一种柴油机前端箱合金材料及其制备方法 |
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| 申请号 | CN202311671129.0 | 申请日 | 2023-12-07 | 公开(公告)号 | CN117867369A | 公开(公告)日 | 2024-04-12 |
| 申请人 | 宁波茸发新材料科技有限公司; | 发明人 | 韩登峰; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种柴油机前端箱 合金 材料及其制备方法，涉及合金材料技术领域，包括：Q12生 铁 18‑22份， 碳 素 钢 55‑65份，合金液余料18‑22份，增碳剂0.03‑0.033份，金属元素添加料，按重量百分含量计，增碳剂包括 石墨 80‑90％， 焦炭 10‑20％，按重量份数计，金属元素添加料包括 硅 Si0.016～0.019份、锰Mn0.005～0.008份、磷P0～0.0005份、硫S0～0.0005份、铬Cr0.0020～0.0030份、 铜 Cu0.003～0.005份。本发明在制备的柴油机前端箱合金材料时，通过碳含量控制，使合金中的碳含量在3.1～3.3％范围内，这有助于提高材料的硬度和延展性，使得前端箱在运行时更具 耐磨性 和耐久性。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种柴油机前端箱合金材料，其特征在于，按重量份数计，包括：Q12生铁18‑22份，碳素钢55‑65份，合金液余料18‑22份，增碳剂0.03‑0.033份，金属元素添加料。 |
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| 说明书全文 | 一种柴油机前端箱合金材料及其制备方法技术领域[0001] 本发明涉及合金材料技术领域，具体为一种柴油机前端箱合金材料及其制备方法。 背景技术[0002] 在柴油机制造领域，前端箱作为一个重要组成部分，承担着多种功能，包括支撑、保护和连结。这需要这种结构件具备一定的强度、耐磨性和耐腐蚀性。为了满足这些要求，合金材料在柴油机前端箱制造中被广泛采用。 [0003] 现有的材料在融合的过程中容易出现合金元素的过量的情况，这样会影响到浇筑金属成品的硬度和延展性，大大降低了金属成品的性能，同时在材料混合的过程中，会出现晶粒粗大的情况，大大影响到成品的质量。 发明内容[0004] 本发明的目的在于提供一种柴油机前端箱合金材料及其制备方法，以解决现有技术中存在的问题。 [0007] 作为优选的，按重量份数计，金属元素添加料包括硅Si0.016～0.019份、锰Mn0.005～0.008份、磷P0～0.0005份、硫S0～0.0005份、铬Cr0.0020～0.0030份、铜Cu0.003～0.005份。 [0008] 本发明还公开了一种柴油机前端箱合金材料的制备方法，包括以下制备步骤： [0009] S1、材料准备，准备生铁20份、碳素钢60份、合金液余料20份、增碳剂0.03‑0.033份、C0.031～0.033份、硅Si0.016～0.019份、锰Mn0.005～0.008份、磷P0～0.0005份、硫S0～0.0005份、铬Cr0.0020～0.0030份、铜Cu0.003～0.005份。 [0010] S2、熔炼，将生铁和碳素钢放入炉内，将生铁和碳素钢加热至1400℃以上，待生铁、合金液余料和碳素钢熔融，形成熔融液，搅拌熔融液3‑5分钟后，逐次分批向熔融液加入金属元素添加料，加料完毕后，将熔融液升温至1500℃以上，搅拌10‑15分钟，停止搅拌，静置10‑15分钟，分批加入增碳剂，再搅拌10‑15分钟，形成熔炼的合金液。 [0011] S3、添加孕育剂，准备Si‑Ba合金0.15份，在合金液静置阶段，通过温度控制系统对Si‑Ba合金加热，待Si‑Ba合金熔化后并维持温度在合金液温度以上20‑40℃，静置合金液3‑5分钟，通过注射方式将Si‑Ba合金液注入合金液中，搅拌3‑5分钟，静置5‑8分钟。 [0012] 作为优选的，在S2步骤中，合金液余料处理方法：收集凝固的合金液余料，对凝固的合金液余料表面进行清理，去除附着在表面的其他非金属杂质，将凝固的合金液余料破碎成直径2‑5cm颗粒，对凝固的合金液余料进行化学分析，确定Q12生铁、碳素钢、硅Si、锰Mn、磷P、硫S、铬Cr、铜Cu的含量，根据含量添加对应的合金。 [0013] 作为优选的，在S2步骤中，在熔融液静置阶段，将增碳剂分三批加入到搅拌的合金液中，其中，增碳剂三批加入间距3‑5分钟。 [0014] 作为优选的，在S3步骤中，逐次分批向熔融液加入金属元素添加料过程中，按照5:3:1:1的比例进行添加。 [0015] 作为优选的，在S3步骤中，在添加Si‑Ba合金的过程中，将金属元素添加料混入氮气，氮气连同金属元素添加料一起导入到生铁、合金液余料和碳素钢熔融液中。 [0016] 与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是： [0017] 本发明在制备的柴油机前端箱合金材料时，通过碳含量控制，使合金中的碳含量在3.1～3.3％范围内，这有助于提高材料的硬度和延展性，使得前端箱在运行时更具耐磨性和耐久性，而控制硅、锰含量：适度的硅和锰含量有助于提高合金的耐腐蚀性和韧性，增强其在复杂工作环境下的表现； [0018] 通过原料选择与配比，通过控制Q12生铁的添加增加了合金的铁含量，有助于提高材料的强度和稳定性，通过控制碳素钢和合金液余料使用既是对资源的有效利用，也有助于提高合金的可塑性和加工性，通过增碳剂的精确添加，逐步添加增碳剂有助于精确调控合金的化学成分，确保最终产品符合设计要求，提高了合金的一致性和可控性。 [0019] 在熔炼及处理工艺的优化： [0020] 通过熔炼温度控制：在1500～1550℃的熔炼温度下进行熔炼，有助于确保原料充分熔融，有利于合金中各成分的混合均匀，经过高温静置可促使合金中的各元素充分扩散，提高晶粒的均匀性，从而增强了材料的强度和耐磨性，并且孕育工艺的改进，通过在浇注温度以上20℃确定孕育温度，有助于确保合金在孕育过程中达到理想的晶体结构，使产品性能提升，使该材料的硬度和耐磨性得到提升，通过优化化学成分和工艺，合金具有良好的硬度和耐磨性，使得柴油机前端箱在长时间高负荷运行中表现出色。 [0021] 这一综合效果使得比例的合金材料在柴油机前端箱应用中能够同时满足强度、耐磨性、耐腐蚀性等多方面的要求，为柴油机制造业提供了一种高性能、可控性强的前端箱合金材料。 具体实施方式[0022] 下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0023] 为了更清楚的说明本发明提供的方法通过以下实施例进行详细说明，在以下实施例中制备的柴油机前端箱合金材料的各指标测试方法如下： [0024] 硬度：将各实施例所得的前端箱合金材料与对比例材料取相同大小形状，在相同条件下用相同硬度的棒体进行冲击，计算实施例所得的前端箱合金材料与对比例材料取受到撞击凹槽的大小。 [0025] 拉伸性：将各实施例所得的前端箱合金材料与对比例材料取相同大小形状，并在相同条件下用相同的夹具进行夹持拉伸，计算实施例所得的前端箱合金材料与对比例材料取的拉伸形变量。 [0026] 实施例1 [0027] 一种柴油机前端箱合金材料，按重量份数计，包括：Q12生铁18份，碳素钢55份，合金液余料18份，增碳剂0.03份，金属元素添加料。 [0028] 一种柴油机前端箱合金材料的制备方法，柴油机前端箱合金材料的制备方法主要包括以下制备步骤： [0029] S1、材料准备，准备生铁18份、碳素钢55份、合金液余料18份、增碳剂0.03份、C0.031份、硅Si0.016份、锰Mn0.005份、磷P0份、硫S0份、铬Cr0.0020份、铜Cu0.003份。 [0030] S2、熔炼，将生铁18份、碳素钢55份放入炉内，将生铁和碳素钢加热至1400℃以上，待生铁、合金液余料和碳素钢熔融，形成熔融液，搅拌熔融液3‑5分钟后，按照5:3:1:1的比例逐次分批向熔融液加入金属元素添加料，将熔融液升温至1500℃以上，搅拌10‑15分钟，停止搅拌，静置10‑15分钟，将增碳剂分三批加入到搅拌的合金液中，其中，增碳剂三批加入间距3‑5分钟，再搅拌10‑15分钟，形成熔炼的合金液。 [0031] S3、添加孕育剂，准备Si‑Ba合金0.15份，在合金液静置阶段，通过温度控制系统对Si‑Ba合金加热，待Si‑Ba合金熔化后并维持温度在合金液温度以上20‑40℃，静置合金液3‑5分钟，将Si‑Ba合金加料混入氮气，氮气连同金属元素添加料一起导入到生铁、合金液余料 3 和碳素钢熔融液中，氮气连同金属元素添加料流速为2立方米/小时(m /h)，搅拌3‑5分钟，静置5‑8分钟。 [0032] 实施例2 [0033] 一种柴油机前端箱合金材料，按重量份数计，包括：Q12生铁20份，碳素钢50份，合金液余料26份，增碳剂0.004份，金属元素添加料。 [0034] 一种柴油机前端箱合金材料的制备方法，柴油机前端箱合金材料的制备方法主要包括以下制备步骤： [0035] S1、材料准备，准备生铁20份、碳素钢50份、合金液余料26份、增碳剂0.004份、C0.032份、硅Si0.017份、锰Mn0.006份、磷P0.0001份、硫S0.0005份、铬Cr0.0022份、铜Cu0.004份。 [0036] S2、熔炼，将生铁20份、碳素钢58份放入炉内，将生铁和碳素钢加热至1400℃以上，待生铁、合金液余料和碳素钢熔融，形成熔融液，搅拌熔融液3‑5分钟后，按照5:3:1:1的比例逐次分批向熔融液加入金属元素添加料，将熔融液升温至1500℃以上，搅拌10‑15分钟，停止搅拌，静置10‑15分钟，将增碳剂分三批加入到搅拌的合金液中，其中，增碳剂三批加入间距3‑5分钟，再搅拌10‑15分钟，形成熔炼的合金液。 [0037] S3、添加孕育剂，准备Si‑Ba合金0.2份，在合金液静置阶段，通过温度控制系统对Si‑Ba合金加热，待Si‑Ba合金熔化后并维持温度在合金液温度以上20‑40℃，静置合金液3‑5分钟，将Si‑Ba合金加料混入氮气，氮气连同Si‑Ba合金一起导入到生铁、合金液余料和碳 3 素钢熔融液中，氮气连同金属元素添加料流速为2立方米/小时(m/h)，搅拌3‑5分钟，静置 5‑8分钟。 [0038] 实施例3 [0039] 一种柴油机前端箱合金材料，按重量份数计，包括：Q12生铁22份，碳素钢70份，合金液余料10份，增碳剂0.032份，金属元素添加料。 [0040] 一种柴油机前端箱合金材料的制备方法，柴油机前端箱合金材料的制备方法主要包括以下制备步骤： [0041] S1、材料准备，准备生铁22份、碳素钢70份、合金液余料10份、增碳剂0.032份、C0.032份、硅Si0.017份、锰Mn0.006份、磷P0.0001份、硫S0.0005份、铬Cr0.0022份、铜Cu0.004份。 [0042] S2、熔炼，将生铁22份、碳素钢60份放入炉内，将生铁和碳素钢加热至1400℃以上，待生铁、合金液余料和碳素钢熔融，形成熔融液，搅拌熔融液3‑5分钟后，按照4:4:1:1的比例逐次分批向熔融液加入金属元素添加料，将熔融液升温至1500℃以上，搅拌10‑15分钟，停止搅拌，静置10‑15分钟，将增碳剂分三批加入到搅拌的合金液中，其中，增碳剂三批加入间距3‑5分钟，再搅拌10‑15分钟，形成熔炼的合金液。 [0043] S3、添加孕育剂，准备Si‑Ba合金0.3份，在合金液静置阶段，通过温度控制系统对Si‑Ba合金加热，待Si‑Ba合金熔化后并维持温度在合金液温度以上20‑40℃，静置合金液3‑5分钟，将Si‑Ba合金加料混入氮气，氮气连同Si‑Ba合金一起导入到生铁、合金液余料和碳 3 素钢熔融液中，氮气连同金属元素添加料流速为4立方米/小时(m/h)，搅拌3‑5分钟，静置 5‑8分钟。 [0044] 对比例1 [0045] 一种柴油机前端箱合金材料，按重量份数计，包括：Q12生铁13份，碳素钢71份，合金液余料20份，碳化钙0.033份，金属元素添加料。 [0046] 一种柴油机前端箱合金材料的制备方法，柴油机前端箱合金材料的制备方法主要包括以下制备步骤： [0047] S1、材料准备，准备生铁13份、碳素钢71份、合金液余料20份、碳化钙0.033份、C0.033份、硅Si0.018份、锰Mn0.004份、磷P0.00015份、硫S0.0004份、铬Cr0.0022份、铜Cu0.004份。 [0048] S2、熔炼，将生铁23份、碳素钢61份放入炉内，将生铁和碳素钢加热至1400℃以上，待生铁、合金液余料和碳素钢熔融，形成熔融液，搅拌熔融液3‑5分钟后，按照5:3:1:1的比例逐次分批向熔融液加入金属元素添加料，将熔融液升温至1500℃以上，搅拌10‑15分钟，停止搅拌，静置10‑15分钟，将碳化钙分三批加入到搅拌的合金液中，其中，碳化钙三批加入间距3‑5分钟，再搅拌10‑15分钟，形成熔炼的合金液。 [0049] S3、添加孕育剂，准备Si‑Ba合金0.4份，在合金液静置阶段，通过温度控制系统对Si‑Ba合金加热，待Si‑Ba合金熔化后并维持温度在合金液温度以上20‑40℃，静置合金液3‑5分钟，将Si‑Ba合金加料混入氮气，氮气连同Si‑Ba合金一起导入到生铁、合金液余料和碳 3 素钢熔融液中，氮气连同金属元素添加料流速为3立方米/小时(m/h)，搅拌3‑5分钟，静置 5‑8分钟。 [0050] 对比例2 [0051] 一种柴油机前端箱合金材料，按重量份数计，包括：Q12生铁29份，碳素钢57份，合金液余料20份，碳化钙0.031份，金属元素添加料。 [0052] 一种柴油机前端箱合金材料的制备方法，柴油机前端箱合金材料的制备方法主要包括以下制备步骤： [0053] S1、材料准备，准备生铁29份、碳素钢57份、合金液余料20份、碳化钙0.033份、C0.033份、硅Si0.018份、锰Mn0.004份、磷P0.00015份、硫S0.0004份、铬Cr0.0022份、铜Cu0.004份。 [0054] S2、熔炼，将生铁23份、碳素钢61份放入炉内，将生铁和碳素钢加热至1400℃以上，待生铁、合金液余料和碳素钢熔融，形成熔融液，搅拌熔融液3‑5分钟后，按照4:3:2:1的比例逐次分批向熔融液加入金属元素添加料，将熔融液升温至1500℃以上，搅拌10‑15分钟，停止搅拌，静置10‑15分钟，将碳化钙分三批加入到搅拌的合金液中，其中，碳化钙三批加入间距3‑5分钟，再搅拌10‑15分钟，形成熔炼的合金液。 [0055] S3、添加孕育剂，准备Si‑Ba合金0.4份，在合金液静置阶段，通过温度控制系统对Si‑Ba合金加热，待Si‑Ba合金熔化后并维持温度在合金液温度以上20‑40℃，静置合金液3‑5分钟，将Si‑Ba合金加料混入氮气，氮气连同Si‑Ba合金一起导入到生铁、合金液余料和碳 3 素钢熔融液中，氮气连同金属元素添加料流速为3立方米/小时(m/h)，搅拌3‑5分钟，静置 5‑8分钟。 [0056] 对比例3 [0057] 一种柴油机前端箱合金材料，按重量份数计，包括：Q12生铁20份，碳素钢58份，合金液余料18份，碳化钙0.03份，金属元素添加料。 [0058] 一种柴油机前端箱合金材料的制备方法，柴油机前端箱合金材料的制备方法主要包括以下制备步骤： [0059] S1、材料准备，准备生铁20份、碳素钢58份、合金液余料18份、碳化钙0.03份、C0.033份、硅Si0.018份、锰Mn0.004份、磷P0.00015份、硫S0.0004份、铬Cr0.0022份、铜Cu0.004份。 [0060] S2、熔炼，将生铁23份、碳素钢61份放入炉内，将生铁和碳素钢加热至1400℃以上，待生铁、合金液余料和碳素钢熔融，形成熔融液，搅拌熔融液3‑5分钟后，按照5:3:1:1的比例逐次分批向熔融液加入金属元素添加料，将熔融液升温至1500℃以上，搅拌10‑15分钟，停止搅拌，静置10‑15分钟，将碳化钙分三批加入到搅拌的合金液中，其中，碳化钙三批加入间距3‑5分钟，再搅拌10‑15分钟，形成熔炼的合金液。 [0061] S3、添加孕育剂，准备Si‑Ba合金0.4份，在合金液静置阶段，通过温度控制系统对Si‑Ba合金加热，待Si‑Ba合金熔化后并维持温度在合金液温度以上20‑40℃，静置合金液3‑5分钟，将Si‑Ba合金加料混入氮气，氮气连同Si‑Ba合金一起导入到生铁、合金液余料和碳 3 素钢熔融液中，氮气连同金属元素添加料流速为3立方米/小时(m/h)，搅拌3‑5分钟，静置 5‑8分钟。 [0062] 对比例4 [0063] 一种柴油机前端箱合金材料，按重量份数计，包括：Q12生铁30份，碳素钢62份，合金液余料12份，碳化钙0.004份，金属元素添加料。 [0064] 一种柴油机前端箱合金材料的制备方法，柴油机前端箱合金材料的制备方法主要包括以下制备步骤： [0065] S1、材料准备，准备生铁30份、碳素钢62份、合金液余料12份、碳化钙0.004份、C0.033份、硅Si0.018份、锰Mn0.004份、磷P0.00015份、硫S0.0004份、铬Cr0.0022份、铜Cu0.004份。 [0066] S2、熔炼，将生铁23份、碳素钢61份放入炉内，将生铁和碳素钢加热至1400℃以上，待生铁、合金液余料和碳素钢熔融，形成熔融液，搅拌熔融液3‑5分钟后，按照3:3:2:2的比例逐次分批向熔融液加入金属元素添加料，将熔融液升温至1500℃以上，搅拌10‑15分钟，停止搅拌，静置10‑15分钟，将碳化钙分三批加入到搅拌的合金液中，其中，碳化钙三批加入间距3‑5分钟，再搅拌10‑15分钟，形成熔炼的合金液。 [0067] S3、添加孕育剂，准备Si‑Ba合金0.4份，在合金液静置阶段，通过温度控制系统对Si‑Ba合金加热，待Si‑Ba合金熔化后并维持温度在合金液温度以上20‑40℃，静置合金液3‑5分钟，将Si‑Ba合金加料混入氮气，氮气连同Si‑Ba合金一起导入到生铁、合金液余料和碳 3 素钢熔融液中，氮气连同金属元素添加料流速为3立方米/小时(m/h)，搅拌3‑5分钟，静置 5‑8分钟。 [0068] 效果例 [0069] 下表1给出了采用本发明实施例1～3与对比例1～4的柴油机前端箱合金材料的可剥离性和耐磨损性的性能分析结果。 [0070] 凹槽深度 拉伸量 凹槽深度 拉伸量 实施例1 0.1mm 1％ 对比例1 0.15mm 0.7％ 实施例2 0.13mm 0.4％ 对比例2 0.07mm 1.2％ 实施例3 0.11mm 0.9％ 对比例3 0.06mm 0.6％ 对比例4 0.17mm 1.4％ [0071] 表1 [0072] 从表1中实施例1～3和对比列1～3的实验数据比较可发现，本发明制备的柴油机前端箱合金材料具有良好的硬度性和拉伸性。 [0073] 实施例1、2、3和对比例1～4的柴油机前端箱合金材料的凹槽深度和拉伸量有所差异。 [0074] 首先，比较实施例1和对比例1。实施例1的凹槽深度为0.1mm，拉伸量为1％，而对比例1的凹槽深度为0.15mm，拉伸量为0.7％。可以看出，实施例1的凹槽深度较小，拉伸量较大，说明该合金材料在拉伸测试中具有更好的延展性和可塑性。 [0075] 接下来，比较实施例2和对比例2。实施例2的凹槽深度为0.13mm，拉伸量为0.4％，而对比例2的凹槽深度为0.07mm，拉伸量为1.2％。可以看出，实施例2的凹槽深度较大，拉伸量较小，说明该合金材料在拉伸测试中具有较好的强度和硬度。 [0076] 再次，比较实施例3和对比例3。实施例3的凹槽深度为0.11mm，拉伸量为0.9％，而对比例3的凹槽深度为0.06mm，拉伸量为0.6％。可以看出，实施例3的凹槽深度和拉伸量都略高于对比例3，说明该合金材料在拉伸测试中具有较好的韧性和耐久性。 [0077] 最后，对比例4的凹槽深度为0.17mm，拉伸量为1.4％。可以看出，对比例4的凹槽深度和拉伸量都较高，说明该合金材料在拉伸测试中的变形程度较大。 [0078] 综上，通过对比实施例1～3和对比例1～4的实验数据，可以发现本发明制备的柴油机前端箱合金材料具有较好的硬度性、拉伸性和耐磨损性。不同实施例和对比例之间的差异主要体现在凹槽深度和拉伸量上，这些差异反映了合金材料的延展性、强度、韧性和变形程度的不同。 [0079] 对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何标记视为限制所涉及的权利要求。 |
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