本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，尤其涉及一種高品質(zhì)氣缸套及其制備方法和鐵合金。

背景技術(shù)：

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)是為汽車提供動(dòng)力的發(fā)動(dòng)機(jī)，是汽車的心臟，影響汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。根據(jù)動(dòng)力來(lái)源不同，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)可分為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、汽油發(fā)動(dòng)機(jī)等。

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體分鑄鐵和鑄鋁兩種。鑄鋁發(fā)動(dòng)機(jī)具有重量輕、散熱性能好等優(yōu)點(diǎn)，在行業(yè)內(nèi)已經(jīng)被廣泛推廣應(yīng)用，但是其機(jī)械性能、耐磨性能、熱穩(wěn)定性等不如鑄鐵。為此，目前行業(yè)內(nèi)采用鑄鋁缸體加鑄鐵鑲套的方式來(lái)解決這一問(wèn)題，應(yīng)用于鋁缸體的鑄鐵鑲套又稱為氣缸套。

氣缸套作為發(fā)動(dòng)機(jī)主要配附件之一，是發(fā)動(dòng)機(jī)A級(jí)關(guān)鍵零部件，其性能直接影響著發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、排放、噪音等技術(shù)要求，目前，氣缸套的硬度一般小于300HB，抗拉強(qiáng)度一般小于400MPa，現(xiàn)有少數(shù)高強(qiáng)度高耐磨氣缸套均需要增加額外的等溫淬火、調(diào)質(zhì)等熱處理且切削加工性較差、生產(chǎn)成本較高，難以滿足高性能節(jié)能環(huán)保發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)于氣缸套強(qiáng)度和耐磨性及成本的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種高品質(zhì)氣缸套及其制備方法和鐵合金，本發(fā)明提供的氣缸套具有高強(qiáng)度、高耐磨、低應(yīng)力良好的抗穴蝕性能，且生產(chǎn)、加工成本較低。

本發(fā)明提供了一種鐵合金，包括以下組分：

優(yōu)選的，包括以下組分：

本發(fā)明提供了一種高品質(zhì)氣缸套，所述氣缸套的材料為上述技術(shù)方案所述的鐵合金。

本發(fā)明提供了一種高品質(zhì)氣缸套的制備方法，包括以下步驟：

a)、原料進(jìn)行熔煉，得到鐵液；

所述原料中C的含量為3.2～3.6wt％，S的含量為0～0.1wt％，Si的含量為1.9～2.4wt％，P的含量為0～0.1wt％，Mn的含量為2.4～3.0wt％，Ce的含量為0.006～0.015wt％，Mo的含量為0.2～0.5wt％，V和Ti的總含量為0.1～0.2wt％，F(xiàn)e的含量為余量；

b)、所述鐵液進(jìn)行孕育，得到孕育的鐵液；

c)、所述孕育的鐵液進(jìn)行離心鑄造，得到所述氣缸套毛坯；

d)、所述氣缸套毛坯進(jìn)行機(jī)加工，得到氣缸套。

優(yōu)選的，步驟a)中，所述熔煉的溫度為1470～1520℃。

優(yōu)選的，步驟b)中，所述鐵液進(jìn)行兩次孕育，第一次孕育使用的孕育劑的粒度為2～5mm，第二次孕育使用的孕育劑的粒度為0.5～1mm。

優(yōu)選的，步驟c)中，所述離心鑄造的澆注溫度為1430～1460℃。

優(yōu)選的，步驟c)中，所述離心鑄造的轉(zhuǎn)速為1300～1500r/min。

優(yōu)選的，步驟c)中，所述孕育的鐵液進(jìn)行離心鑄造之后，進(jìn)行回火處理。

優(yōu)選的，步驟c)中，所述回火處理的溫度為500～600℃；所述回火處理的時(shí)間為1～5h。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種高品質(zhì)氣缸套及其制備方法和鐵合金，其實(shí)質(zhì)為一種低合金鑄態(tài)馬氏體氣缸套及其制備方法和鐵合金。該鐵合金包括以下組分：C 3.2～3.6wt％；S 0～0.1wt％；Si 1.9～2.4wt％；P 0～0.1wt％；Mn 2.4～3.0wt％；Ce 0.006～0.015wt％；Mo 0.2～0.5wt％；V和Ti 0.1～0.2wt％；余量的Fe。本發(fā)明通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)氣缸套中各元素含量，使氣缸套具有較高硬度、抗拉強(qiáng)度和彈性模量且生產(chǎn)、機(jī)加工成本較低。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明提供的氣缸套的金相由A型石墨、90％以上索氏體和少量均勻分布的碳化物及殘余奧氏體組成，該氣缸套抗拉強(qiáng)度達(dá)到450MPa以上，硬度大于300HBW，彈性模量大于145GPa，具有良好的抗穴蝕性能，且生產(chǎn)、機(jī)加工成本較低。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1提供的氣缸套的金相結(jié)構(gòu)(石墨)100×放大圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例1提供的氣缸套的金相結(jié)構(gòu)(基體組織)500×放大圖。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明提供了一種鐵合金，包括以下組分：

本發(fā)明提供的鐵合金包括C、S、Si、P、Mn、Cr、Mo、Cu、Ni和Fe，其中，C的含量為3.2～3.6wt％，優(yōu)選為3.25～3.31wt％，更優(yōu)選為3.25wt％、3.29wt％或3.31wt％；S的含量為0～0.1wt％，優(yōu)選為0.08～0.1wt％，更優(yōu)選為0.085wt％、0.09wt％或0.1wt％；Si的含量為1.9～2.4wt％，優(yōu)選為1.98～2.19wt％，更優(yōu)選為1.98wt％、2.09wt％或2.19wt％；P的含量為0～0.1wt％，優(yōu)選為0.06～0.08wt％；Mn的含量為2.4～3.0wt％，優(yōu)選為2.41～2.49wt％；Ce的含量為0.006～0.015wt％，優(yōu)選為0.01～0.012wt％；Mo的含量為0.2～0.5wt％，優(yōu)選為0.41～0.43wt％；V和Ti的總含量為0.1～0.2wt％，優(yōu)選為0.17～0.19wt％，更優(yōu)選為0.17wt％、0.18wt％或0.19wt％；Fe的含量為余量。在本發(fā)明提供的一個(gè)實(shí)施例中，V的含量為0.05～0.15wt％，優(yōu)選為0.11～0.12wt％；在本發(fā)明提供的一個(gè)實(shí)施例中，Ti的含量為0.05～0.1wt％，優(yōu)選為0.06～0.08wt％。

在本發(fā)明提供的一個(gè)實(shí)施例中，所述鐵合金包括以下組分：

本發(fā)明通過(guò)優(yōu)化設(shè)鐵合金中各元素含量，使鐵合金具有較高硬度、抗拉強(qiáng)度和彈性模量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明提供的鐵合金的金相由A型石墨、90％以上索氏體和少量均勻分布的碳化物及殘余奧氏體組成，該氣缸套抗拉強(qiáng)度達(dá)到450MPa以上，硬度大于300HBW，彈性模量大于145GPa。

本發(fā)明提供的一種高強(qiáng)耐磨氣缸套，所述氣缸套的材料為上述技術(shù)方案所述的鐵合金。

本發(fā)明提供的氣缸套的材料為所述鐵合金，由于該鐵合金具有較高硬度、抗拉強(qiáng)度和彈性模量，因此本發(fā)明提供的氣缸套具有較高硬度、抗拉強(qiáng)度和彈性模量且生產(chǎn)、機(jī)加工成本較低。

本發(fā)明提供了一種高品質(zhì)氣缸套的制備方法，包括以下步驟：

a)、原料進(jìn)行熔煉，得到鐵液；

所述原料中C的含量為3.2～3.6wt％，S的含量為0～0.1wt％，Si的含量為1.9～2.4wt％，P的含量為0～0.1wt％，Mn的含量為2.4～3.0wt％，Ce的含量為0.006～0.015wt％，Mo的含量為0.2～0.5wt％，V和Ti的總含量為0.1～0.2wt％，F(xiàn)e的含量為余量；

b)、所述鐵液進(jìn)行孕育，得到孕育的鐵液；

c)、所述孕育的鐵液進(jìn)行離心鑄造，得到氣缸套毛坯；

d)、所述氣缸套毛坯進(jìn)行機(jī)加工，得到氣缸套。

在本發(fā)明提供的制備方法中，首先對(duì)原料進(jìn)行熔煉。其中，所述原料中C的含量為3.2～3.6wt％，S的含量為0～0.1wt％，Si的含量為1.9～2.4wt％，P的含量為0～0.1wt％，Mn的含量為2.4～3.0wt％，Ce的含量為0.006～0.015wt％，Mo的含量為0.2～0.5wt％，V和Ti的總含量為0.1～0.2wt％，F(xiàn)e的含量為余量。在本發(fā)明中，所述熔煉的溫度優(yōu)選為1470～1520℃。熔煉結(jié)束后，得到鐵液。

得到鐵液后，對(duì)所述鐵液進(jìn)行孕育。在本發(fā)明中，優(yōu)選對(duì)所述鐵液進(jìn)行兩次孕育。其中，第一孕育使用的孕育劑優(yōu)選為牌號(hào)為SiRE1的孕育劑；孕育劑的粒度優(yōu)選為2～5mm；第一次孕育的孕育劑用量?jī)?yōu)選為鐵液質(zhì)量的0.5～0.7％；第一次孕育的方式優(yōu)選為順流孕育。第二孕育使用的孕育劑優(yōu)選包括Sr-FeSi孕育劑；孕育劑的粒度優(yōu)選為0.5～1mm；第二次孕育的孕育劑用量?jī)?yōu)選為鐵液質(zhì)量的0.1～0.3％；第二次孕育的方式優(yōu)選為包底孕育。孕育完畢后，得到孕育的鐵液。

得到孕育的鐵液后，對(duì)所述孕育的鐵液進(jìn)行離心鑄造。其中，所述離心鑄造的澆注溫度優(yōu)選為1430～1460℃；所述離心鑄造的轉(zhuǎn)速優(yōu)選為1300～1500r/min；所述離心鑄造的模具預(yù)熱溫度優(yōu)選為400～430℃；所述離心鑄造的出模溫度優(yōu)選為800～850℃。離心鑄造結(jié)束后，得到氣缸套毛坯。在本發(fā)明中，鐵液進(jìn)行離心鑄造之前需要先在離心鑄造使用的模具內(nèi)壁涂覆涂料層，所述涂料層可以是石英粉涂料層，所述涂料層的厚度優(yōu)選為0.6～1mm。在本發(fā)明中，優(yōu)選在對(duì)所述孕育的鐵液進(jìn)行離心鑄造之前，先對(duì)鐵液進(jìn)行扒渣。

得到氣缸套毛坯后，對(duì)所述氣缸套毛坯進(jìn)行機(jī)加工，得到氣缸套。在本發(fā)明中，優(yōu)選在離心鑄造獲得氣缸套毛坯之后，機(jī)加工之前，對(duì)所述氣缸套毛坯進(jìn)行回火處理。其中，所述回火處理的溫度優(yōu)選為500～600℃，更優(yōu)選為550～570℃；所述回火處理的時(shí)間優(yōu)選為1～5h，更優(yōu)選為2～3h。在本發(fā)明中，回火處理的目的是使氣缸套毛坯更易切削，進(jìn)行機(jī)加工。

本發(fā)明通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)氣缸套中各元素含量，以及選擇合適的制備工藝，使鐵合金具有較高硬度、抗拉強(qiáng)度和彈性模量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明提供的鐵合金的金相由A型石墨、90％以上索氏體和少量均勻分布的碳化物及殘余奧氏體組成，該氣缸套抗拉強(qiáng)度達(dá)到450MPa以上，硬度大于300HBW，彈性模量大于145GPa。

為更清楚起見(jiàn)，下面通過(guò)以下實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

實(shí)施例1

(1)配料及熔煉：按比例稱取規(guī)定的原料，采用中頻感應(yīng)電爐1470～1520℃熔煉，按照如下重量要求進(jìn)行調(diào)料：C：3.29wt％、Si：2.09wt％、P：0.06wt％、S：0.085wt％、Mn：2.41wt％、Mo：0.41wt％、V：0.11wt％、Ti：0.08wt％、Ce、0.01wt％、Fe：余量，得到鐵液；出鐵液時(shí)采用順流孕育方式進(jìn)行一次孕育處理，一次孕育劑牌號(hào)SiRE1、粒度2～5mm，加入量占鐵液重量0.5～0.7％；一次孕育處理后的鐵水轉(zhuǎn)入澆火勺中進(jìn)行二次孕育，二次孕育劑為Sr-FeSi、粒度0.5～1mm，加入量占鐵水重量0.1～0.3％，二次孕育后的鐵液扒渣，等待澆注；

(2)澆注：采用金屬離心鑄造方式對(duì)上述扒渣后的鐵液進(jìn)行澆注，模具內(nèi)壁均勻噴涂一層石英粉涂料，涂料厚度0.6～1mm，模具預(yù)熱溫度400℃～430℃，澆注轉(zhuǎn)速：1300～1500r/min，澆注溫度1430～1460℃，出模溫度800℃～850℃；鑄件出模后自然冷卻至室溫，等待回火處理，鑄態(tài)毛坯金相組織為A石墨+馬氏體+殘余奧氏體+少量索氏體及均勻分布的碳化物，硬度450HBW；

(3)回火：上述得到的鑄造毛坯在550℃下回火2h，之后進(jìn)行機(jī)加工，得到成品氣缸套。

對(duì)本發(fā)明提供的氣缸套進(jìn)行金相觀察，結(jié)果如圖1～2所示，其中，圖1是本發(fā)明實(shí)施例1提供的氣缸套的金相結(jié)構(gòu)(石墨)100×圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例1提供的氣缸套的金相結(jié)構(gòu)(基體組織)500×放大圖。通過(guò)圖1～2可以看出，該氣缸套的金相結(jié)構(gòu)為A石墨+90％索氏體+均勻分布的碳化物及少量殘余奧氏體。

對(duì)本發(fā)明提供的氣缸套進(jìn)行硬度、抗拉強(qiáng)度和彈性模量檢測(cè)，結(jié)果為：硬度350HBW，抗拉強(qiáng)度達(dá)到460MPa，彈性模量為146GPa。

實(shí)施例2

(1)配料及熔煉：按比例稱取規(guī)定的原料，采用中頻感應(yīng)電爐1470～1520℃熔煉，按照如下重量要求進(jìn)行調(diào)料：C：3.25wt％、Si：2.19wt％、P：0.08wt％、S：0.09wt％、Mn：2.49wt％、Mo：0.43wt％、V：0.11wt％、Ti：0.06wt％、Ce：0.012wt％、Fe：余量，得到鐵液；出鐵液時(shí)采用順流孕育方式進(jìn)行一次孕育處理，一次孕育劑牌號(hào)SiRE1、粒度2～5mm，加入量占鐵液重量0.5～0.7％；一次孕育處理后的鐵水轉(zhuǎn)入澆火勺中進(jìn)行二次孕育，二次孕育劑為Sr-FeSi、粒度0.5～1mm，加入量占鐵水重量0.1～0.3％，二次孕育后的鐵液扒渣，等待澆注；

(2)澆注：采用金屬離心鑄造方式對(duì)上述扒渣后的鐵液進(jìn)行澆注，模具內(nèi)壁均勻噴涂一層石英粉涂料，涂料厚度0.6～1mm，模具預(yù)熱溫度400℃～430℃，澆注轉(zhuǎn)速：1300～1500r/min，澆注溫度1430～1460℃，出模溫度800℃～850℃；鑄件出模后自然冷卻至室溫，等待回火處理，鑄態(tài)毛坯金相組織為A石墨+馬氏體+殘余奧氏體+少量索氏體及均勻分布的碳化物，硬度440HBW；

(3)回火：上述得到的鑄造毛坯在560℃下回火2h，之后進(jìn)行機(jī)加工，得到成品氣缸套。

對(duì)本發(fā)明提供的氣缸套進(jìn)行金相觀察，結(jié)果為該氣缸套試樣的金相為A石墨+95％索氏體+均勻分布的碳化物及少量殘余奧氏體。

對(duì)本發(fā)明提供的氣缸套進(jìn)行硬度、抗拉強(qiáng)度和彈性模量檢測(cè)，結(jié)果為：硬度340HBW，抗拉強(qiáng)度達(dá)到470MPa，彈性模量為149GPa。

實(shí)施例3

(1)配料及熔煉：按比例稱取規(guī)定的原料，采用中頻感應(yīng)電爐1470～1520℃熔煉，按照如下重量要求進(jìn)行調(diào)料：C：3.31wt％、Si：1.98wt％、P：0.06wt％、S：0.1wt％、Mn：2.41wt％、Mo：0.41wt％、V：0.12wt％、Ti：0.06wt％、Ce、0.01wt％、Fe：余量，得到鐵液；出鐵液時(shí)采用順流孕育方式進(jìn)行一次孕育處理，一次孕育劑牌號(hào)SiRE1、粒度2～5mm，加入量占鐵液重量0.5～0.7％；一次孕育處理后的鐵水轉(zhuǎn)入澆火勺中進(jìn)行二次孕育，二次孕育劑為Sr-FeSi、粒度0.5～1mm，加入量占鐵水重量0.1～0.3％，二次孕育后的鐵液扒渣，等待澆注；

(2)澆注：采用金屬離心鑄造方式對(duì)上述扒渣后的鐵液進(jìn)行澆注，模具內(nèi)壁均勻噴涂一層石英粉涂料，涂料厚度0.6～1mm，模具預(yù)熱溫度400℃～430℃，澆注轉(zhuǎn)速：1300～1500r/min，澆注溫度1430～1460℃，出模溫度800℃～850℃；鑄件出模后自然冷卻至室溫，等待回火處理，鑄態(tài)毛坯金相組織為A石墨+馬氏體+殘余奧氏體+少量索氏體及均勻分布的碳化物，硬度430HBW；

(3)回火：上述得到的鑄造毛坯在570℃下回火2h，之后進(jìn)行機(jī)加工，得到成品氣缸套。

對(duì)本發(fā)明提供的氣缸套進(jìn)行金相觀察，結(jié)果為該氣缸套試樣的金相為A石墨+90％索氏體+均勻分布的碳化物及少量殘余奧氏體。

對(duì)本發(fā)明提供的氣缸套進(jìn)行硬度、抗拉強(qiáng)度和彈性模量檢測(cè)，結(jié)果為：硬度330HB，抗拉強(qiáng)度達(dá)到480MPa，彈性模量為149GPa。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。