一种用于内燃机气缸体的合金材料 |
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| 申请号 | CN201710755943.9 | 申请日 | 2017-08-29 | 公开(公告)号 | CN107475612A | 公开(公告)日 | 2017-12-15 |
| 申请人 | 马鞍山市三川机械制造有限公司; | 发明人 | 李孙德; | ||||
| 摘要 | 本 发明 主要涉及 汽车 发动机 制造领域，公开了一种用于 内燃机 气缸 体的 合金 材料，由以下重量百分比的组分组成： 硅 6~7%、 石墨 烯6~7%、 硼 改性酚 醛 树脂 3.4~3.6%、镍2.1~2.3%、镁1.7~1.9%、铬1.4~1.6%、锰1.2~1.4%、铌0.7~0.9%、铼0.7~0.9%、钪0.5~0.7%，其余为 铁 和不可避免的杂质；使内燃机 气缸体 较传统 铸铁 气缸体的重量减少33~35%，成本较传统 铝 合金 气缸体减少26~28%；加入硅和 石墨烯 后消除金属 相变 过程中产生的效应 力 和组织 应力 ，提高气缸体的耐候性，避免骤变的 温度 对气缸体产生伤害，提高气缸体的 耐磨性 ，使气缸体的使用寿命延长20~22%。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于内燃机气缸体的合金材料，其特征在于，由以下重量百分比的组分组成：硅 |
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| 说明书全文 | 一种用于内燃机气缸体的合金材料技术领域背景技术[0002] 气缸体是发动机的主体，它将各个气缸和曲轴箱连成一体，是安装活塞、曲轴以及其他零件和附件的支承骨架，气缸体的工作条件十分恶劣，它要承受燃烧过程中压力和温度的急剧变化、活塞运动的强烈摩擦以及外界温度的环境的骤然变化，因此需要气缸体具有较高的强度和刚度、良好的冷却性能和较高的耐磨性；目前气缸体的大多有铸铁或铝合金铸造而成，而且铝合金重量轻、冷却性能好，得到越来越广泛的应用，但是铝合金气缸体的生产成本较高。 发明内容[0004] 一种用于内燃机气缸体的合金材料，由以下重量百分比的组分组成：硅6 7%、石墨~烯6 7%、硼改性酚醛树脂3.4 3.6%、镍2.1 2.3%、镁1.7 1.9%、铬1.4 1.6%、锰1.2 1.4%、铌~ ~ ~ ~ ~ ~ 0.7 0.9%、铼0.7 0.9%、钪0.5 0.7%，其余为铁和不可避免的杂质。 ~ ~ ~ [0005] 一种用于内燃机气缸体的合金材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将铁加入熔融炉中，加热至1400 1600℃，保温熔融40 50分钟，得熔融铁； ~ ~ （2）将镍、镁、铬、锰、铌、铼和钪加入熔融铁中，搅拌均匀，于1200 1400℃保温30 40分~ ~ 钟，使原料充分混合均匀，提高铁的稳定性、硬度和冷却性能，以1.4 2.2℃/分钟降温至900~ 1000℃，保温50 60分钟，再以2.3 2.7℃/分钟降至室温，逐渐降温退火，提高强度和硬度，~ ~ ~ 得一次冷却物； （3）将硅和石墨烯加入一次熔融物中，1.8 2.2℃/分钟加热至1000 1200℃，搅拌均匀，~ ~ 保温20 30分钟，降温至800 900℃，消除金属相变过程中产生的效应力和组织应力，提高气~ ~ 缸体使用过程中的耐候性，避免骤变的低温和高温对气缸体产生伤害，提高气缸体的耐磨性，延长气缸体的使用寿命，加入硼改性酚醛树脂，搅拌均匀，保温3 4小时，提高气缸体的~ 强度、减小脆度，提高气缸体的承受能力，得混合熔融物； （4）将混合熔融物注入模具中进行浇铸，冷却后脱模，得铸件； （5）将铸件加热到400 500℃，保温20 30分钟，置于碳酸氢钠溶液中进行淬火，提高合~ ~ 金材料的稳定性，避免腐蚀，延长气缸体的使用寿命，得用于内燃机气缸体的合金材料。 [0006] 所述步骤（1）的加热，升温速度为2.1 2.3℃/分钟。~ [0007] 所述步骤（4）的冷却，降温速度为0.6 0.8℃/分钟。~ [0008] 所述步骤（5）的加热，升温速度为3.2 3.6℃/分钟。~ [0010] 本发明的优点是：本发明提供的用于内燃机气缸体的合金材料，原料中加入多种金属和非金属组分，使内燃机气缸体较传统铸铁气缸体的重量减少33 35%，成本较传统铝~合金气缸体减少26 28%；将铁缓慢升温熔融后加入镍、镁、铬、锰、铌、铼和钪进行保温熔融，~ 使原料充分混合均匀，提高铁的稳定性、硬度和冷却性能；逐渐降温退火，得到一次冷却物，提高强度和硬度；加入硅和石墨烯后进行二次熔融，消除金属相变过程中产生的效应力和组织应力，提高气缸体使用过程中的耐候性，避免骤变的低温和高温对气缸体产生伤害，加入的硅和石墨烯能够提高气缸体的耐磨性，使气缸体的使用寿命延长20 22%；加入硼改性~ 酚醛树脂后进行长时保温，提高气缸体的强度、减小脆度，提高气缸体的承受能力；铸造后逐渐降温脱模，再快速加热后于碳酸氢钠溶液中进行淬火，提高合金材料的稳定性，避免腐蚀，延长气缸体的使用寿命。 具体实施方式[0011] 下面用具体实施例说明本发明。 [0012] 实施例1一种用于内燃机气缸体的合金材料，由以下重量百分比的组分组成：硅6%、石墨烯6%、硼改性酚醛树脂3.4%、镍2.1%、镁1.7%、铬1.4%、锰1.2%、铌0.7%、铼0.7%、钪0.5%，其余为铁和不可避免的杂质。 [0013] 一种用于内燃机气缸体的合金材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将铁加入熔融炉中，加热至1400℃，升温速度为2.1℃/分钟，保温熔融40分钟，得熔融铁； （2）将镍、镁、铬、锰、铌、铼和钪加入熔融铁中，搅拌均匀，于1200℃保温30分钟，使原料充分混合均匀，提高铁的稳定性、硬度和冷却性能，以1.4℃/分钟降温至900℃，保温50分钟，再以2.3℃/分钟降至室温，逐渐降温退火，提高强度和硬度，得一次冷却物； （3）将硅和石墨烯加入一次熔融物中，1.8℃/分钟加热至1000℃，搅拌均匀，保温20分钟，降温至800℃，消除金属相变过程中产生的效应力和组织应力，提高气缸体使用过程中的耐候性，避免骤变的低温和高温对气缸体产生伤害，提高气缸体的耐磨性，延长气缸体的使用寿命，加入硼改性酚醛树脂，搅拌均匀，保温3小时，提高气缸体的强度、减小脆度，提高气缸体的承受能力，得混合熔融物； （4）将混合熔融物注入模具中进行浇铸，降温速度为0.6℃/分钟，冷却后脱模，得铸件； （5）将铸件加热到400℃，升温速度为3.2℃/分钟，保温20分钟，置于碳酸氢钠溶液中进行淬火，质量浓度为1.2%、温度为10℃，提高合金材料的稳定性，避免腐蚀，延长气缸体的使用寿命，得用于内燃机气缸体的合金材料。 [0014] 实施例2一种用于内燃机气缸体的合金材料，由以下重量百分比的组分组成：硅6.5%、石墨烯 6.5%、硼改性酚醛树脂3.5%、镍2.2%、镁1.8%、铬1.5%、锰1.3%、铌0.8%、铼0.8%、钪0.6%，其余为铁和不可避免的杂质。 [0015] 一种用于内燃机气缸体的合金材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将铁加入熔融炉中，加热至1500℃，升温速度为2.2℃/分钟，保温熔融45分钟，得熔融铁； （2）将镍、镁、铬、锰、铌、铼和钪加入熔融铁中，搅拌均匀，于1300℃保温35分钟，使原料充分混合均匀，提高铁的稳定性、硬度和冷却性能，以1.8℃/分钟降温至950℃，保温55分钟，再以2.5℃/分钟降至室温，逐渐降温退火，提高强度和硬度，得一次冷却物； （3）将硅和石墨烯加入一次熔融物中，1.9℃/分钟加热至1100℃，搅拌均匀，保温25分钟，降温至850℃，消除金属相变过程中产生的效应力和组织应力，提高气缸体使用过程中的耐候性，避免骤变的低温和高温对气缸体产生伤害，提高气缸体的耐磨性，延长气缸体的使用寿命，加入硼改性酚醛树脂，搅拌均匀，保温3.5小时，提高气缸体的强度、减小脆度，提高气缸体的承受能力，得混合熔融物； （4）将混合熔融物注入模具中进行浇铸，降温速度为0.7℃/分钟，冷却后脱模，得铸件； （5）将铸件加热到450℃，升温速度为3.4℃/分钟，保温25分钟，置于碳酸氢钠溶液中进行淬火，质量浓度为1.3%、温度为13℃，提高合金材料的稳定性，避免腐蚀，延长气缸体的使用寿命，得用于内燃机气缸体的合金材料。 [0016] 实施例3一种用于内燃机气缸体的合金材料，由以下重量百分比的组分组成：硅7%、石墨烯7%、硼改性酚醛树脂3.6%、镍2.3%、镁1.9%、铬1.6%、锰1.4%、铌0.9%、铼0.9%、钪0.7%，其余为铁和不可避免的杂质。 [0017] 一种用于内燃机气缸体的合金材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将铁加入熔融炉中，加热至1600℃，升温速度为2.3℃/分钟，保温熔融50分钟，得熔融铁； （2）将镍、镁、铬、锰、铌、铼和钪加入熔融铁中，搅拌均匀，于1400℃保温40分钟，使原料充分混合均匀，提高铁的稳定性、硬度和冷却性能，以2.2℃/分钟降温至1000℃，保温60分钟，再以2.7℃/分钟降至室温，逐渐降温退火，提高强度和硬度，得一次冷却物； （3）将硅和石墨烯加入一次熔融物中，2.2℃/分钟加热至1200℃，搅拌均匀，保温30分钟，降温至900℃，消除金属相变过程中产生的效应力和组织应力，提高气缸体使用过程中的耐候性，避免骤变的低温和高温对气缸体产生伤害，提高气缸体的耐磨性，延长气缸体的使用寿命，加入硼改性酚醛树脂，搅拌均匀，保温3 4小时，提高气缸体的强度、减小脆度，提~ 高气缸体的承受能力，得混合熔融物； （4）将混合熔融物注入模具中进行浇铸，降温速度为0.8℃/分钟，冷却后脱模，得铸件； （5）将铸件加热到500℃，升温速度为3.6℃/分钟，保温30分钟，置于碳酸氢钠溶液中进行淬火，质量浓度为1.4%、温度为15℃，提高合金材料的稳定性，避免腐蚀，延长气缸体的使用寿命，得用于内燃机气缸体的合金材料。 [0018] 对比例1去除石墨烯，其余制备方法，同实施例1。 [0019] 对比例2去除硼改性酚醛树脂，其余制备方法，同实施例1。 [0020] 对比例3去除铼，其余制备方法，同实施例1。 [0021] 对比例4去除钪，其余制备方法，同实施例1。 [0022] 对比例5步骤（1）中的升温速度改为4.3℃/分钟，其余制备方法，同实施例1。 [0023] 对比例6步骤（2）直接自然降温，其余制备方法，同实施例1。 [0024] 对比例7步骤（3）中以4.2℃/分钟加热，其余制备方法，同实施例1。 [0025] 对比例8步骤（4）中的降温速度为3.8℃/分钟，其余制备方法，同实施例1。 [0026] 对比例9去除步骤（5），其余制备方法，同实施例1。 [0027] 对比例10现有传统铸铁气缸体的材料。 [0028] 对比例11现有传统铝合金气缸体的材料。 [0029] 实施例和对比例气缸体材料的性能：分别选择实施例和对比例的气缸体材料，检测材料的室温下抗拉强度、布氏硬度、伸长率和磨损率，实施例和对比例气缸体材料的性能见表1。 [0030] 表1：实施例和对比例气缸体材料的性能项目 室温下抗拉强度/（Mpa） 布氏硬度/（HBS） 伸长率/（%） 磨损率/（g/（mm·N））实施例1 494 164 2.3 1.17×10-9 实施例2 497 171 2.1 1.12×10-9 实施例3 493 162 2.5 1.19×10-9 对比例1 449 124 6.4 1.87×10-9 对比例2 452 127 6.1 1.85×10-9 对比例3 465 134 5.7 1.73×10-9 对比例4 461 130 5.9 1.78×10-9 对比例5 457 129 6.3 1.81×10-9 对比例6 453 128 5.5 1.82×10-9 对比例7 455 129 5.6 1.83×10-9 对比例8 451 127 5.8 1.80×10-9 对比例9 449 125 6.4 1.87×10-9 对比例10 454 129 5.5 1.84×10-9 对比例11 426 120 7.3 1.97×10-9 从表1的结果表明，实施例的用于内燃机气缸体的合金材料，室温下抗拉强度和布氏硬度明显较对比例高，伸长率和磨损率明显较对比例低，说明本发明提供的用于内燃机气缸体的合金材料具有很好的性能指标。 |
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