一种抗腐蚀合金铸铁气缸套及其制备方法与流程

本发明涉及合金铸铁气缸套的抗腐蚀，具体为一种抗腐蚀合金铸铁气缸套及其制备方法。

背景技术：

1、气缸套是发动机的核心部件，它是被安装于发动机内，与活塞和缸盖共同组成燃烧室和活塞运动的工作空间，发动机工作时气缸套承受高压、高温、活塞环摩擦、部件冲击以及水、汽、酸腐蚀等环境影响。

2、近些年，随着用户对气缸套各项性能指标要求的提高，以及低污染、低排放的要求。用户不但要求气缸套的材料品质不断升级，还不断追求获得新型廉价的环保燃料以替代传统燃油，既要求气缸套具有较好的强度、硬度，还要求未来的气缸套在使用甲醇、乙醇、甲烷、氢气等替代燃料时具有较好的抗腐蚀作用。气缸套的工作环境如此特殊，在承受高压、高温、摩擦、冲击还需忍受水、汽、酸腐蚀，因此，气缸套的抗腐蚀性作为气缸套重要的核心参数之一。抗腐蚀气缸套铸件材料的设计与制备应用是十分必要的。

技术实现思路

1、本发明提供了一种抗腐蚀合金铸铁气缸套及其制备方法，生产的合金铸铁气缸套具有较好的强度、硬度，特别具有较强的抗腐蚀能力。

2、本发明所采用的技术方案是：

3、一种抗腐蚀的合金铸铁气缸套的制备方法，包括以下步骤：

4、熔炼：将18号生铁、废钢、含碳98%增碳剂加入3t中频电炉中熔炼，其中生铁1500kg，废钢1350kg，增碳剂45kg；

5、以上生铁按500+500+500kg分三批加入；废钢按450+450+450kg分三批加入；增碳剂一次性加入45kg；加料过程为分批连续加入，此过程熔炼功率控制在总功率的80%，当炉内材料完全熔化，炉口液面可见时，功率提升至100%；100%功率下铁水高温沸腾5-10分钟，在铁液表面加入除渣剂，进行打渣处理，至液面干净；熔炼温度1520-1550℃，获得铁水a

6、调质：在铁水a中加入75硅铁、65锰铁、24磷铁、60铬铁、99铜、99锡等铁合金进行调质，合金加入所需重量根据原铁水a与目标值b的差值，进行计算获得，加入合金后通过光谱检测，最终获得铁水b，合金加入后在1520-1550℃温度熔炼5-10分钟；

7、孕育：将铁水b通过硅锶孕育剂孕育得到成分2.5~3.1wt%的c、1.4~2.5wt%的si、0.5~1.2wt%的mn、0.1~0.4wt%的p、0.02~0.12wt%的s、0.3~1.5wt%的cr、0.5~1.5wt%的cu、0.6~1.0wt%的sn、余量为fe；

8、将孕育后的铁水通过离心铸造浇注，出型后进行空冷，得到合金铸铁气缸套。

9、在上述方案的基础上，作为优选，孕育得到成分：3.0~3.1wt%的c、1.9~2.1wt%的si、0.75~0.85wt%的mn、0.2~0.3wt%的p、0.04~0.06wt%的s、0.6~0.8wt%的cr、0.6~0.7wt%的cu、0.7~0.9wt%的sn、余量为fe。

10、在上述方案的基础上，作为优选，所述离心铸造浇注的浇注温度控制在1350~1390℃、出型温度为700-800℃。

11、在上述方案的基础上，作为优选，冷却方式采用随金属模具空冷30s，再随金属模具一起水冷240s，再随金属模具空冷120s，至毛坯内腔700-800℃时出模空冷至自然温度。

12、本发明中c的含量为 2.5~3.1wt%，si的含量为1.4~2.5wt%；在正常合金铸铁气缸套中，c含量越低，基体中石墨片越细小，铸铁气缸套强度越高，抗腐蚀能力越强。但铸件的白口倾向概率越大。si含量越高，其耐热性越高，但铸件气缸套的强度及耐磨性能会下降。因此，需要综合考虑和试验碳、硅组合的含量对缸套性能的影响。只有在以上范围内，才能保证合金铸铁缸套的抗腐蚀性、强度、硬度。在具体试验中，所述的c含量为3.0~3.1%，更具体地，所述c含量为3.01%、3.03 %、3.07%、3.09%。具体实施中si含量为1.9~2.1%，更具体地，所述si含量为1.92%、1.97%、2.05 %、2.08%。

13、加入mn主要是为了降低铁水的含氧量，改善其纯净度，消除其热脆性，从而达到提升热加工性能的作用，同时可以提高铸件强度。但mn含量过高会产生缩孔、缩松等致命缺陷。综合考虑，mn的含量为0.5~1.2%适宜。在具体试验实施中，当mn的含量为0.75~0.85%，可达最佳。更具体地，所述mn的含量为0.77%、0.79%、0.82%、0.84%。

14、加入p主要是为了形成一定数量的磷共晶，提高铸件气缸套的硬度及耐磨性。同时磷的加入能够改善加工性能。磷共晶产生的硬质相可以提高其抗腐蚀能力。但p的含量过高会导致铸件失去延展性，强度下降。因此p的含量要控制在特定区间内。p的含量为0.1~0.4%适宜。在具体试验实施中，当p的含量为0.2~0.3%，可达最佳。更具体地，所述p的含量为0.21%、0.24%、0.26%、0.29%。

15、加入s主要是为了降低铸件的整体熔点，细化金相组织，增加铸件的可塑性。但s的含量过高会导致铸件力学性能和耐腐蚀性能降低，因此s的含量要控制在特定区间内。s的含量为0.02-0.12%适宜。在具体试验实施中，当s的含量为0.04~0.06%，可达最佳。更具体地，所述s的含量为0.045%、0.050%、0.053%、0.057%。

16、加入cu主要是为了细化基体组织，提高铸铁气缸套的强度与硬度，提高其抗氧化性。cu提高了锡铬合金快速融合，确保其稳定性。进一步提高锡铬合金的抗腐蚀能力。含铜量过高会导致铸件硬度下降，增加磨损。因此，cu的含量要控制在特定区间内，当cu的含量为0.5-1.5%适宜。在具体试验实施中，cu的含量0.6~0.7%，可达最佳。更具体地，所述cu的含量为0.62%、0.64 %、0.67%、0.69%。

17、加入cr主要是为了提高铸件淬透性，提升强度、硬度，特别是提高铸件抗腐蚀性，并显著提升铸件抗氧化能力、耐酸、碱及大气腐蚀能力。但高含量的cr会导致铸件脆性增加，切削加工困难。因此cr的含量要控制在综合性能最佳的区间内，在具体试验实施发现，当cr的含量小于0.3%时，cr2o3保护膜无法生成。当cr的含量大于1.5%时，硬度达45-50hrc，切削加工困难，同时铸件抗腐蚀能力下降。所以cr的含量为0.3-1.5%适宜。在具体试验实施中，当cr的含量为0.6-0.8%，可达最佳。更具体地，所述cr的含量为0.63%、0.68%、0.72%、0.76%。

18、加入sn主要是为了提高铸件的硬度、强度，特别是抗腐蚀能力。在具体试验实施发现，锡含量加入量以0.6%→0.5%→0.4%→0.3%→0.2%→0.1%递减其铸件的防腐性能呈直线减弱趋势；当锡含量大于1.0%时，铸件的金相组织开始趋于白口化，加工性能变极差。而且高含量的sn会导致大幅度增加铸件成本。因此sn的含量要进行适当控制。sn的含量为0.6-1.0%适宜。在具体试验实施中，当sn的含量为0.7-0.9%，可达最佳。更具体所述sn的含量为0.71%、0.79 %、0.83%、0.88%。根据试验，当铸件cr：0.6-0.8%，sn：0.7-0.9%时，锡铬合金状态稳定，铸件达到最佳抗腐蚀状态，铸件加工性能优良。

19、本发明具有以下技术效果：

20、本发明的合金铸铁气缸套的基体为索氏体加细小片状石墨，其组织稳定；同时由于碳化物在基体组织中弥散均匀分布、极大提高了合金铸铁气缸套的耐腐蚀能力，且该合金铸铁气缸套因为碳硅当量低，减少了铸铁气缸套的石墨数量，铸铁中的铬高于正常气缸套铸件0.2-0.4%的含量，达到0.6-0.8%，特别是加入0.7-0.9%的锡，这两种元素固溶于基休中，产生锡铬合金，该合金为基体内部主要组成成分，该合金材料具有良好的抗腐蚀能力。外部的铬（cr）原子与氧（o），形成cr2o3保护膜，使铸件材料在酸性条件下不断释放cr2o3，起到防腐作用。因此该铸铁气缸套不仅有高的抗腐蚀性，并且具有良好的强度、硬度，可大大提高发动机气缸套的使用寿命。尤其对使用甲醇、乙醇、甲烷等燃料的发动机气缸套时，抗腐蚀作用更显著。（没有抗腐蚀能力或者抗腐蚀能力较弱的普通气缸套大约会在连续工作2000h-3000h，之后会产生点蚀、应力腐蚀开裂的腐蚀现象，经实验cr2o3保护膜在甲醇、乙醇、甲烷等新能源燃料工作情况下，能够保证6000h不会产生点蚀、应力腐蚀开裂的腐蚀现象，由于气缸套cr2o3保护膜较薄、气缸套在工作过程中会产生轻微磨损。大部分cr2o3保护膜会在5500h时，损耗完全。锡铬合金有良好的抗腐蚀性能，可以在cr2o3保护膜，完全损耗后，在甲醇燃料环境下保证9000h不会产生点蚀、应力腐蚀开裂的腐蚀现象。乙醇燃料环境下保证9500h不会产生点蚀、应力腐蚀开裂的腐蚀现象。甲烷燃料环境下保证10000h不会产生点蚀应力腐蚀开裂的腐蚀现象。