CN101942540A - 消除单体铸造活塞环针状组织和硬度差的新型孕育剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种消除单体铸造活塞环针状组织和硬度差的新型孕育剂，它包括金属锑与硅锶孕育剂，金属锑与硅锶孕育剂的重量比为1∶5～20。使用本发明的消除单体铸造活塞环针状组织和硬度差的新型孕育剂，不需对活塞环的成份进行调整，不但不会降低活塞环的机械性能，反而可以提高其机械性能；在现有的加工方法中使用本发明的消除单体铸造活塞环针状组织和硬度差的新型孕育剂，可取消时效工序，将少了工序，省时省电，降低了生产成本，缩短了生产周期；使用本发明，在铸造阶段增加的成本为金属锑(Sb)的消耗成本。

Description

消除单体铸造活塞环针状组织和硬度差的新型孕育剂

技术领域

本发明涉及一种消除单体铸造活塞环针状组织和硬度差的一种新型孕育剂。

背景技术

在活塞环铸铁材料中，铬铜合金、铬钼铜合金、铬钼合金、钨铬钼合金等材料得到广泛运用，但这些材料在铸造时，基体组织中常出现一种针状组织，特别是端面高度≤2mm的薄型环，更是普遍存在针状组织。当针状组织出现时活塞环的硬度最高会超过HRB108，0°、90°、180°三处的硬度差＞3个HRB单位，JB/T51105-1999《内燃机活塞环产品质量分等》3.3.1规定“同一片环上的硬度差应小于或等于3个HRB硬度单位”。现在解决硬度差＞3个HRB单位一般方法为：采用530-580℃的时效处理，此方法费工费时费电；或采用提高C、Si含量，将石墨做粗大的方法，此方法生产的活塞环机械性能较差。

发明内容

发明目的：消除单体铸造活塞环(特别是薄型环)基体组织中的针状组织，减小同片活塞环硬度差达到≤3个HRB单位。

技术方案：为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种消除单体铸造活塞环针状组织和硬度差的新型孕育剂，它包括金属锑与硅锶孕育剂，金属锑与硅锶孕育剂的重量比为1∶5～20。

其中，金属锑的纯度≥99％，粒度为0.2～5mm。

其中，所述的硅锶孕育剂包含如下重量百分比的组份：

Si：70～80％

Ca：0～0.1％

Al：0～0.5％

Sr：0.8～1.5％

Fe：18～29％。

其中，所述的硅锶孕育剂的粒度：1～15mm。

单体铸造活塞环(特别是薄型环)基体组织中出现针状组织的主要原因是单体铸造活塞环在浇注后的共析转变阶段，由于含有Cr或Mo等合金元素以及冷却速度快，产生一种由贝氏体、马氏体和少量残余奥氏体组成的针状组织。硅锶孕育剂是一种高效孕育剂，促进石墨化能力非常强，同时具有齐一性好的特点。而加入金属锑(Sb)，使活塞环在共析转变时，改变共析转变温度，促进生成珠光体。硅锶与金属锑(Sb)联合使用可有效消除针状组织，减小同片环的硬度差。

有益效果：1、使用本发明的消除单体铸造活塞环针状组织和硬度差的新型孕育剂，不需对活塞环的成份进行调整，不但不会降低活塞环的机械性能，反而可以提高其机械性能。

2、在现有的加工方法中使用本发明的消除单体铸造活塞环针状组织和硬度差的新型孕育剂，可取消时效工序，将少了工序，省时省电，降低了生产成本，缩短了生产周期。

3、使用本发明，在铸造阶段增加的成本为金属锑(Sb)的消耗成本，其中硅锶为正常需用的，用量相同，故不增加成本；0.03％(平均用量)*40g(活塞环重量)*60元/Kg/1000＝0.00072元/片。时效成本为：电费+人工+设备折旧元/片＝0.0247元/片。使用本发明合计可节约成本：0.02398元/片，以年产活塞环2000万片计，可节约成本479600元。

具体实施方式：

根据下述实施例，可以更好的理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料配比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。

下述实施例中，硅锶孕育剂的加入量为铁水重量的0.1～1％。

实施例1：

以生产的铬铜合金材料R175活塞环为例，炉内铁水成份为：

化学成分

C

Si

Mn

P

Cu

Cr

S

Fe

含量(％)

3.8

2.4

0.8

0.35

0.45

0.25

0.02

剩余

出水温度1560℃。80Kg的铁水中，加入本发明的消除单体铸造活塞环针状组织和硬度差的新型孕育剂430g。其中，金属锑(Sb)30g，硅锶孕育剂400g，金属锑(Sb)是粒径为0.2mm的颗粒，，二者的混合比例为1：13.3，在出铁水时随铁水流加入浇注包内。

其中，硅锶孕育剂粒度为1mm，成分为

化学成分	Si	Ca	Al	Sr	Fe
						含量(％)	70	0.1	0.5	1.5	27.9

结果：金相组织：石墨为片状+星状石墨；基体：珠光体+磷共晶(铁素体＜1％，没有针状组织)；硬度：HRB103-105。此活塞环可以不进行时效处理。

对比例1：

以生产的铬铜合金材料R175活塞环为例，炉内铁水成份同实施例1。出水温度1560℃，80Kg的铁水中，加入硅锶孕育剂430g。

其中，硅锶孕育剂粒度、成分同实施例1。

结果：金相组织：石墨为片状+星状石墨；基体：珠光体+磷共晶(铁素体3-5％，有针状组织)；硬度：HRB104-110(最高硬度＞HRB108，且硬度差为6个HRB单位，故不合格)。此活塞环必须进行530-580℃的时效处理，以减小硬度差。

实施例2：

以生产的W、Cr、Mo合金材料EQD6102油环为例，炉内铁水成份为：

化学成分	C	Si	Mn	P	Mo	W	Cr	S	Fe
										含量(％)	3.85	2.5	0.8	0.43	0.23	0.44	0.21	0.05	剩余

出水温度1560℃。80Kg的铁水中，加入本发明的消除单体铸造活塞环针状组织和硬度差的新型孕育剂180g。其中，金属锑(Sb)30g，硅锶孕育剂150g，金属锑(Sb)是粒径为2mm的颗粒，，二者的混合比例为1∶5，在出铁水时随铁水流加入浇注包内。

其中，其中，硅锶孕育剂粒度为8mm，成分为

化学成分	Si	Ca	Al	Sr	Fe
						含量(％)	75	0.08	0.02	0.9	24

结果：金相组织：石墨为片状+小量星状石墨；基体：珠光体+磷共晶(铁素体＜1％，没有针状组织)；硬度：HRB99-101。此活塞环可以不进行时效处理。

对比例2：

以生产W、Cr、Mo合金材料EQD6102油环为例，炉内铁水成份同实施例2。出水温度1560℃，80Kg的铁水中，加入硅锶孕育剂180g。其中，硅锶孕育剂粒度、成分同实施例2。

结果：金相组织：石墨为片状+星状石墨；基体：珠光体+磷共晶(铁素体3-5％，有针状组织)；硬度：HRB99-109(最高硬度＞HRB108，且硬度差为10个HRB单位，故不合格)。此活塞环必须进行530-580℃的时效处理，以减小硬度差。

实施例3：

以生产的Cr、Mo、Cu合金材料152FM第一道活塞环为例，炉内铁水成份为：

化学成分	C	Si	Mn	P	Mo	Cu	Cr	S	Fe
										含量(％)	3.90	2.35	0.8	0.43	0.21	0.48	0.31	0.05	剩余

出水温度1580℃。80Kg的铁水中，加入本发明的消除单体铸造活塞环针状组织和硬度差的新型孕育剂735g。其中，金属锑(Sb)35g，硅锶孕育剂700g，金属锑(Sb)是粒径为5mm的颗粒，，二者的混合比例为1∶20，在出铁水时随铁水流加入浇注包内。

其中，其中，硅锶孕育剂粒度为15mm，成分为

化学成分	Si	Ca	Al	Sr	Fe
						含量(％)	80	0	0	1	19

结果：金相组织：石墨为片状+星状石墨；基体：珠光体+磷共晶(铁素体＜1％，没有针状组织)；硬度：HRB104-106。此活塞环可以不进行时效处理。

对比例3：

以生产Cr、Mo、Cu合金材料152FM第一道活塞环为例，炉内铁水成份同实施例3。出水温度1580℃，80Kg的铁水中，加入硅锶孕育剂735g。其中，硅锶孕育剂粒度、成分同实施例3。

结果：金相组织：石墨为片状+星状石墨；基体：珠光体+磷共晶(铁素体3-5％，有针状组织)；硬度：HRB105-112(最高硬度＞HRB108，且硬度差为7个HRB单位，故不合格)。此活塞环必须进行530-580℃的时效处理，以减小硬度差。

Claims (4)

1.一种消除单体铸造活塞环针状组织和硬度差的新型孕育剂，其特征在于，它包括金属锑与硅锶孕育剂，金属锑与硅锶孕育剂的重量比为1∶5～20。

2.根据权利要求1所述的一种消除单体铸造活塞环针状组织和硬度差的新型孕育剂，其特征在于，金属锑的纯度≥99％，粒度为0.2～5mm。

3.根据权利要求1所述的一种消除单体铸造活塞环针状组织和硬度差的新型孕育剂，其特征在于，所述的硅锶孕育剂包含如下重量百分比的组份：

Si：70～80％

Ca：0～0.1％

Al：0～0.5％

Sr：0.8～1.5％

Fe：18～29％。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种消除单体铸造活塞环针状组织和硬度差的新型孕育剂，其特征在于，所述的硅锶孕育剂的粒度：1～15mm。