一种刮碳环及其制备方法与流程

本发明属于发动机气缸套技术领域，具体涉及一种刮碳环及其制备方法。

背景技术：
随着发动机功率提升和运行时间延长，尤其是使用重油的柴油发动机，与气缸套配合的活塞表面极易积累大量积炭，这些积累的积炭一方面影响了发动机的稳定运行，另一方面导致润滑油消耗的迅速上升，进而提升运行成本，在此背景下刮碳环技术应运而生。现有技术中，在气缸套内设置刮碳环主要有两类结构形式，一种是通过在气缸套内合适位置喷涂复合材料形成刮碳环，另外一种是设计单独的与气缸套配套的刮碳环配件。喷涂工艺制备的刮碳环由于对于复合材料要求较高，加上结构本身的缺陷，目前应用的已经较为有限。而单独设计的刮碳环配件，由于与气缸套配合较为紧密，且易于更换和维修，因而是目前活塞表面除碳的主要方式。但是现有技术中的刮碳环配件存在结构本身硬度低、易损坏的缺陷，因而十分有必要对刮碳环的配方及制备工艺进行适当研究和改进。

技术实现要素：
本发明目的是提供一种采用离心铸造工艺制备的刮碳环，所制备的刮碳环具有抗拉强度高、不易损坏的优点。本发明的技术方案详述如下。一种刮碳环，采用离心铸造工艺制备而成，其金相结构为A型石墨+95%以上珠光体+少量铁素体，以重量百分比计，该刮碳环的化学组成具体为：碳2.6～3.0%、硅1.7～2.2%；磷0.25～0.5%、硫＜0.1%、锰0.5～1.0%、硼0.25～0.5%、铜0.3～0.6%、铬＜0.2%、钼0.3～0.7%、镍0.3～0.6%；余量为Fe。所述刮碳环，以重量百分比计，该刮碳环的化学组成具体可以为：碳2.75%、硅1.8%；磷0.3%、硫0.05%、锰0.7%、硼0.38%、铜0.4%、铬0.1%、钼0.4%、镍0.35%；余量为Fe。所述刮碳环，以重量百分比计，该刮碳环的化学组成具体还可以为：碳2.9%、硅2.1%；磷0.3%、硫0.05%、锰0.7%、硼0.3%、铜0.5%、铬0.1%、钼0.47%、镍0.5%；余量为Fe。所述刮碳环的制备方法，采用离心铸造工艺，具体包括如下步骤：（1）熔炼原料，具体为：按比例称取规定的原料，采用中频感应电炉1450℃～1500℃熔炼，出铁液时采用顺流孕育方式加入占出炉铁液重量0.3～0.5%的粒度为0.8～1.8mm的硅钡孕育剂；（2）浇注模具，获得刮碳环铸件毛坯，具体为：采用水冷金属型湿涂料离心铸造工艺生产刮碳环铸件，铁液注入浇注机时采用顺流孕育方式加入占注入浇注机铁液重量0.05～0.12%的粒度为0.5～0.8mm的硅钡孕育剂，具体参数为，浇铸温度1410℃～1430℃，浇注机转速1200～1500r/min，模具预热温度350℃～400℃，涂料厚度0.5～0.8mm，出模温度800℃～850℃；单个刮碳环铸件毛坯壁厚6～9mm；浇铸时铸件可为一切多毛坯，即，可在一个毛坯上制取多个刮碳环；（3）精加工，获得刮碳环铸件，具体为：对步骤（2）中所得刮碳环铸件毛坯进行内孔、外圆的切削加工，工艺流程如下：粗车外圆→粗铰内孔→去应力退火→修车→精铰内孔→精车→倒角；其中的精车工序优选采用全功能数控机床，可实现一次装夹，同时完成内孔、外圆及端面的加工，而且具有加工精度高、加工质量好、生产效率高的优点。对本发明所提供的刮碳环进行检测表明，其金相结构为A型石墨+95%以上珠光体+少量铁素体，其中石墨尺寸4～7级，磷共晶明亮、中等均匀网状分布；进一步检测实验表明，该刮碳环抗拉强度可达到350MPa以上，硬度大于240HB，弹性模量大于140GPa，能够较好满足实际使用需求。总体而言，本发明所提供的刮碳环具有生产周期短、成本低、抗拉强度高等优点，初步应用实验表明，能够较好去除活塞表面积炭，降低润滑油消耗，且使用寿命较长，具有较好的实用价值和推广应用意义。附图说明图1为实施例1所制备的刮碳环的金相结构图；图2为图1中金相结构的100×放大图；图3为图1中金相结构的500×放大图。具体实施方式下面通过实施例对本发明做进一步的解释说明。实施例1以重量百分比计，本实施例所提供的刮碳环的化学组成具体为：元素CSiPSMnBCuCrMoNi铁重量百分比（%）2.751.80.30.050.70.380.40.10.40.35余量本实施例所述刮碳环采用离心铸造工艺制备而成，具体制备步骤简述如下。（1）熔炼原料，具体为：按比例称取规定的原料，采用中频感应电炉1460℃熔炼，出铁液时采用顺流孕育方式加入占出炉铁液重量0.35%的粒度为1.0mm的硅钡孕育剂；（2）浇注模具，获得刮碳环铸件毛坯，具体为：采用水冷金属型湿涂料离心铸造工艺生产刮碳环铸件，铁液注入浇注机时采用顺流孕育方式加入占注入浇注机铁液重量0.08%的粒度为0.6mm的硅钡孕育剂，具体参数为，浇铸温度1420℃，浇注机转速1300r/min，模具预热温度365℃，涂料厚度0.6mm，出模温度820℃；单个刮碳环铸件毛坯壁厚6～9mm；浇铸时铸件为一切多毛坯，即，可在一个毛坯上制取多个刮碳环；（3）精加工，获得刮碳环铸件，具体为：对步骤（2）中所得刮碳环铸件毛坯进行内孔、外圆的切削加工，工艺流程如下：粗车外圆→粗铰内孔→去应力退火→修车→精铰内孔→精车→倒角；其中的精车工序采用全功能数控机床，可实现一次装夹，同时完成内孔、外圆及端面的加工。对所制备的刮碳环毛坯制样检测，使用BX51RF金相显微镜检测金相，使用HB-3000B电子布氏硬度计检测硬度，使用WDW300KN万能试验机检测抗拉强度、弹性模量。金相检测结果如图1~3所示，从图中可以看出，该刮碳环的金相为A型石墨+95%以上珠光体+少量铁素体，石墨尺寸4～7级，磷共晶明亮、中等均匀网状分布。硬度检测结果表明，该刮碳环的硬度大于255HB。抗拉强度和弹性模量检测表明，其抗拉强度达到370MPa以上，弹性模量大于158GPa。实施例2以重量百分比计，本实施例所提供的刮碳环的化学组成具体为：元素CSiPSMnBCuCrMoNi铁重量百分比（%）2.92.10.30.050.70.30.50.10.470.5余量本实施例所述刮碳环采用离心铸造工艺制备而成，具体制备步骤简述如下。（1）熔炼原料，具体为：按比例称取规定的原料，采用中频感应电炉1480℃熔炼，出铁液时采用顺流孕育方式加入占出炉铁液重量0.4%粒度为1.5mm的硅钡孕育剂（2）浇注模具，获得刮碳环铸件毛坯，具体为：采用水冷金属型湿涂料离心铸造工艺生产刮碳环铸件，铁液注入浇注机时采用顺流孕育方式加入占注入浇注机铁液重量0.11%粒度为0.7mm的硅钡孕育剂，具体参数为，浇铸温度1425℃，浇注机转速1400r/min，模具预热温度390℃，涂料厚度0.7mm，出模温度845℃；单个刮碳环铸件毛坯壁厚6～9mm；浇铸时铸件为一切多毛坯，即，可在一个毛坯上制取多个刮碳环；（3）精加工，获得刮碳环铸件，具体为：对步骤（2）中所得刮碳环铸件毛坯进行内孔、外圆的切削加工，工艺流程如下：粗车外圆→粗铰内孔→去应力退火→修车→精铰内孔→精车→倒角；其中的精车工序采用全功能数控机床，可实现一次装夹，同时完成内孔、外圆及端面的加工。对所制备的刮碳环毛坯制样检测，使用BX51RF金相显微镜检测金相，使用HB-3000B电子布氏硬度计检测硬度，使用WDW300KN万能试验机检测抗拉强度、弹性模量。检测结果显示，该刮碳环的金相同样为A型石墨+95%以上珠光体+少量铁素体，石墨尺寸4～7级，磷共晶明亮、中等均匀网状分布；其硬度大于250HB；其抗拉强度达到375MPa以上，弹性模量大于160GPa。