CN105132788A - 一种灰/蠕复合铸铁材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种灰/蠕复合铸铁材料的制备方法，在铸件局部铸型的表面涂抹0.2-2mm含FeS的涂料，自然干燥8-12小时后，在1350-1400℃的条件下浇注蠕墨铸铁，冷却凝固后在铸件表面制备一层厚度为1-5mm的灰铸铁，其它部位为蠕墨铸铁的灰/蠕复合铸铁材料。本发明利用灰铸铁良好的导热性和蠕墨铸铁较高的强韧性和抗疲劳性特性，从而达到降低气缸盖火力面的工作温度，减少气缸盖热应力，提高气缸盖服役寿命的目的。

Description

一种灰/蠕复合铸铁材料的制备方法
技术领域
本发明属于金属材料领域，具体涉及一种灰/蠕复合铸铁材料的制备方法。
背景技术
随着柴油机性能的不断提升，柴油机燃烧室关键部件如缸盖所承受的热负荷和机械负荷越来越高，对柴油机气缸盖材料及制造技术也提出更高的要求。构成燃烧室的火力面温度高，要求火力面的材料具有良好的导热性能；其它部位要求具有足够的强韧性和抗疲劳性。先进高速增压柴油机的的缸盖大多采用铸铁合金铸造。
然而，传统气缸盖用铸铁材料的强韧性能与导热性相互矛盾，此消彼长现象严重。灰铸铁的导热性能优良，但强韧性好和抗疲劳性差；而蠕墨铸铁强韧性、抗疲劳性适中，但导热性能不足。由于很难同时兼顾这些性能，致使国内外高功率柴油机铸铁气缸盖经常发生由于火力面热应力开裂而损坏柴油机的严重问题。
如何使高性能柴油机气缸盖同时具有优良的强韧性、抗疲劳性和导热性，制备灰/蠕复合铸铁材料气缸盖是一种最有效且可行的方法。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种灰/蠕复合铸铁材料的制备方法。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明实施例提供一种灰/蠕复合铸铁材料的制备方法，该方法为：在铸件局部铸型表面涂抹0.2-2mm含FeS的涂料，自然干燥8-12小时；在1350-1400℃的条件下浇注蠕墨铸铁，冷却凝固后制备铸件表面1-5mm灰铸铁，其它部位为蠕墨铸铁的灰/蠕复合铸铁材料。
上述方案中，所述涂料的组成为FeS：5-30wt%、酚醛树脂：1-5wt%，余量为膨润土悬浮液。
上述方案中，所述FeS为市售工业级硫化亚铁，球磨成80-120目的粒度；所述膨润土悬浮液为钠基膨润土和水按1：1配置，搅拌充分后放置8-15小时制成。
上述方案中，所述涂料的制备方法为先将膨润土悬浮液搅拌3-5分钟，再加入FeS和酚醛树脂进行搅拌均匀后制成。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明制备灰/蠕复合铸铁材料可以同时提高铸铁表面局部的导热性能，同时还能使铸件本体具有高的强韧性和抗疲劳性。在柴油机气缸盖和机体上具有广泛的应用前景。应用本发明的方法制备的灰/蠕复合铸铁气缸盖兼顾高强韧、高导热和高抗疲劳性能，可以大大改善气缸盖的服役环境和提高服役寿命，彻底解决目前高功率密度柴油机气缸盖由于温度过高引起烧蚀和热应力开裂而损坏柴油机问题。并且，与传统通过表面处理方法（表面喷涂，激光重熔或者表面感应淬火）而提高气缸盖局部耐热和抗氧化能力相比，成本更低、环境污染小、可靠性更高。
附图说明
图1为实施例1的灰/蠕复合铸铁由表面到内部的显微组织；
图2为实施例2的灰/蠕复合铸铁材料由表面到内部显微组织；
图3为实施例3的复合铸铁材料由表面到内部的显微组织。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
理论上，铁液蠕化时反应时，硫的加入会与蠕墨铸铁中的主要蠕化元素镁发生反应，生成MgS或MgSO3等镁的硫化物，会降低铁液中的残余镁含量，使蠕墨铸铁达不到临界蠕化的残余镁量，发生蠕化衰退现象，形成灰铸铁。
本发明基于这一理论，在气缸盖火力面表层砂型上涂抹能够导致蠕墨铸铁蠕化衰退的含硫的涂料，使浇注的蠕墨铸铁表层一定厚度发生蠕化衰退，生成层片状石墨，从而在火力面制备一层灰铸铁，其它部位为蠕墨铸铁的新方法。从而显著提高缸盖火力面的导热能力，从蠕墨铸铁的30~42W/m.k提高到灰铸铁的45~58W/m.k，提高了38%。对于高功率柴油机缸盖使用工况来说，可以使缸盖火力面的温度降低30~50℃，显著改善缸盖的工作环境和，提高使用寿命。
本发明是一种通过改变涂料组成制备铸件表面为灰铸铁，而铸件本体为蠕墨铸铁的新型制备方法。
本发明实施例提供一种灰/蠕复合铸铁材料的制备方法，该方法为：在铸件局部铸型表面涂抹0.2-2mm含FeS的涂料，自然干燥8-12小时；在1350-1400℃的条件下浇注蠕墨铸铁，冷却凝固后制备铸件表面1-5mm灰铸铁，其它部位为蠕墨铸铁的灰/蠕复合铸铁材料。
所有涂料的组成为FeS：5-30wt%、酚醛树脂：1-5wt%，余量为膨润土悬浮液。
所述FeS为市售工业级硫化亚铁，球磨成80-120目的粒度；所述膨润土悬浮液为钠基膨润土和水按1：1配置，搅拌充分后放置8-15小时。
所述涂料的制备方法为先将膨润土悬浮液搅拌3-5分钟，再加入FeS和酚醛树脂进行搅拌均匀后制成。
所述蠕墨铸铁成分和制备方法为国标中的普通蠕墨铸铁及其熔炼方法。
实施例1：
所有涂料的组成为市售工业级FeS：5wt%，酚醛树脂：1wt%，余量为膨润土悬浮液。先将膨润土和水按1：1混合，搅拌充分后放置8小时制成膨润土悬浮液，FeS研磨成80目。接着配置涂料时先将膨润土悬浮液搅拌3min，加入FeS、酚醛树脂继续搅拌均匀后备用。接着在铸件局部铸型表面涂抹0.2mm含FeS的涂料，自然干燥8小时。在1350℃浇注蠕墨铸铁（RuT300），冷却凝固后制备铸件表面1.4mm灰铸铁，其它部位为蠕墨铸铁的灰/蠕复合铸铁材料（见图1）。从图1可知：本发明制备的灰/蠕复合铸铁材料灰铸铁层和蠕墨铸铁层结合良好，过渡区组织混合均匀，没有明显铸造缺陷，且表面灰铸铁层厚度达到1.4mm。
实施例2：
所有涂料的组成为市售工业级FeS：15wt%，酚醛树脂：3wt%，余量为膨润土悬浮液。先将膨润土和水按1：1混合，搅拌充分后放置10小时制成膨润土悬浮液，FeS研磨成100目。接着配置涂料时先将膨润土悬浮液搅拌4min，加入FeS、酚醛树脂继续搅拌均匀后备用。接着在铸件局部铸型表面涂抹0.5mm含FeS的涂料，自然干燥10小时。在1380℃浇注蠕墨铸铁（RuT300），冷却凝固后制备铸件表面5mm灰铸铁，其它部位为蠕墨铸铁的灰/蠕复合铸铁材料（见图2）。从图2可知：本发明制备的灰/蠕复合铸铁材料灰铸铁层和蠕墨铸铁层结合良好，过渡区组织混合均匀，没有明显铸造缺陷，且表面灰铸铁层厚度达到5mm。
实施例3：
所有涂料的组成为市售工业级FeS：30wt%，酚醛树脂：5wt%，余量为膨润土悬浮液。先将膨润土和水按1：1混合，搅拌充分后放置15小时制成膨润土悬浮液，FeS研磨成120目。接着配置涂料时先将膨润土悬浮液搅拌5min，加入FeS、酚醛树脂继续搅拌均匀后备用。接着在铸件局部铸型表面涂抹2mm含FeS的涂料，自然干燥12小时。在1400℃浇注蠕墨铸铁（RuT300），冷却凝固后制备铸件表面3mm灰铸铁，其它部位为蠕墨铸铁的灰/蠕复合铸铁材料（见图3）。从图3可知：本发明制备的灰/蠕复合铸铁材料灰铸铁层和蠕墨铸铁层结合良好，过渡区组织混合均匀，没有明显铸造缺陷，且表面灰铸铁层厚度达到3mm。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种灰/蠕复合铸铁材料的制备方法，其特征在于，该方法为：在铸件局部铸型表面涂抹0.2-2mm含FeS的涂料，自然干燥8-12小时；在1350-1400℃的条件下浇注蠕墨铸铁，冷却凝固后制备铸件表面1-5mm灰铸铁，其它部位为蠕墨铸铁的灰/蠕复合铸铁材料。
2.根据权利要求1所述灰/蠕复合铸铁材料的制备方法，其特征在于：所述涂料的组成为FeS：5-30wt%、酚醛树脂：1-5wt%，余量为膨润土悬浮液。
3.根据权利要求2所述灰/蠕复合铸铁材料的制备方法，其特征在于：所述FeS为市售工业级硫化亚铁，球磨成80-120目的粒度；所述膨润土悬浮液为钠基膨润土和水按1：1配置，搅拌充分后放置8-15小时制成。
4.根据权利要求2或3所述灰/蠕复合铸铁材料的制备方法，其特征在于：所述涂料的制备方法为先将膨润土悬浮液搅拌3-5分钟，再加入FeS和酚醛树脂进行搅拌均匀后制成。
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