专利名称：用于制造内燃机活塞环的铸铁合金的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于制造耐高温内燃机活塞环的铸铁合金。
内燃机活塞环通常由灰口铸铁合金组成并含有部份球状直到片状石墨析出物。特别是在与燃烧室紧邻的最上层的活塞槽中安置的活塞环，忍受着高温，所以要求其有高温下的机械强度。如按DE OS 3628157采用了一种以马氏体为基体的球墨铸铁合金作为耐高温活塞环，它的基体中含有1-15重量百分数的球状直到小滴状的析出铜，由于铜的高温传导性能可迅速把热散走，从而降低了活塞环材料的温度负荷。
特别是现代的内燃机，为了改善行驶、运行和噪音方面的舒适性，在显著提高功率的同时采用了短冲程的轻型箱式活塞(Leichtbau-Kiastenkolben)，其中为了减少运行振动，活塞环装置被大大地向上推移。特别是最上面的活塞环以及第二个所谓刮环(Abstreifring)的大部分被暴露在较高温度下，要求此种材料的力学强度有较好的耐温性。由DE OS 3628157所知的马氏体球墨铸铁合金的热稳定性，还不能达到此类高的要求。
因此本发明的目的在于寻找一种高温下工作的内燃机活塞环用的铸铁合金，该合金在高温下的强度值不变。
本发明是用珠光体结构及球状或片状石墨析出物的铸铁合金来解决上述目的的，其组份为2.5-4.0重量百分数碳1.5-4.0重量百分数硅0.2-2.0重量百分数锰最大0.35 重量百分数磷最大0.03 重量百分数硫最大3.0重量百分数铬最大1.5重量百分数钒最大2.5重量百分数钼最大0.2重量百分数镍1.0-3.5 重量百分数铜0.02-2.5 重量百分数铝0.005-0.04重量百分数镁其余为铁。
用本发明的铸铁合金，试验性地浇注成活塞环，为测定其热稳定性，经受温度在500-700℃的30分钟热处理。发现其硬度有正常的下降，而铸铁合金的珠光体结构基本上没有改变，所以此材料具有所要求的高的热稳定性。
为了使之进一步珠光体化，铸铁合金可以含有直到0.4重量百分数的锑，它可以在熔化时或通过接种物加到合金中去。在合金化时同样也可加入总量至4.0重量百分数的镍、钴、锌、钛、铌、钽、硼元素和/或铋中至少一种元素。通过强行注入(Fülldraht-Injektion)法在铸铁合金中可另外补入氮，最多达300ppm。为了改善其可加工性，铸铁合金可进行直到750℃的热处理。此外，为改善耐磨性，通过一般的方法如槽浴渗氮、气体渗氮、等离子渗氮或脉冲等离子渗氮在活塞环的全部表面或工作面和/或侧面上进行渗氮处理。虽然在所有要求的合金范围内的铸铁材料均适合作渗氮，在本发明的适于渗氮的组成含量范围内，本发明的铸铁合金优先采用硅、铬、钒、钼和铝含量的上限。优选的不渗氮铸铁合金的组成为2.5-4.0重量百分数碳1.5-2.5重量百分数硅0.2-2.0重量百分数锰最大0.35 重量百分数磷最大0.03 重量百分数硫最大0.3重量百分数铬最大0.2重量百分数钒最大0.3重量百分数钼最大0.2重量百分数镍1.0-3.5重量百分数铜最大0.1重量百分数铝0.005-0.04 重量百分数镁其余为铁。
专用于渗氮的铸铁合金组成为2.5-4.0重量百分数碳2.0-4.0重量百分数硅0.2-2.0重量百分数锰最大0.35 重量百分数磷最大0.03 重量百分数硫0.2-3.0重量百分数铬最大1.5重量百分数钒最大2.5重量百分数钼最大0.2重量百分数镍1.0-3.5重量百分数铜0.02-2.5 重量百分数铝0.005-0.04 重量百分数镁其余为铁。
二种合金中均可含有改善耐磨性、改善珠光体化和改善可渗氮性的添加元素。
通过本发明创造了一种适用于内燃机的在高温负荷下工作的活塞环。此铸铁合金材料具有良好的热性能，其材质构造在长期高温负荷下无显著变化。此铸铁合金能用于制造活塞环，其直径直到1米，不管是固定浇注(standguβ)还是滑动浇注(schlenderguβ)同样能很好地适用。此铸铁合金也能用于类似负荷下的内燃机机械零件如汽缸套、活塞、连杆、通用密封环、垫圈、齿轮和传动环(Getrieberinge)。下列二种铸铁合金被优先采用，其中铸铁合金1优先用于不渗氮的，铸铁合金2优先用于渗氮的。
铸铁合金1 铸铁合金2碳3.76重量百分数 3.78重量百分数硅2.16重量百分数 2.98重量百分数锰0.88重量百分数 0.86重量百分数磷0.10重量百分数 0.09重量百分数硫0.008 重量百分数 0.007 重量百分数铬0.04重量百分数 2.04重量百分数钒0.01重量百分数 0.01重量百分数钼0.02重量百分数 0.02重量百分数镍0.05重量百分数 0.05重量百分数铜2.46重量百分数 2.38重量百分数钛0.01重量百分数 0.01重量百分数钨0.03重量百分数 0.03重量百分数铌/ 重量百分数 0.02重量百分数镁0.01重量百分数 0.010 重量百分数其它为铁 其余为铁
权利要求
1.用于制造耐高温之内燃机活塞环的铸铁合金，其特征在于，在铸铁合金具有球状或片状石墨析出物的珠光体基体结构，其组成为2.5-4.0 重量百分数碳1.5-4.0 重量百分数硅0.2-2.0 重量百分数锰最大0.35重量百分数磷最大0.03重量百分数硫最大3.0 重量百分数铬最大1.5 重量百分数钒最大2.5 重量百分数钼最大0.2 重量百分数镍1.0-3.5 重量百分数铜0.02-2.5重量百分数铝0.005-0.04 重量百分数镁其余为铁。
2.按权利要求1的铸铁合金，其特征在于，铸铁合金含有可以多达0.4重量％的锑。
3.按权利要求1和/或2的铸铁合金，其特征在于，铸铁合金含有镍、钴、锌、钛、铌、钽、硼和/或铋元素中至少一种元素，其总量可多达4.0重量％。
4.按权利要求1到3中至少一项的铸铁合金，其特征在于，在熔融的铸铁合金中用强行注入法补进氮，其量最大为300ppm。
5.按权利要求1到4中至少一项的铸铁合金，其特征在于，由合金浇注的工件经过直到750℃的热处理。
6.按权利要求1到5中至少一项的铸铁合金，其特征在于，由合金浇注的工件用一种一般的方法进行渗氮处理。
7.按权利要求1到6中至少一项的铸铁合金，其特征在于，渗氮所需的铸铁合金组成为2.5-4.0重量百分数碳2.0-4.0重量百分数硅0.2-2.0重量百分数锰最大0.35 重量百分数磷最大0.03 重量百分数硫0.2-3.0重量百分数铬最大1.5重量百分数钒最大2.5重量百分数钼最大0.2重量百分数镍1.0-3.5重量百分数铜0.02-2.5 重量百分数铝0.005-0.04 重量百分数镁其余为铁。
8.按权利要求1到6中至少一项的铸铁合金，其特征在于，不渗氮的铸铁合金组成优选为2.5-4.0重量百分数碳1.5-2.5重量百分数硅0.2-2.0重量百分数锰最大0.35 重量百分数磷最大0.03 重量百分数硫最大0.3重量百分数铬最大0.2重量百分数钒最大0.3重量百分数钼最大0.2重量百分数镍1.0-3.5重量百分数铜最大0.1重量百分数铝0.005-0.04 重量百分数镁其余为铁
9.按上述权利要求中至少一项的铸铁合金在制造汽缸套、活塞、连杆、传动环，通用密封环，齿轮和垫圈中的应用。
全文摘要
一种有高强度和高热稳定性的、主要用于制造内燃机活塞环的铸铁合金,其主体为珠光体基体结构,并有球状或片状石墨析出物。其组成为:2.5—4.0wt%的碳、1.5—4.0wt%的硅、0.2—2.0wt%的锰、最大0.35wt%的磷、最大0.03wt%的硫、最大3.0wt%的铬、最大1.5wt%的钒、最大2.5wt%的钼、最大0.2wt%的镍、1.0—3.5wt%的铜、0.02—2.5wt%的铝、0.005—0.04wt%的镁,其余为铁,此合金可进行直到750℃的热处理以改善可加工性,铸件可用一种一般的方法渗氮以提高其抗磨损性。
文档编号F16J10/00GK1176315SQ9711229
公开日1998年3月18日 申请日期1997年7月23日 优先权日1996年7月25日
发明者汉斯－于尔根·弗伊特根, 维尔弗里德·朗纳 申请人:Ae格策有限公司