专利名称：发动机缸体用稀土钒钛合成铸铁及其生产方法
技术领域：
本发明属于合成铸铁领域，特别涉及一种发动机缸体用的稀土钒钛合成铸铁及其生产方法。
汽车发动机缸体(又名曲轴箱)居于发动机上的五大关键零件之首，性能的好坏至关重要，相应地对材质的要求也高，但由于其形状构造十分复杂且壁薄，从工艺性出发，世界各国普遍以灰口铸铁为材料，采用铸造方法生产。灰口铸铁制作的缸体，因石墨片长而粗大，导致抗拉强度偏低，缸筒硬度不均匀，特别是缸筒上下部位偏差大，衍磨后石墨脱落、疏松，试压时易漏油漏水，生产中废品率高达40～50％。在汽车行使3～5万公里后，缸筒和活塞之间的间隙大，容易串机油，冒黑烟，降低汽车马力并污染环境，使汽车大修频繁。
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种发动机缸体用稀土钒钛合成铸铁及其生产方法，此种合成铸铁不仅能有效地消除缸体的夹渣、气孔、疏松等缺陷，提高缸体的抗拉强度和硬度，从而延长缸体的使用寿命，而且铸造性和切削加工性好。
本发明的目的是这样实现的1.添加RE(稀土)，以改变石墨的形态并净化铁水。
稀土，特别是含铈稀土能改变石墨的形态，使石墨由粗大长片状改变为粗短片状或蚕蛹状，从而减小对基体的破坏，提高铸铁的抗拉强度，并使石墨在缸筒衍磨时不易脱落，有利于消除疏松缺陷，解决试压的漏油漏水问题。稀土不仅能改变石墨的形态，而且因其与氧、硫的亲合力强，还能净化铁水，消除缸体的夹渣和气孔缺陷。
2.添加V、Ti，以强化基体。
钒(V)、钛(Ti)元素既能固溶于基体又能形成碳化钒(VC)、碳化钛(TiC)多角形固体微粒沉淀于基体上，从而强化了基体，增加了基体的耐磨性，使缸体的使用寿命提高。
3.添加Cu，以保证铸态珠光体在基体中稳定地达到90％以上。
Cu元素是促进珠光体化元素，它的加入能保证基体中所需的珠光体量。
4.采用合成铸造法。
生产时，采用少量生铁、大量废钢加石墨碳来合成，克服了各地生铁的遗传性，便于调整和控制化学成分。根据以上机理，本发明提供的合成铸铁的化学成分为(按重量百分比计)C 3.2～3.6％、Si 1.70～2.25％、Mn 0.6～0.8％、P 0.01～0.10％、S 0.02～0.08％、V 0.10～0.20％、Ti 0.06～0.12％、Cu 0.50～0.70％、RE 0.01～0.03％，其余Fe。
本发明提供的生产方法按以下步骤操作1.配料配料方式为废钢40～50％，回炉铁20～30％，钒钛生铁30～40％，C、Si、Mn、Cu、RE元素根据计算所需量外加，化学成分中的V、Ti元素不需外加，由钒钛生铁提供。
2.加料加料顺序为废钢→石墨碳→钒钛生铁→回炉铁。
3.熔炼(1)熔化铁水按上述加料顺序加完钒钛生铁后开机熔化，待开始熔化后陆续加入回炉铁，直至加完所配回炉铁并完全熔化成铁水。
(2)调整C、Si、Mn量将熔化的铁水升温至1500-1550℃取样，快速测定C、Si含量并按所需量进行调整，然后加入所配锰铁熔化。
(3)复合孕育将熔融的高温铁水倾入预先装好稀土、硅铁和铜的浇包内将它们冲化，进行孕育处理。
(4)铁水调处将浇包内孕育处理后的铁水回入炉中拌匀并升温至1500-1550℃出炉，铁水的浇注温度控制在1400～1420℃。
4.浇注将调处好的铁水浇入铸型。
本发明提供的方法在熔炼时采用电炉或冲天炉加电炉双联熔炼。
本发明提供的合成铸铁，其铸态组织和机械性能如下石墨形态短片状+蚕蛹状+团絮状(少量)基体组织珠光状(＞90％)+铁素体(少量)+粒状钒钛碳化物抗拉强度σb＝280～350MPa硬度(布氏) HB＝170～240本发明具有以下优点1.化学成分的选择和配套的生产方法使铸铁的组织和铸造性能满足缸体的要求，因而能有效地消除夹渣、气孔、疏松等缺陷，提高其机械性能，使所生产的缸体铸坯件衍磨后成品率达90％。
2.配料时废钢多、生铁少，既利用了废物，又降低了成本，并便于调整化学成分。
3.生铁采用钒钛铁，既满足了化学成分中的钒钛含量，又可降低成本(攀钢钒钛铁比东北本溪铁价格低20％)。
4.加料顺序使外加石墨碳能完全熔于铁水内。
5.复合孕育能减少孕育衰退，保证孕育效果。
实施例缸体型号JL462Q原材料废钢，其成分为C 0.1275％、Si 0.136％、Mn 0.753％，其余Fe；钒钛生铁，其成分为C 4.1％、Si 0.14％、Mn 0.23％、P 0.017％、S 0.054％、V0.35％、Ti 0.23％，其余Fe；回炉铁，其成分为C 3.45％、Si 1.95％、Mn 0.7％、Cu 0.6％，其余Fe；含铈稀土，其成分为Si 40.15％、稀土29％、Mn 0.3％，其余Fe；硅铁，其成分为Si 76.4％，其余Fe；铜，含Cu 99.9％；锰铁，其成分为Mn 79.6％，其余Fe。
配料(总量500公斤)废钢50％→250公斤；钒钛生铁30％→150公斤；回炉铁20％→100公斤；稀土0.5％→2.5公斤；硅铁1.86％→9.3公斤；锰铁0.3％→1.5公斤；铜0.37％→1.8公斤；石墨碳0.35％→1.74公斤。
熔炼使用0.5吨中频炉加料顺序废钢→石墨碳→钒钛生铁→回炉铁(1)熔化铁水按上述加料顺序加完钒钛生铁后开机熔化，待开始熔化后陆续加入回炉铁，直至加完所配回炉铁并完全熔化成铁水。
(2)调整碳、硅、锰量将熔化的铁水升温至1500℃取样，快速测定C、Si含量并按所需量进行调整，然后加入锰铁熔化。
(3)复合孕育将熔融的高温铁水倾入预先装好稀土、硅铁和铜的浇包内孕育处理。
(4)铁水调处将浇包内孕育处理后的铁水回入炉中拌匀并升温至1500℃出炉，铁水的浇注温度控制在1410℃。
浇注将调处好的铁水浇入缸体铸型。
在试棒上试样试棒为30毫米。
(1)化学成分C 3.35％、Si 2.2％、Mn 0.63％、P 0.015％、S 0.051％、Cu 0.56％、RE0.021％、V 0.112％、Ti 0.091％，其余Fe。
(2)机械性能抗拉强度σb＝286MPa、布氏硬度HB＝218(3)金相组织石墨形态短片状+蚕蛹状+团絮状(少量)，石墨长度4～5级。
基体组织珠光体＞90％，少量铁素体，少量VC和TiC颗粒。
权利要求
1.一种发动机缸体用稀土钒钛合成铸铁，其特征在于它的化学成分(按重量百分比计)为C 3.2～3.6％、Si 1.70～2.25％、Mn 0.6～0.8％、P 0.01～0.10％、S 0.02～0.08％、V 0.10～0.20％、Ti 0.06～0.12％、Cu 0.50～0.70％、RE 0.01～0.03％，其余Fe。
2.一种发动机缸体用稀土钒钛合成铸铁的生产方法，其特征在于该方法为合成铸造法，即采用少量生铁，大量废钢加石墨碳进行合成，配料方式如下废钢40～50％，回炉铁20～30％，钒钛生铁30～40％，C、Si、Mn、Cu、RE元素根据计算所需量外加，加料顺序如下废钢→石墨碳→钒钛生铁→回炉铁熔炼工艺如下(1).熔化铁水按上述加料顺序加完钒钛生铁后开机熔化，待开始熔化后陆续加入回炉铁，直至加完所配回炉铁并完全熔化成铁水，(2).调整C、Si、Mn量将熔化的铁水升温至1500～1550℃取样，快速测定C、Si含量并按所需量进行调整，然后加入所配锰铁熔化，(3).复合孕育将熔融的高温铁水倾入预先装好稀土、硅铁和铜的浇包内孕育处理，(4).铁水调处将浇包内孕育处理后的铁水回入炉中拌匀并升温至1500～1550℃出炉，铁水的浇注温度控制在1400～1420℃。
3.根据权利要求1所述的稀土钒钛合成铸铁，其特征在于RE为含铈稀土。
全文摘要
一种发动机缸体用稀土钒钛合成铸铁，其化学成分为C3.2～3.6％、Si1.70～2.25％、Mn0.6～0.8％、P0.01～0.10％、S0.02～0.08％、V0.10～0.20％、Ti0.06～0.12％、Cu0.50～0.70％、RE0.01～0.03％，其余Fe。其生产方法采用合成铸造法，配料方式为废钢40～50％、回炉铁20～30％、钒钛生铁30～40％，C、Si、Mn、Cu、RE元素根据计算所需外加。该发明能有效地消除夹渣、气孔、疏松等缺陷，提高缸体使用寿命，使缸体铸坯件衍磨后成品率达90％，并能降低生产成本。
文档编号C22C37/00GK1165870SQ9611756
公开日1997年11月26日 申请日期1996年5月21日 优先权日1996年5月21日
发明者邱代荣 申请人:四川联合大学