CN103572150A

CN103572150A - 发动机气缸盖灰铸铁

Info

Publication number: CN103572150A
Application number: CN201310475514.8A
Authority: CN
Inventors: 潘斯宁; 龙善北; 于笋
Original assignee: Guangxi Yuchai Machinery Co Ltd
Current assignee: Guangxi Yuchai Machinery Co Ltd
Priority date: 2013-10-12
Filing date: 2013-10-12
Publication date: 2014-02-12

Abstract

本发明公开了一种发动机气缸盖灰铸铁。该发动机气缸盖灰铸铁加入微量Nb元素后灰铁材料成分包括：碳3.25%至3.35%、硅1.7%至1.9%、锰0.4%至0.6%、磷小于0.05%、硫0.06%至0.10%、铬0.15%至0.25%、铜0.6%至0.8%、铌0至0.30%，其余为铁。该发动机气缸盖灰铸铁适应发动机气缸盖的生产要求，通过在现有HT250材料的基础上加入微量Nb元素，并适当调节其他元素含量，显著提高灰铁材料的力学性能和强度，使该种材料能适用于更高要求的发动机气缸盖中，解决目前因材料强度和热疲劳较低而引起的开裂问题。

Description

发动机气缸盖灰铸铁

技术领域

本发明涉及气缸盖铸造领域，特别涉及一种发动机气缸盖灰铸铁。

背景技术

灰铸铁是指具有片状石墨的铸铁，主要成分是铁、碳、硅、锰、硫、磷，具有良好的力学性能、铸造性能、减震性、耐磨性和切削加工性能，以及低的缺口敏感性，是应用最广的铸铁。

发动机气缸盖工作时承受很高的热载荷和机械载荷，随着发动机不断向大马力高速度发展，对气缸盖材料提出更高的要求，它不仅要求有较高的强度和韧性，而且要求耐热疲劳性能好，能在较大的温度梯度下工作。

目前用于生产气缸盖的HT250材料，其主要化学成分范围如下表1所示：

表1.HT250材料的主要化学成分范围（wt.%）

目前普遍采用的HT250材料在生产控制中，往往只控制主要元素的化学成分，而忽视某些微量元素在力学性能（强韧性、高温疲劳等）和生产质量一致性、稳定性方面的重要作用，使得该HT250材料逐渐不能满足要求，急需开发出强度及热疲劳寿命更优的高强度灰铁材料。

发明内容

本发明是为了克服上述现有技术中缺陷，提供了一种适应发动机气缸盖的生产要求，通过在现有HT250材料的基础上加入微量Nb元素，并适当调节其他元素含量，来提高灰铁材料的力学性能和强度的发动机气缸盖灰铸铁。

为达到上述目的，根据本发明提供了一种发动机气缸盖灰铸铁，加入微量Nb元素后灰铁材料成分包括：碳3.25%至3.35%、硅1.7%至1.9%、锰0.4%至0.6%、磷小于0.05%、硫0.06%至0.10%、铬0.15%至0.25%、铜0.6%至0.8%、铌0至0.30%，其余为铁。

上述技术方案中，该发动机气缸盖灰铸铁采用中频感应电炉熔炼合金。

上述技术方案中，该发动机气缸盖灰铸铁的浇注温度为1380-1430℃。

上述技术方案中，该发动机气缸盖灰铸铁的灰铁合金熔炼时加入微量Nb元素是以铌铁合金形式加入。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：该发动机气缸盖灰铸铁适应发动机气缸盖的生产要求，通过在现有HT250材料的基础上加入微量Nb元素，并适当调节其他元素含量，显著提高灰铁材料的力学性能和强度，使该种材料能适用于更高要求的发动机气缸盖中，解决目前因材料强度和热疲劳较低而引起的开裂问题。

附图说明

图1为本发明的发动机气缸盖灰铸铁的冷热冲击试验循环图；

图2为本发明的发动机气缸盖灰铸铁的“十一工况”试验循环图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。需要理解的是，本发明的以下实施方式中所提及的“上”、“下”、“左”、“右”、“正面”和“反面”均以各图所示的方向为基准，这些用来限制方向的词语仅仅是为了便于说明，并不代表对本发明具体技术方案的限制。

本发明的发动机气缸盖灰铸铁适应发动机气缸盖的生产要求，通过在现有HT250材料的基础上加入微量Nb元素，并适当调节其他元素含量，提高了灰铁材料的力学性能和强度。

以下详细的描述通过举例但非限制的方式说明了本公开，应该明白的是本公开的各种方面可被单独的实现或者与其他方面结合的实现。本说明书清楚的使本领域的技术人员能够制造并使用我们相信为新的且非显而易见的改进，描述了若干实施例、变通方法、变型、备选方案以及***应用，包括当前被认为是执行本说明书中描述的发明原理的最好模式。当描述元件或特征和/或实施例时，冠以“一”“一个”“该”和“所述”旨在表示具有元件或特征中的一个或多个。术语“包括”“包含”和“具有”旨在为包括性的，并表示在那些具体描述的元件或特征以外还具有额外的元件或特征。

该发动机气缸盖灰铸铁是在现有HT250材料的基础上，通过加入微量Nb元素，并适当调节其他元素含量，提高灰铁材料的力学性能，提高强度，使其能应用于更高要求的发动机气缸盖生产中。

该发动机气缸盖灰铸铁采用中频感应电炉熔炼合金，浇注温度为1380-1430℃。通过在灰铁合金熔炼时加入微量Nb元素（以铌铁合金形式加入），来提高材料力学性能。加入微量Nb元素后灰铁材料各主要化学成分范围按下表2所示来控制：

表2.Nb微合金化灰铁材料的主要化学成分范围（wt.%）

加入微量Nb元素后，灰铁合金的力学性能有了较大幅度的提高，当Nb元素含量为0.20%时，拉伸强度提高了一个牌号，冲击功提高了约10%；此外也显著提高灰铁材料的疲劳寿命和热疲劳寿命，使该种材料能适用于更高要求的发动机气缸盖中。力学性能的具体数据如表3所示：

表3.Nb微合金化灰铁材料的力学性能

加入微量Nb元素后，Nb富集于共晶团边界，因此富Nb相形成于共晶团边界处，呈条状（包括Y型和V型），长度为2-30μm。

为了进一步考察采用Nb微合金化高强度灰铁气缸盖的使用性能，分别选用两台气缸盖进行台架试验验证。

对其中一台气缸盖进行了1000小时冷热冲击耐久性台架试验，循环试验工况图如图1所示，每个循环时间为7-9分钟，试验过程中未出现异常情况。试验结束后拆检进行磁粉探伤及底面平面度检测，未发现裂纹、渗漏及平面度超差的情况，表明气缸盖通过本项考核，满足使用要求。

对另外一台气缸盖进行了2000小时“十一工况”耐久性台架试验，循环试验工况图如图2所示，每个循环周期为150分钟，试验过程中未出现异常情况。试验结束后拆检进行磁粉探伤及底面平面度检测，未发现裂纹、渗漏及平面度超差的情况，表明气缸盖通过本项考核，满足使用要求。

综上，该发动机气缸盖灰铸铁适应发动机气缸盖的生产要求，通过在现有HT250材料的基础上加入微量Nb元素，并适当调节其他元素含量，显著提高灰铁材料的力学性能和强度，使该种材料能适用于更高要求的发动机气缸盖中，解决目前因材料强度和热疲劳较低而引起的开裂问题。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种发动机气缸盖灰铸铁，其特征在于，加入微量Nb元素后灰铁材料成分包括：碳3.25%至3.35%、硅1.7%至1.9%、锰0.4%至0.6%、磷小于0.05%、硫0.06%至0.10%、铬0.15%至0.25%、铜0.6%至0.8%、铌0至0.30%，其余为铁。

2.根据权利要求1所述的发动机气缸盖灰铸铁，其特征在于：该发动机气缸盖灰铸铁采用中频感应电炉熔炼合金。

3.根据权利要求2所述的发动机气缸盖灰铸铁，其特征在于：该发动机气缸盖灰铸铁的浇注温度为1380-1430℃。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的发动机气缸盖灰铸铁，其特征在于：该发动机气缸盖灰铸铁的灰铁合金熔炼时加入微量Nb元素是以铌铁合金形式加入。