％的比例稱取后，將其重量50-70％進行隨流孕育，20-40％進行包內(nèi)孕育，5-20％進行型內(nèi)孕育。
本發(fā)明與已有技術(shù)相比具有如下突出的實質(zhì)性特點和顯著的進步其一是由于本發(fā)明所采用的技術(shù)解決方案是在現(xiàn)有鑄造材料和生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上使球墨鑄鐵增含有釩鈦合金，釩鈦對于氮、碳有較強的結(jié)合能力，極易生成碳化鈦、碳化釩、氮化鈦、氮化釩，這些物質(zhì)有較高硬度硬質(zhì)相，四種硬質(zhì)相的結(jié)合體的硬度(顯微硬度為1520-3147)所構(gòu)成的第一滑動面的耐磨性極高，從而減小了磨擦速度，而且由于這些化合物高度彌散分布，強化了基體，所以對缸套的磨損速度也減輕。經(jīng)有關(guān)部門對本發(fā)明所述的產(chǎn)品與已有技術(shù)中的產(chǎn)品進行對比檢測，耐磨性提高了36.4％，對高磷合金缸套減少磨損量為39.5％；其二是本發(fā)明所述的活塞環(huán)由于含有的金屬型碳化物、氮化物具有高熔點、高硬度、高溫，化學(xué)穩(wěn)定性等特點，因而使本發(fā)明所述的活塞環(huán)在熱狀態(tài)的使用具有抗疲勞強度、彎曲屈服極限高的熱穩(wěn)定性特點，經(jīng)試驗證明本發(fā)明所述的活塞環(huán)失彈時間在7500小時以上，是已有技術(shù)中活塞環(huán)的失彈時間1900-2100小時的三倍以上，從而使本發(fā)明所述的活塞環(huán)比已有技術(shù)的活塞環(huán)的使用壽命大大延長，因而也提高了內(nèi)燃機的使用壽命和效率，降低了維修費用；其三是本發(fā)明所述生產(chǎn)加工方法與已有技術(shù)相比只是在鑄造過程中增加了球化、孕育兩個步驟，但卻操作過程簡單，便于操作，能夠使本發(fā)明所述的活塞環(huán)具有顯著的效果，使本發(fā)明所述的生產(chǎn)加工方法具有實用性強的特點；其四是本發(fā)明所述的活塞環(huán)的生產(chǎn)加工方法通過對熔化后的鐵水用稀土材料對其進行一次性(沖入法)的球化，使球墨鑄鐵的球徑變小，再經(jīng)三次孕育過程使石墨球徑在20-35μm之間，從而使本發(fā)明所述的活塞環(huán)其球墨鑄鐵基體組織細化，經(jīng)金相分析回火屈氏體大于97％，游離滲碳體占1％，殘余奧氏體小于2％，使活塞環(huán)在熱狀態(tài)下的穩(wěn)定性達95-96％，抗彎強度σw達到1100-1350MPa，提高了本發(fā)明所述的活塞環(huán)的熱狀態(tài)下的疲勞強度和彎曲屈服極限，保障了本發(fā)明目的全面得到實現(xiàn)。
本發(fā)明一種含有釩鈦合金的球墨鑄鐵活塞環(huán)及具體的生產(chǎn)加工細節(jié)由以下實施給出。
實施例1一種適用于125型摩托車使用的含有釩鈦合金的球墨鑄鐵活塞環(huán)(它是以球墨鑄鐵為基體)經(jīng)鑄造及機械加工而成，該活塞環(huán)除包括球墨鑄鐵所有的化學(xué)成份及微量合金元素外，還含有0.04-0.08％的釩，0.03-0.09％的鈦。該活塞環(huán)是通過如下生產(chǎn)加工方法加工而成的，首先根據(jù)所需要的原材料、輔助材料明細清單進行采購并經(jīng)進廠材料驗收合格后辦理入庫手續(xù)。鑄造時按照稱料、熔化、球化、孕育、澆鑄的工藝步驟進行，稱料時從庫房領(lǐng)取合格的主輔材料，然后根據(jù)中頻電爐的容量(按250kg計)，分別稱取L04生鐵75kg、釩鈦原料鐵62.5kg，釩鈦回爐料65kg、廢鋼7.5kg、銅1.25kg、鉻1.25kg、鐵末37.5kg。將稱好的原料分別置于250kg的中頻電爐內(nèi)，按照常規(guī)的中頻電爐鑄造熔化工藝要求進行操作，控制爐內(nèi)溫度在1500℃以上時熔化即結(jié)束；按球化包的容量(或按中頻電爐容量250kg計)的1.5％(3.75kg)分別稱取，T1-B稀土鎂合金占60％(2.25kg)、鎂團占40％(1.5kg)作為球化劑將其混合后分別置于球化包內(nèi)，然后倒入熔化的鐵水，時間為60秒即可。所述的孕育過程包括隨流孕育、包內(nèi)孕育、型內(nèi)孕育三個過程，首先稱取孕育劑，按照孕育總量(按中頻電爐容量250kg計)的0.010％(25g)分別稱取硅鍶占62％(15.5g)，硅鋇占30％(7.5g)，銫、銻、錫均量占8％(2g)作為孕育劑并進行混合拌勻后，按照鑄造過程中常規(guī)的孕育方法進行孕育操作即將孕育劑的50％進行隨流孕育，孕育劑的40％進行包內(nèi)孕育，孕育劑的10％進行型內(nèi)孕育，即可完成本發(fā)明所述的孕育過程。此后按照現(xiàn)有活塞環(huán)的機械加工、電鍍、包裝等工藝技術(shù)方法加工即可得到本發(fā)明所述本實施例的活塞環(huán)。
實施例2一種適用于295型柴油機使用的含有釩鈦合金的球墨鑄鐵活塞環(huán)(它是以球墨鑄鐵為基體)經(jīng)鑄造及機械加工而成，該活塞環(huán)除包括球墨鑄鐵所有的化學(xué)成份及微量合金元素外，還含有0.09-0.15％的釩，0.10-0.16％的鈦。該活塞環(huán)是通過如下生產(chǎn)加工方法加工而成的，首先根據(jù)所需要的原材料、輔助材料明細清單進行采購并經(jīng)進廠材料驗收合格后辦理入庫手續(xù)。鑄造時按照稱料、熔化、球化、孕育、澆鑄的工藝步驟進行，稱料時從庫房領(lǐng)取合格的主輔材料，然后根據(jù)中頻電爐的容量(按250kg計)，分別稱取L04生鐵50kg、釩鈦原料鐵87.5kg，釩鈦回爐料90kg、廢鋼17.5kg、銅2kg、鉻1.75kg、鐵末1.25kg。將稱好的原料分別置于250kg的中頻電爐內(nèi)，按照常規(guī)的中頻電爐鑄造熔化工藝要求進行操作，控制爐內(nèi)溫度在1500℃以上時熔化即結(jié)束；按球化包的容量(或按中頻電爐容量250kg計)的1.7％(4.25kg)分別稱取，Z1-B稀土鎂合金占40％(1.7kg)、鎂團占60％(2.55kg)作為球化劑將其混合后分別置于球化包內(nèi)，然后倒入熔化的鐵水，時間為80秒即可。所述的孕育過程包括隨流孕育、包內(nèi)孕育、型內(nèi)孕育三個過程，首先稱取孕育劑，按照孕育總量(按中頻電爐容量250kg計)的0.011％(27.5g)分別稱取硅鍶占63％(17.33g)，硅鋇占30％(8.25g)，銫、銻、錫均量占7％(1.92g)作為孕育劑并進行混合拌勻后，按照鑄造過程中常規(guī)的孕育方法進行孕育操作即將孕育劑的70％進行隨流孕育，孕育劑的20％進行包內(nèi)孕育，孕育劑的10％進行型內(nèi)孕育，即可完成本發(fā)明所述的孕育過程。此后按照現(xiàn)有活塞環(huán)的機械加工、電鍍、包裝等工藝技術(shù)方法加工即可得到本發(fā)明所述本實施例的活塞環(huán)。
實施例3一種適用于汽車發(fā)動機使用的含有釩鈦合金的球墨鑄鐵活塞環(huán)(它是以球墨鑄鐵為基體)經(jīng)鑄造及機械加工而成，該活塞環(huán)除包括球墨鑄鐵所有的化學(xué)成份及微量合金元素外，還含有0.26-0.35％的釩，0.22-0.25％的鈦。該活塞環(huán)是通過如下生產(chǎn)加工方法加工而成的，首先根據(jù)所需要的原材料、輔助材料明細清單進行采購并經(jīng)進廠材料驗收合格后辦理入庫手續(xù)。鑄造時按照稱料、熔化、球化、孕育、澆鑄的工藝步驟進行，稱料時從庫房領(lǐng)取合格的主輔材料，然后根據(jù)中頻電爐的容量(按250kg計)，分別稱取L04生鐵25kg、釩鈦原料鐵112.5kg，釩鈦回爐料90kg、廢鋼15kg、銅3kg、鉻2kg、鐵末2.5kg。將稱好的原料分別置于250kg的中頻電爐內(nèi)，按照常規(guī)的中頻電爐鑄造熔化工藝要求進行操作，控制爐內(nèi)溫度在1500℃以上時熔化即結(jié)束；按球化包的容量(或按中頻電爐容量250kg計)的2％(5kg)分別稱取，T1-B稀土鎂合金占34％(1.7kg)、鎂團占33％(1.6kg)，Z1-B稀土鎂合金占34％(1.7kg)作為球化劑將其混合后分別置于球化包內(nèi)，然后倒入熔化的鐵水，時間為120秒即可。所述的孕育過程包括隨流孕育、包內(nèi)孕育、型內(nèi)孕育三個過程，首先稱取孕育劑，按照孕育總量(按中頻電爐容量250kg計)的0.013％(32.5g)分別稱取硅鍶占65％(21.13g)，硅鋇占30％(9.75g)，銫、銻、錫均量占5％(1.62g)作為孕育劑并進行混合拌勻后，按照鑄造過程中常規(guī)的孕育方法進行孕育操作即將孕育劑的60％進行隨流孕育，孕育劑的35％進行包內(nèi)孕育，孕育劑的5％進行型內(nèi)孕育，即可完成本發(fā)明所述的孕育過程。此后按照現(xiàn)有活塞環(huán)的機械加工、電鍍、包裝等工藝技術(shù)方法加工即可得到本發(fā)明所述本實施例的活塞環(huán)。
實施例4一種適用于船舶上內(nèi)燃機使用的含有釩鈦合金的球墨鑄鐵活塞環(huán)(它是以球墨鑄鐵為基體)經(jīng)鑄造及機械加工而成，該活塞環(huán)除包括球墨鑄鐵所有的化學(xué)成份及微量合金元素外，還含有0.16-0.25％的釩，0.17-0.22％的鈦。該活塞環(huán)是通過如下生產(chǎn)加工方法加工而成的，首先根據(jù)所需要的原材料、輔助材料明細清單進行采購并經(jīng)進廠材料驗收合格后辦理入庫手續(xù)。鑄造時按照稱料、熔化、球化、孕育、澆鑄的工藝步驟進行，稱料時從庫房領(lǐng)取合格的主輔材料，然后根據(jù)中頻電爐的容量(按250kg計)，分別稱取L04生鐵40kg、釩鈦原料鐵75kg，釩鈦回爐料115kg、廢鋼10kg、銅2.5kg、鉻1.5kg、鐵末6kg。將稱好的原料分別置于250kg的中頻電爐內(nèi)，按照常規(guī)的中頻電爐鑄造熔化工藝要求進行操作，控制爐內(nèi)溫度在1500℃以上時熔化即結(jié)束；按球化包的容量(或按中頻電爐容量250kg計)的1.8％(4.5kg)分別稱取，Z1-B稀土鎂合金占50％(2.25kg)、鎂團占50％(2.25kg)作為球化劑將其混合后分別置于球化包內(nèi)，然后倒入熔化的鐵水，時間為100秒即可。所述的孕育過程包括隨流孕育、包內(nèi)孕育、型內(nèi)孕育三個過程，首先稱取孕育劑，按照孕育總量(按中頻電爐容量250kg計)的0.012％(30g)分別稱取硅鍶占64％(19.2g)，硅鋇占30％(9g)，銫、銻、錫均量占6％(1.8g)作為孕育劑并進行混合拌勻后，按照鑄造過程中常規(guī)的孕育方法進行孕育操作即將孕育劑的50％進行隨流孕育，孕育劑的30％進行包內(nèi)孕育，孕育劑的20％進行型內(nèi)孕育，即可完成本發(fā)明所述的孕育過程。此后按照現(xiàn)有活塞環(huán)的機械加工、電鍍、包裝等工藝技術(shù)方法加工即可得到本發(fā)明所述的活塞環(huán)。本發(fā)明所述的含有釩鈦合金的球墨鑄鐵活塞環(huán)用已有技術(shù)中的機械加工和工藝處理方法而制造成各種不同規(guī)格型號的活塞環(huán)，可廣泛適用于各種不同的缸套口徑的內(nèi)燃機。由于其活塞環(huán)中含有釩鈦合金及其它微量元素(如鉻、銅、錫、銻、銫)，使球墨鑄鐵基體組織細化，具有高熔點、高硬度、高溫化學(xué)穩(wěn)定性等特點，使本發(fā)明所述的活塞環(huán)具有極高的耐磨性能，較長時間失彈，大大延長了活塞環(huán)的使用壽命等顯著的進步。
權(quán)利要求
1.一種含有釩鈦合金的球墨鑄鐵活塞環(huán)，它是以球墨鑄鐵為基體經(jīng)鑄造及機械加工而成，其特征是該活塞環(huán)除包括球墨鑄鐵所有的化學(xué)成份及微量合金元素外，還含有0.04-0.35％的釩，0.03-0.25％的鈦。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含有釩鈦合金的球墨鑄鐵活塞環(huán)，其特征是所述的釩含量為0.10-0.25％，鈦含量為0.10-0.20％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含有釩鈦合金的球墨鑄鐵活塞環(huán)，其特征是所述的釩含量為0.15-0.20％，鈦含量為0.15-0.18％。
4.一種權(quán)利要求1所述的活塞環(huán)的生產(chǎn)加工方法，它依次包括原料準備、鑄造、機械加工、電鍍、包裝等工藝過程，其特征是鑄造過程包括稱料、熔化、球化、孕育步驟；所述的稱料是根據(jù)電爐的容量，分別稱取其(按重量比)L04生鐵10-30％，釩鈦原料鐵25-45％，釩鈦回爐料26-46％，廢鋼3-7％，銅0.5-1.2％，鉻0.5-0.8％，余量為鐵末；所述的熔化是將稱好的原料分別置于中頻電爐進行加溫熔化，爐內(nèi)溫度控制在1500℃以上熔化結(jié)束；所述的球化是將球化劑(按球化包容量的1.5-2％)稱取后置于球化包內(nèi)，然后倒入熔化后的鐵水進行球化，時間為1-2分鐘；所述的孕育是將孕育劑按其孕育重量的0.010-0.013％的比例稱取后，將其重量50-70％進行隨流孕育，20-40％進行包內(nèi)孕育，5-20％進行型內(nèi)孕育。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的生產(chǎn)加工方法，其特征是所述的球化劑為(重量比)40-60％的T1-B稀土鎂合金與40-60％的鎂團的組合物；也可為40-60％的Z1-B稀土鎂合金與40-60％的鎂團的組合物；還可為20-40％的T1-B稀土鎂合金，20-40％的Z1-B稀土鎂合金與20-40％的鎂團的組合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的生產(chǎn)加工方法，其特征是所述的孕育劑為復(fù)合孕育劑，其含有(按重量比)62-65％的硅鍶，30％的硅鋇，5-8％的銫、銻、錫。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含有釩鈦合金的球墨鑄鐵活塞環(huán)及生產(chǎn)加工方法,屬活塞環(huán)加工技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明所述的活塞環(huán)除包括球墨鑄鐵所有的化學(xué)成分及微量合金元素外,還含有0.04－0.35%的釩,0.03－0.25%的鈦;所述的生產(chǎn)加工方法包括原料準備、鑄造、機械加工、電鍍、包裝等工藝過程,其特殊之處是在鑄造過程中將熔化后的鐵水在常溫下依次進行了球化、孕育,使球墨鑄鐵的基體組織細化,本發(fā)明與已有技術(shù)相比具有耐磨性能好,使用壽命長的顯著效果。
文檔編號C22C37/00GK1326008SQ0011105
公開日2001年12月12日 申請日期2000年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月25日
發(fā)明者王義波 申請人:王義波