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汽车发动机缸体用铸铁材料的性能研究

2023-01-25 来源:爱go旅游网
铸 ·造 Apr.2018 VoI.67 No.4 354· FOUNDRY 汽车发动机缸体用铸铁材料的性能研究 付秋林,蒋世应,王振华 (宜宾职业技术学院,四川宜宾644003) 摘要:通过添JJu一定 的Mn ̄[ICr.对HT350逃i 收 ,采川T频熔烁 熔炼铸铁删 j Mn C1。添加情计竹铁 rl: .裂纹长度乃0.63 inln Mn 能的 响.纳 太f{月:当添fJIJ0.6%Mn,O.4%Q’Ii,j’,铸铁 能最佳. 料的抗{ 度为425 7 MPa.馊度乃HBS 243, 当裁 h 700 N,摩擦时川T Y420 minU1f样I5f 磨拟 I'1分比为2 15%,2 000次热疲劳试验  ̄11Cr;L粜的添JJIJ彳丁利下之Li 『1_I5珠)匕体的数g_J 』J【】币【】细化,同时 材料,J ’ : 能、耐情忡能以埂抗热疲劳性能的提 肜成MnFe!O 和ICr:O 的 合氰化愤,f『【I』J】‘ 关键词:汽1 ;发动机缸体;铸铁;合金 C索;性能 中图分类号:TG143.2 文献标识码:A 文章编号:1()(】l一4977(2018)04—0354—03 Study on the Properties of Casting Iron Used for Automobile Engine Cylinder Block FU Qiu—lin JIANG Shi—ying WANG Zhen—hua (Yibin Vocational and Technical College,Yibin 644003,Sichuan,China) Mn and Cl‘,tile material was nlelted by main fi'cquency Abstract:HT350 casting iron was modiifed by adding on the properties ofthe casting iron was researched.The induction ful‘nace.The iilf]uence ofMn and Cr elements results show that with the addition of 0.6%Mn and 0.4%Cr.matin‘ial can achieve the optimal propm‘ties. File tensile strength is 425.7 MPa HBS hardness is 243.With 700 N loads alld 20 rain fraction time,the wearing lOSS rate is 2.1 5 ,.and the main Cl‘ack length after thermal fatigue shock for 2 000 times is 0.63 nln1.The addition of Mn and Cr elements is usefill for increasing tile number ofpearlite and refining the grains.Simultaneously.tile multiple oxidation 1ayers ofMnFe,O and Cr:O call fcIrill on the casting irOll surface,which is ofbenefit to tile increase ofmechanical properties,wearing property and thermal fatigue resistance. Key words:automobile;engine cylinder block;casting iron;alloy elements;property 发一rl:能优良的发动机不仪和【 艺有关. 功机缸体 ‘料订父. |j发 大 力的柴j1tt发动机3il=体材料 加入分两步:第一少为一 内合金化,[!l1按 比 求 加入硅铁,同时加入一·定 的铬铁和锰字失,将C 素 和Mn)t ̄求含最调节至0.3%Mn干u0.3%Cr; 步乃随 是重 之币=_1_ i各夫汽车制造商,均在争先』l:发大 『]J力柴ff=ll发动机 住大码力柴油发动机缸怵的制造 内产品还仔 缸 流加入,随流加入铬铁和锰铁,将cr元素f¨Mn 粜 量分圳删 至试验5组试样 求 ,合 92%左 索IlJ支收 为 再将孕育剂允放入包l夫j,将铁液浇人也1人j 巾,我 广泛心 的主要灶尚强度灰铸铁, HT250 和HT300 ij_I1iI外同类产【i』if荆仆匕, 『奉铸件断㈣均均匀性差、断 硬度芹趟过50HB、缸怵 材质稳定, 后和次。I 率高等 1题 1以HT350 研究 埘象,探¨r住3.24%C,0.58%Cu,0.029%Sn. 进行孕育变质处理,最 恪冶烁好的铁jf砭浇 成符种 试样,其【11,试体尺寸为4)60 nnnx400 mill, 他 佯 尺寸按照卡}1幢 家标准进仃制样 铁液ff{炉濉瞍为 1 535。C,浇沣温度为1 350℃ 表1铸铁材料配比组成 Fable l Batch formula compositions of casting iron ‘ 1.0%Cr+Mn条件下.,不同Mn、Cr ·t1iL对"铸铁悱Z『】,L匕5的影 响,为选择这种材料提供参 1 试验 选月JHT350,以75砩铁 孕育刹,探讨不川Mnf[1 cr禽 对铸铁性能的影响, 熔烁T5_ ̄lf试样,实洲化 学成分 l,铬铁、硅铁以及锰铁(表2)粒度在 0.5~5 mm. ̄JU5o0 1一 熔' ̄flL'b’t进行熔炼 合令的 收稿日期:20l 7一l1—20qtfll 硫,101 8-0l—l6qkf']修订稿 作者简介:"耿怀(1 982一).女,Ut:0 Jli.卜 从‘¨饥械没汁制造l E-mail:qiuqiuqiufi ̄ sina. ̄O113 铸造 付秋林等:汽车发动机缸体用铸铁材料的性能研究 表2合金材料化学成分 I'able2 Chemical composition of the alloy materials % ¨ICA一5810 Ji 1 J术JJIl I /J : 能试样,酞验采 J1tIU { ,Ji一2000 J 十I 【刀害0fJl 削 {l f,t, D  ̄/-I _-U .,样 fl,乖 朋 JSM一53 10月 于i ̄lit1I 镜 察样.I^111 J 貌 采川wD一500 , ,J 能 验 L Th!忆弋 样的机{ 姒 采用HB一300 布 耻J 汁测 仟n,J蚀度 对 仟的热疲 能测 J1 J水冷法.1-itf . i/10试 J变为800。C,冷却介J暖为 流功 水.17_ 进f 冷热砺 ,』l£后洲 裂纹K度 耐 iL-'J ̄采』HtiT..000 J 睁撩 损 验机,采』}J销船j=I== 擦 ‘ 弋逊i .转述乃250 r/min,哉倚为700 N.悸擦 川I 20 111iI1; 扎! 验 利川精密灭、卜进f 称 , j 拟 匝 12fIt 埘比,汁t l 刘 损失 I t‘分数 2结果分析与讨论 2.1 材料力学性能分析 l 添』JII小 I匕例Mn干¨cr儿采后列‘汽4-发动机 川竹铁十4料 J 、 能的影响, la4 ̄ lJ网lb3)DJlj足5组铸 铁材料的抗十 姒 ffII=和硬度 Gl、G2、G3、G4及 G5 f :{:失 {::I_十 。’ fi,J抗} 强J fllf分男IJ为366.2 MPa、 385.7 MPa、4l3.6 MPa、425.7 MPa以及391.5 MPa Gl、(j2、(73、G4 G5饽铁材料仟lI『]的伽氏硬度HBS f分 『J 205、234、249、243 239结合表1flJ『冬i1 】- I. ‘ffiMn)I ̄ 添 il J().30{ J- ̄JJH至0.7%,Cr元 求添JJlf li川t().7(1 l碱小 0.3%11、f.材料抗} 强眨fl1 度 f『If=均‘。 脱逐渐卅』』f J越丁、卜 的趋势这足 为,Mn 儿粜 铸铁材料iIJn0添JJ[1,l _『他 铸铁组织iI1的珠光 f n,J教 』 /J Ji,I叫i(i lIJ‘他锈铁 水:Ilj危扣强,/ I'i: l-lY. i』Jl 】cr 粜的添』J【JIt J‘以 Ⅲ I~部仳进Fe—cr碳化物的肜成并 ill队Jl=;战珠)匕 ,川l『、f,Cr ̄粜能够增j虽铁f『l碳的结 能 J.…in 』 J.人人提高铸铁材料馊度值 址.cr 隶添』Ju趔过·定 l 会他 铸铁J. 体材料IIl游离的 f1二物增J』Ij,从… f止铸铁 ’料的机托强度平¨蚀瞍ffi迅 述卜降 jMri 隶添』J【『; 为0.6‰,Cr ̄崇添JJlJ i L为 ().4 ,II、J. jlf1 I J楚干【J馊瞍 r{ 能』】2f七 2.2汽车发动机缸体用铸铁材料耐磨性能分析 l冬i2世汽/I"i发动fJl用铸铁 料 l^耐隳 测 结 .( 1、G2、G3、G4,支G5材料ft.I【l1的畴j.51 1分卜匕分 圳 3.0l 、3.35‘ 、3.28 、2.15‘ 殷2.95% 随Mn2[; 粜的卅JJ【I ̄llCr.s[;求f 减少,仟t『『II1f1,J瞎损 先增]JiI 减 /J、II]:J JJ【 】Mn.s ̄求 J十始添l』Jl】[j1f全 j铸铁材料样 中 的s厄粜发,l 眨 . , ……Jl:0厶添JJIlftw],铸铁材 料会 ,坚软, 增人 随行Mn? 素添lJJl1} 的增 JJlI,Mn 已素r『『以钏化石 , 一 进珠光 的,卜成和 化,从而使样.I Jf『 耐磨悱能人I 提高 cr 的添枷 刈-十 7J耐塘性能的影响饥卵 j刈’硬度的 响类似,I『『_j[ 过离过低的添JJ【J 均全使耐j痔 I+1 能下降 擦过 【 1 MnSt ̄素fllCrJ ̄素还会发 挪分氰化形成MnFe O 4 ̄llCr!O 的复合瓴fJ ̄Jl英。进 步捉I 铸铁材料n,j咐磨 能 (b)艇 1 f气4 发动1I:J I:体用铸铁¨料 .IiIt机{ 强度相I蚀J蕾fI l『_Fig.1 The sample’s tensile strength and hardness ofcasting iro1]tbr automobilc engine cylinder block 2 L,『发动机缸f水川竹铁俐料伴I 话  IFig 2 The sample’s wearing loss rate of casting iron[oI。 aulonlobile engine cylindei block 2.3材料抗热疲劳性能分析 汽车发动机的HI芝役环境决定j 铸铁材料一IZ,顼!L仃 好的抗热疲 能一罔3址G系列铸铁 ‘料仟^『l 2 OOO次热疲劳一 能测 后卞裂纹l∈瞍洲 随热 疲 循环次数fl',J}Tq']JIl,5组样I 门 裂纹K 均iIi现抛 物线增K趋势, {经历2 000次热疲 ,试验 .G1、 G2、G3、G4 G5铸铁 ‘料样.㈨ 主裂纹K瞍fjf[分圳 0.79 n1111、0.81 mm、0.75 111111、0.63 nlnl以及 0.74 ITllTI G4 ̄'1"-IIIiII 小同循环次数下的裂纹K 均小 Apr.2018 FOUNDRY Vo1.67 N0.4 于其他样品,i兑明Mn元素和Cr)t]素添加量应维持在合 理值才可获得最佳抗热疲劳性能 材料的抗热疲劳性 能卜了基体强度密切相关,而添JJlI:Mn元素和cr元素在一 石墨片的方向进行扩展,当遇到 j应力方向平行的f 墨片后裂纹会改变前进方向 当添hi10.6%的Mn和0.4% 的cr元素后,叮促使基体中石 细化,冈而裂纹扩展 中受到的阻力较多 .从图4b中r f ,裂纹在前进过 定范罔内均有助于提高基体强度 、过量添JJtlCr元素会 使基体组织中游离的碳化物增加,从而降低基体强度, 因而抗热疲劳性能也降低:另一力‘ ,抗热疲劳性能 还与基体材料表 抗氧化性能有火.Mn元素通常可以 增加基体材料对裂纹扩展的抗力,而cr元素可形成 中呈 折走向,这是G4样品具仃较仕抗热疲劳性能的 直接原因。 一疗面,Mn元素和cr冗素在表面形成的 MnFe:0,和cr 0 复合氧化膜可减少裂纹数量的产,{ , 可进一步提高材料的抗热疲劳性能 Cr10 氧化膜阻止表面进一步氧化,从而提高基体材料 抗热疲劳性能 分析5组样品抗托强度、硬度、耐磨性 以及抗热疲劳性能町发现,G4样晶性能较佳 2.4铸铁材料显微结构分析 图4a是G4样 基体微观组织结构照片,从图中_口『 以发现,基体组织中珠光体片问距非常小,而基体组 织中珠光体片问距越小,铸铁材料的力学性能越好, 这是G4样品 有较佳强度和硬度的内在原因。图4b是 G4样品经2 000次热疲劳试验后主裂纹显微结构照片. 从中nr见,主裂纹路径清晰,旁支小裂纹较小 通常 情况.在铸铁材料基体中,表面裂纹产生后会沿内部 3 G系列铸铁材料热疲劳一rl 能测试lf}l线 Fig.3 The thennal fatigue curves ofcasting iron of series G (a)珠光休 (b) 裂纹 N4 G4铸铁材料样 I^微观结卡句及热疲劳开裂担徽照片 Fig.4 The microstructure and thermal fatigue crack micrograph of G4 casting iron sample 3 结论 (1)和HT350中添加为0.6%Mn和0.4%Crl ̄,铸铁 材料性能最佳.此时材料的抗托强度值为425.7 MPa, 硬度值为HBS 243 当载荷为700 N.摩擦时间为 裂纹路径清晰’旁支小裂纹较小、 参考文献: [1]万f_芳.汽乍 发展 汽午发动机跃铸铁缶l休 i产技术[J Jl皤 造,2001(12):746—751. [2]武宏,付水 I:,于发展.缸体、缸盖川『■强度灰铸铁tl:.P:技术【J J _热加J二工艺.2005(IO):65—68. 20 minSJ",样 占磨损最为2.15%,2 000次热疲劳试验后 主裂纹长度为0.63 mlTl。 [3]徐桂芳,一d乃潮.f}}j明喜,等.复合 用研究[J Jl汀 耶l 大学学报: 62—65 剂 发动机缸体 的J、 (2)Mn元素住铸铁材料中的添加可使得铸铁组织 中的珠光体的数馈增加,Cr元素的添加可以在组织内 部促进Fe.Cr碳化物的形成并加快形成珠光体,增强铁 和碳的结合能力,二者共同作用口]‘提高铸铁材料抗拉 强度和硬度值 然科学版.200I.22(I】: [4】拿克锐, 艺成.张忠仇,等我国铸铁 卜产:技术 顷 展 … 铸造,2Ol2.6l(2):l2l一135. [5]郝石坚. 代铸铁学[M】.北京:冶金I.、I tt{版 .2009:l0l— l52. (3)添加Mn元素可促进珠光体的生成和细化, Mn元素和Cr兀素氧化后可形成MnFe20,和cr 0 的复合 氧化膜,可提高铸铁材料的耐磨性能和抗热疲劳性能 显微结构显示样品基体组织中珠光体片间距非常小, [6]曾大本,J『lf站林.灰铸铁研究和生J 的新进腮。 展 [JJ.观f℃竹 铁,2005,25(1):33—40 [7]姜金文复合孕育在溥壁高强度灰铸铁-t 的I,;/i;t1缛热分公司…. 柴油机没¨‘。 0造,2002(3):39—46. (编辑:潘继勇,PJy@foundryworld.COITI) 

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