CN103451510B - 蠕墨铸铁活塞环的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蠕墨铸铁活塞环的制造方法，所述蠕墨铸铁活塞环材质中的化学组分及重量百分含量为C：3.4%～4.0%，Si：2.4%～3.2%，Mn≤0.3%，Cr：0.2%～0.4%，Mo：0.2%～0.6%，Cu：0.5%～1.0%，Ti：0.05%～0.15%，P≤0.1%，S≤0.05%，Mg：0.009%～0.02%，其余为Fe和不可避免杂质；蠕墨铸铁活塞环的制造方法包括造型、熔炼、浇注、落砂、抛丸、机加工、表面处理等工艺步骤。本发明实现了活塞环的薄片化，生产工序相对简单，生产的蠕墨铸铁活塞环具有高弹性、高强度、高韧性和高耐磨性。

Description

蠕墨铸铁活塞环的制造方法

技术领域

本发明涉及一种内燃机零部件的制造方法，具体的说是一种铸铁活塞环的制造方法。

背景技术

内燃机是一种用途广泛的动力机械设备，它是通过燃料在机器内部燃烧，将其释放出的热能直接转换为动能的热力发动机。活塞环是内燃机发动机中关键的零部件之一。随着发动机向小体积、轻量化、高转速、大功率、低排放、低油耗、低成本、耐磨、环保的方向发展，活塞环的设计要求也日益趋向于向轻量化、高强度、高弹性、低摩擦、低成本、耐磨、环保等方向发展。

活塞环在柴油发动机中起着密封燃烧室和曲轴箱、传递活塞热量、控制油耗的作用，活塞环在工作过程中，既要承受高温、高压，又要承受剧烈的磨损和较大的冲击负荷作用，尤其是第一、第二道环，需要承受很大的冲击载荷，工作条件相当恶劣，因此活塞环必须要有良好的耐磨性、较高的强度及足够的韧性。但是由于活塞环随着发动机的发展高度开始变薄，特别是第一、第二道环的高度由原来的3mm变为1～1.5mm，这使传统灰铸铁材料制造的活塞环在高度变薄以后加工变得困难，而且使用过程中容易折断甚至碎裂。目前行业内的活塞环材料除使用灰铸铁生产外，也有采用球墨铸铁材料生产的，由于球墨铸铁的耐磨性差，为了提高球墨铸铁活塞环的机械性能，球墨铸铁材料生产的活塞环机加工完成后一般还需要进行镀铬处理，而镀铬工艺的工序复杂，并且废品率高，这样就增加了球墨铸铁活塞环的生产成本。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种蠕墨铸铁活塞环的制造方法，实现活塞环的薄片化，生产工序相对简单，生产的活塞环具有高弹性、高强度、高韧性和高耐磨性。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种蠕墨铸铁活塞环的制造方法，所述蠕墨铸铁活塞环材质中的化学组分及重量百分含量为

C：3.4%～4.0%，Si：2.4%～3.2%，Mn≤0.3%，Cr：0.2%～0.4%，Mo：0.2%～0.6%，Cu：0.5%～1.0%，Ti：0.05%～0.15%，P≤0.1%，S≤0.05%，Mg：0.009%～0.02%，其余为Fe和不可避免杂质；

本发明的进一步改进在于：蠕墨铸铁活塞环的制造方法包括以下步骤：

A、叠箱制作砂型；

B、将制作蠕墨铸铁活塞环的原材料按重量百分含量配比放入电炉内熔炼，匀速升温至过热温度进行过热处理，然后静置使电炉内的熔液温度自然冷却到1560℃～1600℃的出炉温度；

在浇包包底凹坑中预埋占浇包容积0.3%～0.8%的稀土镁蠕化剂，将电炉内达到出炉温度的熔液分两次倒入浇包，第一次倒入占浇包2/3容积的熔液，之后静置1min～2min，第二次倒入占浇包1/3容积的熔液；其中在第二次倒入熔液的过程中用硅锶孕育剂进行两次随流孕育处理，两次随流孕育处理的孕育剂的加入总量为浇包容积的0.4%～0.8%，待浇包内的浇注液的温度降至1380℃～1440℃的浇注温度后，浇注砂型制得毛坯；

C、毛坯冷却到室温后，落砂分离开砂型和毛坯，对毛坯进行抛丸处理；

D、粗车毛坯后进行调质处理，然后机械加工至设计尺寸，并进行表面氮化处理，检验合格后包装入库。

本发明的进一步改进在于：步骤A中采用专用模板制作砂型，所述专用模板包括底板、以及设置在底板上的浇注系统；所述浇注系统包括与底板平面垂直相交的直浇道，与直浇道相交并设置在底板中部的横浇道，底板上沿横浇道的两侧对称设置四个活塞环模型，所述活塞环模型通过内浇道与横浇道相连通。

本发明的进一步改进在于：所述直浇道垂直相交设置在横浇道的中心。

本发明的进一步改进在于：步骤B中，进行过热处理的温度为1580℃～1620℃。

本发明的进一步改进在于：步骤B中在进行两次随流孕育处理时，第一次孕育处理时加入的孕育剂粒度为3mm～6mm，孕育剂的加入量为浇包容积的0.2%～0.4%；第二次孕育处理时加入的孕育剂粒度为1mm～3mm，孕育剂的加入量为浇包容积的0.2%～0.4%。

本发明的进一步改进在于：步骤B中浇注液在浇注砂型制得毛坯时，浇注液在3min之内浇注完毕。

本发明的进一步改进在于：步骤D的调质处理包括先淬火、后回火两道工序，其中淬火温度为900℃～940℃，保温2h后油冷；回火温度为520℃～560℃，保温2h后出炉空冷至室温。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

本发明通过对活塞环材质中的化学组分及重量百分含量的控制，调整活塞环材质中的化学组分，得到了一种特殊的蠕墨铸铁材料，此种材料的抗拉强度、延伸率、韧性和抗疲劳性都高于普通的合金铸铁，同时还具备普通合金铸铁的减振性、导热性和耐磨性能，特别是该材料的加工性能远远优于其它合金铸铁，后序加工时每片蠕墨铸铁活塞环成本可降低15%。采用本发明制得的蠕墨铸铁活塞环的耐磨性和韧性优于球墨铸铁活塞环，满足了活塞环的性能需要。本发明使用合理的生产工艺，机械加工完成后直接进行表面氮化处理，不用经过镀铬处理，根除了镀铬产品废品率高的问题，同时大大降低了能源的消耗，每片蠕墨铸铁活塞环比球墨铸铁活塞环的生产成本减少了30%，降低了生产成本，提高了生产效率。

使用本发明生产得到的蠕墨铸铁活塞环具有良好的耐冲击性、耐热疲劳性和耐磨性，加工性能优良，成本低，综合成品率高。最终得到的蠕墨铸铁活塞环的弹性模量≥125000N/mm²，抗弯强度≥1100N/mm²，抗拉强度≥700N/mm²，热稳定性≥92%，硬度为HRB100～113。

选择稀土镁作为蠕化剂，并将稀土镁蠕化剂预埋在浇包的包底，在进行蠕化处理既可以确保蠕化效果，也使得蠕化反应过程平缓，消除了安全隐患，保障了工作人员的安全。选择硅锶作为孕育剂，并进行二次随流孕育处理，防止形成碳化物，提高了产品的韧性。

采用专用模板进行造型，防止因模具频繁拆装引起尺寸偏差，减小误差，提高了尺寸精度，降低废品率。专用模板上浇注系统布局合理，确保浇注液流动平缓、速度稳定，将直浇道设置在横浇道的中心，有利于浇注液合理充满砂型，减少铸造缺陷，提高毛坯质量。

对熔液进行过热处理，过热处理温度为1580℃～1620℃，提高了熔液的纯净度。进行两次随流孕育处理，避免了碳化物的形成，保证产品的强度和韧性。在进行浇注时，浇注液在3min之内浇注完毕，防止浇注温度过低，同时保证了孕育处理和蠕化处理的效果。

附图说明

图1是本发明的专用模板示意图；

图2是本发明实施例1所得毛坯的100×石墨形态图；

图3是本发明实施例1所得毛坯的500×基体组织图。

其中，1、底板，2、直浇道，3、横浇道，4、内浇道。

具体实施方式

蠕墨铸铁活塞环，所述活塞环中的化学组分及重量百分含量为：

C：3.4%～4.0%，Si：2.4%～3.2%，Mn≤0.3%，Cr：0.2%～0.4%，Mo：0.2%～0.6%，Cu：0.5%～1.0%，Ti：0.05%～0.15%，P≤0.1%，S≤0.05%，Mg：0.009%～0.02%，其余为Fe和不可避免杂质。

上述蠕墨铸铁活塞环中的化学组分及重量百分含量优选为：

C：3.6%～3.8%，Si：2.6%～2.8%，Mn：0.05%～0.2%，Cr：0.2%～0.3%，Mo：0.3%～0.5%，Cu：0.55%～0.7%，Ti：0.1%～0.13%，P≤0.08%，S≤0.03%，Mg：0.011%～0.015%，其余为Fe和不可避免杂质。

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：

实施例1

一种蠕墨铸铁活塞环，进行原料配比时，选用优质原材料，所述活塞环中的化学组分和重量百分含量的设计目标为：C：3.7%～3.8%，Si：2.6%～2.8%，Mn：0.1%～0.2%，Cr：0.25%～0.3%，Mo：0.35%～0.45%，Cu：0.55%～0.6%，Ti：0.1%～0.15%，P≤0.08%，S≤0.03%，Mg：0.011%～0.015%，其余为Fe和不可避免杂质。

蠕墨铸铁活塞环的制造方法包括以下步骤：

A、采用专用模板进行造型，即在气压震动造型机上制作砂型，之后将制作好的砂型放置到浇注工位处。专用模板如图1所示，包括底板1、固定在底板1上的四个活塞环模型、以及设置在底板1上的浇注系统。所述浇注系统主要包括直浇道2，横浇道3和内浇道4。直浇道2设置在底板中心并与底板平面垂直。横浇道3设置在底板上，与直浇道2相连通，直浇道2的中轴线位于横浇道3的中轴线的垂直平分线上。底板1上沿横浇道3的两侧对称设置四个活塞环模型，内浇道4与活塞环模型一一对应设置四条，内浇道4的一端与横浇道3相连通，另一端分别连接各个活塞环模型。

在制作砂型时采用叠箱造型，每摞型型高为685mm～720mm，砂型的硬度为85～95。造型用型砂的性能要求包括：湿压强度1.5Kg/cm²～1.8Kg/cm²，紧实率25%～40%，透气性≥50，含水量3.3%～4%，含泥量≤15%，有效膨润土含量≥8%。

B、将制作蠕墨铸铁活塞环需要的原材料按各种组分的重量百分含量配比放置在变频电炉中进行熔炼，除C、Si的含量有特殊要求外，其余组分的化学成分均按炉后化学成分含量控制。

熔炼时电炉内熔液化学成分中C考虑到0.1%的烧损量，可控制在3.8%～3.9%，小于3.8%时加入Q10生铁调整至3.8%以上；大于3.9%时加入废钢调整至3.9%以下。

考虑到熔炼完成后的熔液在进行孕育处理时加入的硅锶孕育剂会导致熔液中的Si含量提高约0.5%，在电炉内熔炼时熔液的化学成分中Si含量控制在2.1%～2.3%，小于2.1%时向炉内补加结晶硅或75硅铁，使Si含量大于2.1%；大于2.3%时向炉内补加Q10生铁或废钢，使Si含量小于2.3%，补加的Q10生铁或废钢均须预热。

熔炼过程中电炉匀速升温，熔液的出炉温度为1560℃～1600℃。为提高熔液纯净度，对熔液进行过热处理，过热度选择高于熔液出炉温度15℃～25℃，即先把熔液匀速加热升温到1580℃～1620℃后，静置使变频电炉内的熔液自然冷却到1560℃～1600℃。

静置到出炉温度后，将熔液从变频电炉中分两次转倒入浇包中。首先倒入占浇包2/3容积的熔液，使熔液开始进行蠕化反应，蠕化反应需要的蠕化剂选用稀土镁蠕化剂，往浇包中倒入熔液前，将蠕化剂预先埋设在浇包包底的凹坑中，蠕化剂的加入量占浇包容积的0.3%～0.8%。倒入的2/3容积的熔液静置1～2min等待蠕化反应完全、熔液平稳后，再继续倒入剩余浇包容积的1/3的熔液直至充满浇包。

由于熔液中的Mo、Cu化学成分的重量百分含量较高；同时因为蠕化剂的加入使得熔液的过冷倾向增大，因此在冷却成型得到毛坯的过程中容易形成硬脆的碳化物组织。为避免碳化物组织的形成，在蠕化处理之后、倒入剩余浇包容积的1/3的熔液时，对熔液进行孕育处理。本发明中孕育剂选择硅锶孕育剂，为使硅锶孕育剂能被充分吸收，孕育处理时采用两次随流孕育处理。第一次孕育处理时加入的孕育剂粒度为3mm～6mm，孕育剂加入量为浇包容积的0.2%～0.4%；第二次孕育处理时加入的孕育剂粒度为1mm～3mm，孕育剂的加入量为浇包容积的0.2%～0.4%。两次孕育处理所加入的孕育剂的总量为浇包容积的0.4%～0.8%。

孕育处理完成后，将浇包拉到放置砂型的浇注工位处，待浇包内的浇注液温度降至1380℃～1440℃的浇注温度后，将浇注液浇注至砂型中静置、冷却制得毛坯。为保持蠕化和孕育效果，防止浇注温度过低，在浇注砂型时浇注液必须在3min之内浇注完毕。

对得到的蠕墨铸铁活塞环毛坯进行化学成分分析，得到毛坯中的化学组分及重量百分含量为：C：3.8%，Si：2.8%，Mn：0.2%，Cr：0.3%，Mo：0.38%，Cu：0.58%，Ti：0.12%，P：0.08%，S：0.025%，Mg：0.013%。

C、待毛坯冷却到室温后，将砂型和毛坯一起放置在震动落砂机中进行落砂分离，得到的毛坯进行抛丸处理，清除毛坯表面粘砂。

D、将毛坯进行粗车之后进行调质处理，调质处理时先进行淬火，淬火温度为900℃～940℃，保温2h后油冷；之后进行回火，回火温度为520℃～560℃，保温2h后出炉空冷至室温。

调质处理完成后的粗车毛坯转入机加工车间按照设计尺寸进行精加工，之后进行表面氮化处理得到蠕墨铸铁活塞环产品，产品经检验合格后包装入库。

本实施例通过调整材质中的化学组分并使用合理的铸造生产工艺，调质处理完成后的蠕墨铸铁活塞环的硬度为HRB106；弹性模量为142955N/mm²；热稳定性为97.2%；抗弯强度为1100N/mm²；抗拉强度为732N/mm²。

金相显微组织如图2、图3所示，石墨形态为蠕虫状石墨，在其二维抛光平面上观察到至少有80%的蠕虫状石墨，其余为球状石墨；基体组织为回火索氏体。

实施例2

本实施例中的工艺条件、制造方法与实施例1相同，与实施例1的区别在于：

本实施例中蠕墨铸铁活塞环中的化学组分及重量百分含量的设计目标为：

C：3.6%～3.7%，Si：2.6%～2.7%，Mn：0.1%～0.3%，Cr：0.2%～0.3%，Mo：0.25%～0.3%，Cu：0.55%～0.6%，Ti：0.1%～0.15%，P≤0.08%，S≤0.03%，Mg：0.011%～0.015%，其余为Fe和不可避免杂质。

对步骤B得到的蠕墨铸铁活塞环毛坯进行化学成分分析，得到的活塞环中的化学组分及重量百分含量为：

C：3.6%，Si：2.6%，Mn：0.2%，Cr：0.2%，Mo：0.3%，Cu：0.55%，Ti：0.1%，P：0.08%，S：0.03%，Mg：0.015%。

本实施例通过调整材质中的化学组分并使用合理的铸造生产工艺，生产出的蠕墨铸铁活塞环的硬度为HRB106；弹性模量为156627N/mm²；热稳定性为95.3%；抗弯强度为1200N/mm²；抗拉强度为718N/mm²。

金相显微组织：石墨形态为蠕虫状石墨，在其二维抛光平面上观察到至少有85%的蠕虫状石墨，其余为球状石墨；基体组织为回火索氏体。

实施例3

本实施例中的工艺条件、制造方法与实施例1相同，与实施例1的区别在于：

本实施例中蠕墨铸铁活塞环中的化学组分及重量百分含量的设计目标为：

C：3.7%～3.8%，Si：2.7%～2.8%，Mn：0.1%～0.3%，Cr：0.2%～0.3%，Mo：0.35%～0.45%，Cu：0.65%～0.7%，Ti：0.05%～0.1%，P≤0.1%，S≤0.05%，Mg：0.011%～0.015%，其余为Fe和不可避免杂质。

对步骤B得到的蠕墨铸铁活塞环毛坯进行化学成分分析，得到的活塞环中的化学组分及重量百分含量为：

C：3.75%，Si：2.75%，Mn：0.15%，Cr：0.24%，Mo：0.4%，Cu：0.7%，Ti：0.05%，P：0.08%，S：0.05%，Mg：0.02%。

本实施例通过调整材质中的化学组分并使用合理的铸造生产工艺，生产出的蠕墨铸铁活塞环的硬度为HRB105；弹性模量为150455N/mm²；热稳定性为96.7%；抗弯强度为1150N/mm²；抗拉强度为725N/mm²。

金相显微组织：石墨形态为蠕虫状石墨，在其二维抛光平面上观察到至少有80%的蠕虫状石墨，其余为球状石墨；基体组织为回火索氏体。

实施例4

本实施例中的工艺条件、制造方法与实施例1相同，与实施例1的区别在于：

本实施例中蠕墨铸铁活塞环中的化学组分及重量百分含量的设计目标为：

C：3.7%～3.8%，Si：2.6%～2.7%，Mn：0.1%～0.3%，Cr：0.2%～0.3%，Mo：0.25%～0.3%，Cu：0.7%～0.8%，Ti：0.1%～0.15%，P≤0.1%，S≤0.03%，Mg：0.011%～0.015%，其余为Fe和不可避免杂质。

对步骤B得到的蠕墨铸铁活塞环毛坯进行化学成分分析，得到的活塞环中的化学组分及重量百分含量为：

C：3.77%，Si：2.68%，Mn：0.2%，Cr：0.24%，Mo：0.28%，Cu：0.8%，Ti：0.12%，P：0.09%，S：0.026%，Mg：0.012%。

本实施例通过调整材质中的化学组分并使用合理的铸造生产工艺，生产出的蠕墨铸铁活塞环的硬度为HRB105；弹性模量为146378N/mm²；热稳定性为97.3%；抗弯强度为1250N/mm²；抗拉强度为716N/mm²。

金相显微组织：石墨形态为蠕虫状石墨，在其二维抛光平面上观察到至少有83%的蠕虫状石墨，其余为球状石墨；基体组织为回火索氏体。

实施例5

本实施例中的工艺条件、制造方法与实施例1相同，与实施例1的区别在于：

本实施例中蠕墨铸铁活塞环中的化学组分及重量百分含量的设计目标为：

C：3.7%～3.8%，Si：2.7%～2.8%，Mn：0.1%～0.3%，Cr：0.2%～0.3%，Mo：0.25%～0.3%，Cu：0.6%～0.65%，Ti：0.1%～0.15%，P≤0.1%，S≤0.03%，Mg：0.011%～0.015%，其余为Fe和不可避免杂质。

对步骤B得到的蠕墨铸铁活塞环毛坯进行化学成分分析，得到的活塞环中的化学组分及重量百分含量为：

C：3.78%，Si：2.72%，Mn：0.15%，Cr：0.23%，Mo：0.27%，Cu：0.63%，Ti：0.13%，P：0.07%，S：0.025%，Mg：0.013%。

本实施例通过调整材质中的化学组分并使用合理的铸造生产工艺，生产出的蠕墨铸铁活塞环的硬度为HRB106；弹性模量为161581N/mm²；热稳定性为97.2%；抗弯强度为1200N/mm²；抗拉强度为709N/mm²。

金相显微组织：石墨形态为蠕虫状石墨，在其二维抛光平面上观察到至少有85%的蠕虫状石墨，其余为球状石墨；基体组织为回火索氏体。

实施例6

本实施例中的工艺条件、制造方法与实施例1相同，与实施例1的区别在于：

本实施例中蠕墨铸铁活塞环中的化学组分及重量百分含量的设计目标为：

C：3.7%～3.8%，Si：2.6%～2.7%，Mn：0.1%～0.3%，Cr：0.2%～0.3%，Mo：0.25%～0.3%，Cu：0.6%～0.65%，Ti：0.05%～0.1%，P≤0.1%，S≤0.03%，Mg：0.011%～0.015%，其余为Fe和不可避免杂质。

对步骤B得到的蠕墨铸铁活塞环毛坯进行化学成分分析，得到的活塞环中的化学组分及重量百分含量为：

C：3.72%，Si：2.69%，Mn：0.13%，Cr：0.24%，Mo：0.27%，Cu：0.61%，Ti：0.09%，P：0.08%，S：0.02%，Mg：0.014%。

本实施例通过调整材质中的化学组分并使用合理的铸造生产工艺，生产出的蠕墨铸铁活塞环的硬度为HRB105；弹性模量为159666N/mm²；热稳定性为96.8%；抗弯强度为1200N/mm²；抗拉强度为719N/mm²。

金相显微组织：石墨形态为蠕虫状石墨，在其二维抛光平面上观察到至少有85%的蠕虫状石墨，其余为球状石墨；基体组织为回火索氏体。

实施例7

本实施例中的工艺条件、制造方法与实施例1相同，与实施例1的区别在于：

本实施例中蠕墨铸铁活塞环中的化学组分及重量百分含量的设计目标为：

C：3.8%～3.85%，Si：2.7%～2.8%，Mn：0.1%～0.3%，Cr：0.2%～0.3%，Mo：0.25%～0.3%，Cu：0.6%～0.65%，Ti：0.1%～0.15%，P≤0.1%，S≤0.03%，Mg：0.011%～0.015%，其余为Fe和不可避免杂质。

对步骤B得到的蠕墨铸铁活塞环毛坯进行化学成分分析，得到的活塞环中的化学组分及重量百分含量为：

C：3.81%，Si：2.74%，Mn：0.14%，Cr：0.24%，Mo：0.28%，Cu：0.62%，Ti：0.11%，P：0.09%，S：0.03%，Mg：0.012%。

本实施例通过调整材质中的化学组分并使用合理的铸造生产工艺，生产出的蠕墨铸铁活塞环的硬度为HRB107；弹性模量为142389N/mm²；热稳定性为97.3%；抗弯强度为1250N/mm²；抗拉强度为705N/mm²。

金相显微组织：石墨形态为蠕虫状石墨，在其二维抛光平面上观察到至少有80%的蠕虫状石墨，其余为球状石墨；基体组织为回火索氏体。

实施例8

本实施例中的工艺条件、制造方法与实施例1相同，与实施例1的区别在于：

本实施例中蠕墨铸铁活塞环中的化学组分及重量百分含量的设计目标为：

C：3.4%～3.5%，Si：2.9%～3.0%，Mn：0.1%～0.3%，Cr：0.2%～0.3%，Mo：0.25%～0.3%，Cu：0.55%～0.6%，Ti：0.1%～0.15%，P≤0.1%，S≤0.03%，Mg：0.011%～0.015%，其余为Fe和不可避免杂质。

对步骤B得到的蠕墨铸铁活塞环毛坯进行化学成分分析，得到的活塞环中的化学组分及重量百分含量为：

C：3.4%，Si：3.0%，Mn：0.18%，Cr：0.2%，Mo：0.3%，Cu：0.55%，Ti：0.1%，P：0.075%，S：0.03%，Mg：0.015%。

本实施例通过调整材质中的化学组分并使用合理的铸造生产工艺，生产出的蠕墨铸铁活塞环的硬度为HRB105；弹性模量为156748N/mm²；热稳定性为95.4%；抗弯强度为1300N/mm²；抗拉强度为698N/mm²。

金相显微组织：石墨形态为蠕虫状石墨，在其二维抛光平面上观察到至少有80%的蠕虫状石墨，其余为球状石墨；基体组织为回火索氏体。

实施例9

本实施例中的工艺条件、制造方法与实施例1相同，与实施例1的区别在于：

本实施例中蠕墨铸铁活塞环中的化学组分及重量百分含量的设计目标为：

C：3.9%～4.0%，Si：2.4%～2.5%，Mn：0.1%～0.3%，Cr：0.3%～0.4%，Mo：0.2%～0.3%，Cu：0.5%～0.6%，Ti：0.1%～0.15%，P≤0.1%，S≤0.03%，Mg：0.011%～0.015%，其余为Fe和不可避免杂质。

对步骤B得到的蠕墨铸铁活塞环毛坯进行化学成分分析，得到的活塞环中的化学组分及重量百分含量为：

C：4.0%，Si：2.4%，Mn：0.3%，Cr：0.4%，Mo：0.2%，Cu：0.5%，Ti：0.15%，P：0.07%，S：0.03%，Mg：0.011%。

本实施例通过调整材质中的化学组分并使用合理的铸造生产工艺，生产出的蠕墨铸铁活塞环的硬度为HRB107；弹性模量为143209N/mm²；热稳定性为96.6%；抗弯强度为1300N/mm²；抗拉强度为706N/mm²。

金相显微组织：石墨形态为蠕虫状石墨，在其二维抛光平面上观察到至少有80%的蠕虫状石墨，其余为球状石墨；基体组织为回火索氏体。

本发明适用于蠕墨铸铁活塞环成品环高为0.8mm～8mm、内径为90mm～300mm的活塞环铸造。

Claims (7)

1.一种蠕墨铸铁活塞环的制造方法，其特征在于：所述蠕墨铸铁活塞环材质中的化学组分及重量百分含量为

C：3.6%~3.8%，Si：2.6%~2.8%，Mn：0.05%~0.2%，Cr：0.2%~0.3%，Mo：0.3%~0.5%，Cu：0.55%~0.7%，Ti：0.1%~0.13%，P ≤0.08%，S ≤0.03%，Mg：0.011%~0.015%，其余为Fe和不可避免杂质；

蠕墨铸铁活塞环的制造方法包括以下步骤：

A、叠箱制作砂型；

B、将制作蠕墨铸铁活塞环的原材料按重量百分含量配比放入电炉内熔炼，匀速升温至过热温度进行过热处理，然后静置使电炉内的熔液温度自然冷却到1560℃~1600℃的出炉温度；

在浇包包底凹坑中预埋占浇包容积0.3%~0.8%的稀土镁蠕化剂，将电炉内达到出炉温度的熔液分两次倒入浇包，第一次倒入占浇包2/3容积的熔液，之后静置1min~2min，第二次倒入占浇包1/3容积的熔液；其中在第二次倒入熔液的过程中用硅锶孕育剂进行两次随流孕育处理，两次随流孕育处理的孕育剂的加入总量为浇包容积的0.4%~0.8%，待浇包内的浇注液的温度降至1380℃~1440℃的浇注温度后，浇注砂型制得毛坯；

C、毛坯冷却到室温后，落砂分离开砂型和毛坯，对毛坯进行抛丸处理；

D、粗车毛坯后进行调质处理，然后机械加工至设计尺寸，并进行表面氮化处理，检验合格后包装入库。

2.根据权利要求1所述的蠕墨铸铁活塞环的制造方法，其特征在于：步骤A中采用专用模板制作砂型，所述专用模板包括底板（1）、以及设置在底板（1）上的浇注系统；所述浇注系统包括与底板平面垂直相交的直浇道（2），与直浇道相交并设置在底板中部的横浇道（3），底板（1）上沿横浇道（3）的两侧对称设置四个活塞环模型，所述活塞环模型通过内浇道（4）与横浇道（3）相连通。

3.根据权利要求2所述的蠕墨铸铁活塞环的制造方法，其特征在于：所述直浇道（2）垂直相交设置在横浇道（3）的中心。

4.根据权利要求1所述的蠕墨铸铁活塞环的制造方法，其特征在于：步骤B中，进行过热处理的温度为1580℃~1620℃。

5.根据权利要求1所述的蠕墨铸铁活塞环的制造方法，其特征在于：步骤B中在进行两次随流孕育处理时，第一次孕育处理时加入的孕育剂粒度为3mm~6mm，孕育剂的加入量为浇包容积的0.2%~0.4%；第二次孕育处理时加入的孕育剂粒度为1mm~3mm，孕育剂的加入量为浇包容积的0.2%~0.4%。

6.根据权利要求1所述的蠕墨铸铁活塞环的制造方法，其特征在于：步骤B中浇注液在浇注砂型制得毛坯时，浇注液在3min之内浇注完毕。

7.根据权利要求1所述的蠕墨铸铁活塞环的制造方法，其特征在于：步骤D的调质处理包括先淬火、后回火两道工序，其中淬火温度为900℃~940℃，保温2h后油冷；回火温度为520℃~560℃，保温2h后出炉空冷至室温。