本發(fā)明屬于合金鑄鐵活塞環(huán)的鑄造技術(shù)，特別是船用柴油機(jī)活塞環(huán)底環(huán)材料及其鑄造方法。

背景技術(shù)：

船用柴油機(jī)汽缸內(nèi)通常有4道活塞環(huán)，第一道活塞環(huán)稱為頂環(huán)，其它三道活塞環(huán)被稱作底環(huán)。第一道活塞環(huán)承受的沖擊力比下面的幾道活塞環(huán)大，因此，頂環(huán)和底環(huán)的材質(zhì)是不一樣的?；钊h(huán)底環(huán)是船舶柴油機(jī)燃燒室中的一個(gè)關(guān)鍵零件?；钊h(huán)底環(huán)在工作過(guò)程中，既要承受高溫、高壓，又要承受劇烈的磨損和較大負(fù)荷的沖擊，其性能的好壞直接影響了柴油機(jī)的工作效率及工作質(zhì)量。而活塞環(huán)底環(huán)材料好壞直接決定了活塞環(huán)性能的優(yōu)劣。目前我國(guó)僅能生產(chǎn)少量技術(shù)含量不高材質(zhì)的船用活塞環(huán)。根據(jù)國(guó)內(nèi)船標(biāo)規(guī)定，合金鑄鐵活塞環(huán)公稱直徑D＞300mm時(shí)布氏硬度HB＝195～266、筒體鑄造活塞環(huán)的彈性模量E為112kN/mm²、抗彎強(qiáng)度Rb大于471N/mm²；國(guó)內(nèi)先進(jìn)二沖程船用MAN-B&W柴油機(jī)生產(chǎn)商所用的活塞環(huán)底環(huán)均為國(guó)外進(jìn)口。MAN-B&W柴油機(jī)的活塞環(huán)底環(huán)性能要求布氏硬度為HB200-240、彈性模量E為108-132kN/mm²、抗彎強(qiáng)度Rb＝500-750N/mm²。顯然，按國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的活塞環(huán)底環(huán)不能滿足二沖程船用MAN-B&W柴油機(jī)的要求。隨著國(guó)內(nèi)船舶行業(yè)發(fā)展勢(shì)頭的快速進(jìn)步，船用柴油機(jī)的產(chǎn)量逐年加大，船用活塞環(huán)底環(huán)的需求量也逐年加大。由國(guó)外進(jìn)口活塞環(huán)底環(huán)存在的問題：一是成本越來(lái)越高，二是訂貨周期長(zhǎng)。急需開發(fā)研制性能優(yōu)良的船用活塞環(huán)底環(huán)，替代進(jìn)口的活塞環(huán)底環(huán)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明要設(shè)計(jì)一種既可以降低成本并縮短訂貨周期，又能夠達(dá)到二沖程船用MAN-B&W柴油機(jī)生產(chǎn)要求性能的船用柴油機(jī)活塞環(huán)底環(huán)材料DPR-D5及其鑄造方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

船用柴油機(jī)活塞環(huán)底環(huán)材料DPR-D5，組分及質(zhì)量含量如下：

進(jìn)一步地，所述的其余組分為Fe和不可避免雜質(zhì)。

船用柴油機(jī)活塞環(huán)底環(huán)的鑄造方法，包括以下步驟：

A、配制原料：按照船用柴油機(jī)活塞環(huán)底環(huán)材料DPR-D5的組分配制原料；

B、熔煉：用熔煉爐將步驟A的配料熔煉成鐵水；根據(jù)鑄件的毛坯規(guī)格組和毛坯壁厚，加入硅鈣孕育劑，并調(diào)整出爐溫度及澆注溫度；具體控制指標(biāo)見表1，表中毛坯規(guī)格組用毛坯外徑尺寸表示；

表1：控制指標(biāo)表

進(jìn)一步地，所述的熔煉爐為變頻感應(yīng)電爐。

進(jìn)一步地，所述的硅鈣孕育劑由埃肯碳素(中國(guó))有限公司生產(chǎn)，至少包括以下質(zhì)量含量的組分：

Si:73％-78％；

Ca:0.75％-1.25％；

Ba:0.75％-1.25％；

Al:0.75％-1.25％。

進(jìn)一步地，所述的澆注溫度在氣溫低于-10℃時(shí)靠近上限，在氣溫高于25℃時(shí)靠近下限。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

1、本發(fā)明通過(guò)對(duì)活塞環(huán)底環(huán)材料化學(xué)組分及質(zhì)量百分含量的控制，得到了合金鑄鐵DPR-D5。本發(fā)明在鑄鐵中加入少量的銅、鉬、鎳元素可細(xì)化珠光體，也能細(xì)化石墨；加入鉻能改善并提高力學(xué)性能及耐熱性；加入錳可溶于基體和碳化物中，既強(qiáng)化基體，又增加碳化物的穩(wěn)定性，還能促使形成細(xì)珠光體。從石墨的形核規(guī)律出發(fā)，推斷出硅的含量在石墨初期形核期間起較大作用。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，孕育劑含量越多，片狀石墨的數(shù)量越多；鑄件壁厚越厚，片狀石墨越粗、越長(zhǎng)。通過(guò)嚴(yán)控孕育劑的用量，根據(jù)鑄件的大小、壁厚對(duì)冷卻速度要求的不同，調(diào)整出爐溫度及澆注溫度以達(dá)到改變石墨形態(tài)及分布的目的。

2、本發(fā)明澆注成的合金鑄鐵DPR-D5的石墨形態(tài)為片狀石墨I(xiàn)A3-5，基體組織為珠光體、少量鐵素體及硬質(zhì)相(滲碳體+磷共晶)，經(jīng)檢測(cè)，彈性模量E達(dá)120kN/mm²以上，布氏硬度為HB200-240，抗彎強(qiáng)度Rb＝500-750N/mm²。由此可見，合金鑄鐵DPR-D5具有硬度適中、抗彎強(qiáng)度高、耐磨耐腐蝕性好等優(yōu)點(diǎn)，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到MAN-B&W材料標(biāo)準(zhǔn)的CF5標(biāo)準(zhǔn)要求，可以替代進(jìn)口材料CF5，用于MAN-B&W柴油機(jī)活塞環(huán)底環(huán)的鑄造。

3、由于本發(fā)明達(dá)到了MAN-B&W柴油機(jī)活塞環(huán)底環(huán)的性能要求，不需要再?gòu)膰?guó)外進(jìn)口，采用本發(fā)明生產(chǎn)的活塞環(huán)價(jià)格至少比進(jìn)口活塞環(huán)的價(jià)格降低1/3，常用的規(guī)格的活塞環(huán)都備有庫(kù)存，不常用規(guī)格生產(chǎn)周期為1個(gè)月左右。而進(jìn)口活塞環(huán)進(jìn)貨周期要3個(gè)月左右。由此可見，本發(fā)明從而低了制造成本，縮短了訂貨周期。

附圖說(shuō)明

圖1是合金鑄鐵DPR-D5在100倍金相顯微鏡下石墨形態(tài)大小示意圖。

圖2是合金鑄鐵DPR-D5在500倍金相顯微鏡下腐蝕后基體示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步地描述。

實(shí)施例一：

船用柴油機(jī)活塞環(huán)底環(huán)的鑄造方法，包括以下步驟：

1、按如下質(zhì)量百分比配料：C:3.0％，Si:1.4％，Mn:0.84％，Cr:0.1％，Mo:0.49％，Cu:0.99％，Ti:≤0.05％，P:0.1％，S≤0.05％，Mg:≤0.005％，其余為Fe和不可避免雜質(zhì)；

2、熔煉：用變頻感應(yīng)電爐將步驟1的配料熔煉成鐵水，鑄件為直徑350mm、壁厚12mm的筒形毛坯，調(diào)整出爐溫度為1450℃，加入0.35％的孕育劑，澆注溫度為1390℃。

澆注成的合金鑄鐵DPR-D5基體組織為珠光體、少量鐵素體及硬質(zhì)相(滲碳體+磷共晶)，力彈性模量E達(dá)112kN/mm²，布氏硬度為HB219，抗彎強(qiáng)度Rb＝560N/mm²。

實(shí)施例二：

船用柴油機(jī)活塞環(huán)底環(huán)的鑄造方法，包括以下步驟：

1、按如下質(zhì)量百分比配料：C:3.2％，Si:1.4％，Mn:0.84％，Cr:0.1％，Mo:0.49％，Cu:0.99％，Ti:≤0.05％，P:0.1％，S≤0.05％，Mg:≤0.005％，其余為Fe和不可避免雜質(zhì)；

2、熔煉：用變頻感應(yīng)電爐將步驟1的配料熔煉成鐵水，鑄件為直徑700mm、壁厚23mm的筒形毛坯，調(diào)整出爐溫度為1420℃，加入0.28％的孕育劑，澆注溫度為1360℃。

澆注成的合金鑄鐵DPR-D5基體組織為珠光體、少量鐵素體及硬質(zhì)相(滲碳體+磷共晶)，力彈性模量E達(dá)120kN/mm²，布氏硬度為HB226，抗彎強(qiáng)度Rb＝600N/mm²。

實(shí)施例三：

船用柴油機(jī)活塞環(huán)底環(huán)的鑄造方法，包括以下步驟：

按實(shí)施例2的步驟在氣溫為-15℃時(shí)進(jìn)行熔煉，澆注溫度為1363℃，其余與實(shí)施例2相同。

實(shí)施例四：

船用柴油機(jī)活塞環(huán)底環(huán)的鑄造方法，包括以下步驟：

按實(shí)施例2的步驟在氣溫為28℃時(shí)進(jìn)行熔煉，澆注溫度為1357℃，其余與實(shí)施例2相同。

通過(guò)上述實(shí)施例熔煉出來(lái)的合金鑄鐵DPR-D5，在100倍金相顯微鏡下石墨形態(tài)大小如圖1所示，從圖中可見，本發(fā)明可得到無(wú)方向性分布均勻的A型片狀石墨，長(zhǎng)度為3-5級(jí)(依據(jù)GB/T7216-2009灰鑄鐵金相檢驗(yàn))，石墨長(zhǎng)度適中，強(qiáng)度和耐磨性好。合金鑄鐵DPR-D5在500倍金相顯微鏡下腐蝕后基體如圖2所示，從圖中可見，基體組織為珠光體、少量鐵素體及硬質(zhì)相(滲碳體+磷共晶)，珠光體細(xì)化，強(qiáng)度好。

上述實(shí)施例僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非依此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，故凡依本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、形狀、原理所做的等效變化，均應(yīng)涵蓋于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。