一种用于铸造汽车排气歧管的材料的制作方法

本发明涉及一种用于铸造汽车涡轮增压器分总成排气歧管的材料。

背景技术：

随着发动机技术的进步及涡轮增压器技术的应用，显著提高了排气歧管的工作温度，汽车发动机的废气排气温度已有原来的数百度提升到1050℃以上，汽车排气歧管与汽车发动机涡轮室进气口直接相连，长期工作在冷、热温度循环交变状态下，要求制作排气歧管的材质具有良好的铸造性能，高温性能及耐热性能，满足排气歧管的使用性能要求。

目前汽车涡轮增压器分总成排气歧管多使用高镍奥氏体球墨铸铁（d5s）材质铸造，最高工作温度为950℃，高镍奥氏体球墨铸铁（d5s）材质基体组织是奥氏体加少量的碳化物，产品需要热处理，热处理工艺直接关系到碳化物的尺寸、成分及形态。汽车发动机排气歧管在氧化气体、冲击压力及冷热交变循环条件下工作，用螺栓将排气歧管与相邻零件紧固而受到约束，不能自由膨胀及收缩，金相组织存在过多的碳化物，会增加材料脆性，导致产品局部脆性较大，产生组织应力，减弱基体的室温及高温性能。d5s排气歧管在温度高于600℃以上时会发生剧烈的氧化反应，表面形成厚3mm以上的氧化皮，在应力长期作用下，交变热应力超过了材料的热疲劳极限易产生热疲劳裂纹失效。已经不能较好的满足汽车涡轮增压器分总成排气歧管的性能要求。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有汽车涡轮增压器分总成排气歧管所用材料的缺陷，提供了一种用于铸造汽车涡轮增压器分总成汽车排气歧管的材料。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

一种用于铸造汽车排气歧管的材料，按重量百分比计，由以下成分组成：

c0.30～0.50%、si1.0～2.5%、mn≤2.0%、p≤0.04%、s≤0.03%、cr24.0～27.0%、ni10.0～11.5%、mo≤0.5%、w≤0.60%、nb0.6～0.8%、v≤0.12、cu≤0.25%，余量为fe。

优选地，所述材料按重量百分比计，由以下成分组成：

c0.36%、si2.22%、mn1.04%、p≤0.018%、s≤0.023%、cr24.44%、ni11.0%、mo0.008%、w0.007%、nb0.78%、v0.12%、cu0.034%，余量为fe。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是1.4837（1.48%nb）材料的金相图。

图2是本发明改进后材料的金相图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

1.按表1的配方量准备原料

主要原料：微量碳铬铁、电解镍、熔炼铌、废优质低碳钢（厚度大于10mm）及返材等，在成分、比例，形状及纯度上要严格控制。

2.废钢进行抛丸处理，确保使用前无锈蚀，并且经过300℃烘烤去水气。

3.加料顺序

微碳铬铁1/2→废钢（w、v、cu、mo是废钢带入）→熔炼铌→微碳铬铁1/2→返材→电解镍→造渣脱氧剂1/2→吹氩气去杂质→造渣脱氧剂1/2→75#硅铁（炉料溶解后期温度达到1560℃时扒渣后加入）→x合金变质剂（高效脱氧去气晶粒细化剂）→静止吹氩气→出炉前加入电解锰→出钢→浇注（氩气保护）。

4.确保冶炼过程中钢水不被氧化，浇注过程中必须盖好炉盖，减少温度的快速下降。

5.浇注15分钟后开箱落砂。

经过大量的试验研究，确定该发明的化学成分范围见表1。

表1材料的化学成分（质量分数，%，余量为fe）

抽取其中一批次的材料实测化学成分为：c0.36%、si2.22%、mn1.04%、p0.018%、s0.023%、cr24.44%、ni11.0%、mo0.008%、w0.007%、nb0.78%、v0.12%、cu0.034%，余量为fe。

本发明材料的室温力学性能见表2。本发明材料的高温力学性能见表3。本发明材料的耐高温力学性能见表4。

表2本发明材料的室温力学性能

表3本发明材料的高温力学性能（由上海材料研究所检测中心检测）

表4本发明材料的耐高温力学性能（由上海材料研究所检测中心检测）

1.4837材料是高铬镍钢，其基本组织是奥氏体，高温下耐腐蚀能力较强，但是当钢中存在的铁素体形成元素铬、钛、硅含量处于上限或在600～900℃（649～871）℃缓冷，有时会存在少量的δ铁素体组织，从而使钢的化学稳定性下降，当钢中铁素体的体积分数超过5%时，易从铁素体中产生σ相，σ相是fe-cr金属间化合物，常在cr23c6型碳化物上形核，具有相似的结构，硬度很高hc68，使材料发生脆性，有害于耐蚀性。

材料的显微组织直接影响到机械零件的性能和使用寿命，1.4837耐热钢材质铸造制作涡轮增压器分总成排气歧管产品，技术要求金相组织是奥氏体加碳化物，碳化物的多少及种类没有定量，需要我们利用金相分析等手段探讨与研究1.4837材质产品的金相组织组成与性能之间的关系，优化改善产品的熔炼成分配比，用以指导产品铸造及制作过程，生产出满足产品技术条件及使用性能要求的合格产品。

cr是1.4837钢中最重要的合金元素，含碳量越高形成的cr23c6碳化物越多，从而减少了奥氏体中的铬含量，使组织不均匀，降低钢的耐热性，若在500～750℃范围内加热，cr23c6碳化物又会在奥氏体晶界上重新析出，使其周围基体形成贫铬区，从而产生晶间腐蚀。

为了防止奥氏体不锈钢晶间腐蚀，在钢中加入了nb。nb和碳的亲和力比铬和碳的亲和力大，在钢中首先形成nbc碳化物，碳大部分为铌所固定，取代合金碳化物cr23c6，使形成cr23c6的可能性大大降低，不足以引起晶间腐蚀，以提高不锈钢的耐晶间腐蚀性能。铌部分溶入固溶体，起固溶强化作用，溶入奥氏体时显著提高钢的淬透性，以碳化物和氧化物微粒形式存在时，细化晶粒并降低钢的淬透性，微量铌可以在不影响钢的塑性或韧性的情况下提高钢的强度、冲击韧性并降低其脆性转变温度；能提高热强钢的高温性能，如蠕变强度等。

但nb含量多少会降低cr23c6含量，使产品获得较好的性能，通过对1.4837材料nb元素加入量的不同，申请人在进行大量试验数据研究证明nb含量小于0.6（质量分数，%）时，产品会产生热裂现象，经过大量试验验证nb铌元素的加入比例是0.6～0.8（质量分数，%）时，室温力学性能、最高使用温度、高温下耐腐蚀能力也较强，高温力学性能最佳。碳化物形态见图1、图2。

熔炼nb是稀缺贵重元素，每吨价格高达80万元以上，在1.4837的基础上降低铌元素的含量，每只产品可以节约铌含量的成本16元左右即产品成本的3%左右。

d5s是奥氏体高镍球墨铸铁，含镍量高达34%以上，中国是一个镍资源缺乏的国家，所以使用1.4837材质加入nb含量0.6～0.8（质量分数，%）材料替代d5s材质，一方面提高了涡轮增压器分总成排气歧管的使用性能，同时降低了产品的成本。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。