汽车涡轮壳体用高硅钼铬球铁材质及其制备方法

摘要

汽车涡轮壳体用高硅钼铬球铁材质及其制备方法，其材质成分重量百分比：碳为2.90至3.10%，硅为4.40至4.80%，锰小于0.30%，磷小于0.05%，硫小于0.02%，镁为0.03至0.05%，镍小于0.50%，铬为 0.70至0.80%，钼为0.50至0.65%，铝小于0.03%，铜小于0.10%，钛小于0.035%，余量为铁（Fe）；其制备方法是将碳化硅、生铁、返材、废钢入熔炼设备；物料熔后加硅铁、钼铁、铬铁精炼；取熔炼物料浇注并光谱分析；熔炼设备继续升温加低硫增碳剂准备球化处理；物料入球化包喂丝球化处理；球化后物料入浇注包孕育处理，除去氧化渣降温；物料液温降浇注、冷却落砂清理；落砂后铸件热处理，退火冷至室温为成品；材质配方合理，制备工艺操作简便易行，制备材质具有良好铸造和机加工性能，成本低，使用效果理想。

说明书

技术领域

本发明涉及汽车用涡轮增压器涡轮壳体材质的生产工艺方法，尤其涉 及一种汽车涡轮壳体用高硅钼铬球铁材质及其制备方法。

背景技术

随着涡轮增压技术的迅猛发展，其节能环保的特性被众多汽车厂商广 泛接受，涡轮壳体作为其主要部件之一，对其耐高温、耐腐蚀方面的 性能要求也越来越高，高硅钼铬球铁材质具有较好的高温力学性能、 耐腐蚀性能及性价比，是生产涡轮壳体的良好材质，但高硅钼铬球铁 材质由于合金含量较高导致铸造性能很差，在生产结构复杂、壁厚不 均的涡轮壳铸件时，薄壁处容易出现显微缩松，厚大部位易出现缩孔 等缺陷，同时材质的白口过大会对加工切削性能产生影响，增加加工 过程的刀具使用成本。

目前，高硅钼铬球铁材质的生产工艺流程主要为铁液熔炼、球化处理 、孕育处理、浇注、冷却、落砂清理、热处理等工序，由于高硅钼铬 球铁材质合金含量高，在熔炼过程中温度要求较高，在球化和孕育环 节不易控制，容易出现球化不良等铸造缺陷，给铸件的批量生产带来 隐患。因此，该材质的配方及生产工艺还有待进一步改进。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术存在的上述缺点，而提供一种汽 车涡轮壳体用高硅钼铬球铁材质及其制备方法，材质配方科学合理， 制备方法工艺操作简便易行，制备的材质具有良好的铸造性能和机加 工性能，且成本低，使用效果理想。

本发明的目的是由以下技术方案实现的：

本发明汽车涡轮壳体用高硅钼铬球铁材质，其特征在于，其成分的重 量百分比是：碳（C）为2.90至3.10%，硅（Si）为4.40至4.80%，锰（ Mn ）为小于0.30%，磷（P）为小于0.05%，硫（S）为小于0.02%，镁 （Mg ）为0.03至0.05%，镍（Ni）为小于0.50%，铬（Cr）为 0.70 至0.80%，钼（Mo）为0.50至0.65%，铝（Al）为小于0.03%，铜（Cu） 为小于0.10%，钛（Ti）为小于0.035%，余量为铁（Fe）。

前述汽车涡轮壳体用高硅钼铬球铁材质的制备方法，其特征在于：（ 1）将碳化硅、生铁、返材、废钢按顺序投入熔炼设备内，将熔炼设备 升温，使物料熔化；（2）待熔炼设备内的物料完全熔化后添加硅铁、 钼铁、铬铁进行精炼及成分调整；（3）取适量熔炼物料浇注并制成试 样进行光谱分析；（4）当熔炼物料符合要求后，继续将熔炼设备温度 升至1450至1550℃区间后加入低硫增碳剂，准备进行球化处理；（5） 将熔炼设备升温至1450至1550℃的物料倒入球化包进行喂丝球化处理 ；（6）将球化后物料倒入浇注包并进行孕育处理，然后除去氧化渣并 进行静置降温；（7）待物料液温降至1350至1400℃时进行浇注，浇注 时将物料液体浇入铸型中，然后冷却50分钟以上，进行落砂清理；（ 8）将落砂清理后的铸件进行热处理，退火保温后出炉空冷至室温即为 成品。

前述的汽车涡轮壳体用高硅钼铬球铁材质的制备方法，其中熔炼物料 的重量百分比是：碳化硅为0.3至0.5%、生铁为10至20%、返材为60至 80%、废钢为10至20%、硅铁0.2至0.6%、钼铁0.2至0.5%、铬铁0.3至0 .5%，余量为低硫增碳剂。

前述的汽车涡轮壳体用高硅钼铬球铁材质的制备方法，其中熔炼设备 采用感应电炉。

前述的汽车涡轮壳体用高硅钼铬球铁材质的制备方法，其中添加的低 硫增碳剂为石墨电极增碳剂，该石墨电极增碳剂为市售产品，其规格 为固定碳量≥95%，硫≤0.08%。

前述的汽车涡轮壳体用高硅钼铬球铁材质的制备方法，其中喂丝球化 处理中使用的球化合金采用无稀土Mg线，Mg线使用量为17至21米。

前述的汽车涡轮壳体用高硅钼铬球铁材质的制备方法，其中孕育处理 包括一次孕育处理和二次孕育处理，一次孕育处理中加入中钡孕育剂 ，该中钡孕育剂加入量为球化物料重量的0.1至0.3%，二次孕育处理中 采用中钡孕育剂,加入量为一次孕育处理物料重量的0.3至0.5%。

前述的汽车涡轮壳体用高硅钼铬球铁材质的制备方法，其中中钡孕育 剂是长效孕育剂Inoculin390，该长效孕育剂Inoculin390为市售产品 ，其规格为Si=60至67%，Ba=7至11%，Ca=0.4至2.0%，Al=0.5至1.7%， 余量为Fe。 

前述的汽车涡轮壳体用高硅钼铬球铁材质的制备方法，其中退火工艺 条件为930至950℃温度下保温4小时，降温至250至300℃出炉空冷。

本发明的有益效果：本发明汽车涡轮壳体用高硅钼铬球铁材质具有良 好的铸造性能和机加工性能，成本较低，该高硅钼铬球铁材质的制备 方法工艺条件设计合理，容易控制，有益于铸件生产，使用效果理想 。

具体实施方式

本发明汽车涡轮壳体用高硅钼铬球铁材质，其特征在于，其成分的重 量百分比是：碳（C）为2.90至3.10%，硅（Si）为4.40至4.80%，锰（ Mn ）为小于0.30%，磷（P）为小于0.05%，硫（S）为小于0.02%，镁 （Mg ）为0.03至0.05%，镍（Ni）为小于0.50%，铬（Cr）为 0.70 至0.80%，钼（Mo）为0.50至0.65%，铝（Al）为小于0.03%，铜（Cu） 为小于0.10%，钛（Ti）为小于0.035%，余量为铁（Fe）。

本发明汽车涡轮壳体用高硅钼铬球铁材质的制备方法，其特征在于： （1）将碳化硅、生铁、返材、废钢按顺序投入熔炼设备内，将熔炼设 备升温，使物料熔化；（2）待熔炼设备内的物料完全熔化后添加硅铁 、钼铁、铬铁进行精炼及成分调整；（3）取适量熔炼物料浇注并制成 试样进行光谱分析；（4） 当熔炼物料符合要求后，继续将熔炼设备温度升至1450至1550℃区间 后加入低硫增碳剂，准备进行球化处理；（5）将熔炼设备升温至145 0至1550℃的物料倒入球化包进行喂丝球化处理；（6）将球化后物料 倒入浇注包并进行孕育处理，然后除去氧化渣并进行静置降温；（7） 待物料液温降至1350至1400℃时进行浇注，浇注时将物料液体浇入铸 型中，然后冷却50分钟以上，进行落砂清理；（8）将落砂清理后的铸 件进行热处理，退火保温后出炉空冷至室温即为成品。

本发明汽车涡轮壳体用高硅钼铬球铁材质的制备方法，其中，该熔炼 物料的重量百分比是：碳化硅为0.3至0.5%、生铁为10至20%、返材为 60至80%、废钢为10至20%、硅铁0.2至0.6%、钼铁0.2至0.5%、铬铁0. 3至0.5%，余量为低硫增碳剂；该熔炼设备采用感应电炉；其中添加的 低硫增碳剂为石墨电极增碳剂，该石墨电极增碳剂为市售产品，其规 格为固定碳量≥95%，硫≤0.08%；该喂丝球化处理中使用的球化合金 采用无稀土Mg线，Mg线使用量为17至21米；该孕育处理包括一次孕育 处理和二次孕育处理，一次孕育处理中加入中钡孕育剂，该中钡孕育 剂加入量为球化物料重量的0.1至0.3%，二次孕育处理中采用中钡孕育 剂,加入量为一次孕育处理物料重量的0.3至0.5%；该中钡孕育剂是长 效孕育剂Inoculin390，该长效孕育剂Inoculin390为市售产品，其规 格为Si=60至67%，Ba=7至11%，Ca=0.4至2.0%，Al=0.5至1.7%，余量为 Fe；该退火工艺条件为930至950℃温度下保温4小时，降温至250至30 0℃出炉空冷。

实施例1

本发明高硅钼铬球铁材质的制备包括以下步骤：

1、原料配比（重量百分比）为：生铁=14%，返材=70%，废钢=14.5%， 碳化硅=0.3%，低硫增碳剂=0.1%、硅铁=0.4%、钼铁=0.3%、铬铁=0.4 %。 

2、熔炼设备采用感应电炉，将上述重量百分比的碳化硅、生铁、返材 、废钢按顺序投入感应电炉底部，同时将上述重量百分比的低硫增碳 剂、硅铁、 钼铁、铬铁放入储料斗中待用，将感应电炉升温，使投入的物料开始 熔化，待感应电炉内物料完全熔化后添加硅铁、钼铁、铬铁，进行精 炼及成分调整。

3、取适量精炼物料液体浇注制成试样并进行光谱分析。

4、当熔炼物料符合要求后，继续将熔炼设备温度升至1480至1520℃区 间后加入低硫增碳剂，准备进行球化处理；

5、将熔炼设备升温至1480至1520℃的物料倒入球化包进行喂丝球化处 理，球化合金采用无稀土Mg线，Mg线使用量为18米；

6、将感应电炉内物料液体倒入球化包进行喂丝球化处理的同时加入中 钡孕育剂，进行一次孕育处理，该中钡孕育剂采用市售的长效孕育剂 Inoculin390，其规格为Si=60-67%，Ba=7-11%，Ca=0.4-2.0%，Al=0. 5-1.7%，余量为Fe；该中钡孕育剂用量为感应电炉内物料重量的0.3% ；

7、将球化后物料液体倒入浇注包进行二次孕育处理，孕育剂采用中钡 孕育剂，该中钡孕育剂采用市售的长效孕育剂Inoculin390，其规格为 Si=60-67%，Ba=7-11%，Ca=0.4-2.0%，Al=0.5-1.7%，余量为Fe；加入 量为浇包内物料重量的0.5%，除去氧化渣并进行静置降温；

8、待物料液体温度降至1400℃时进行浇注，将该物料液体浇入铸型中 ，待冷却50分钟以上后进行落砂清理；

9、将落砂清理好的铸件进行热处理，退火工艺采用930至950℃温度下 保温4小时，降温至250至300℃出炉空冷，得到成品。

本实施例物料液体浇注制成试样进行光谱分析结果是：C=2.970%，Si =4.480%，Mn=0.210%，P=0.020%，S=0.010%，Mg=0.047%, Ni=0.240 %，Cr=0.730%, Mo=0.570%,Al=0.023%,Cu=0.020%,Ti=0.025%,Fe=90 .655%；材质的球化率达到90%以上，显微组织由铁素体及少量的碳化 物和珠光体组成。

采用本实施例生产的高硅钼铬球铁材质制备的涡轮壳体，其机械性能 参数如表1所示：

表1：

实施例2

本发明高硅钼铬球铁材质的制备包括以下步骤：

1、原料配比（重量百分比）为：生铁=16%，返材=65%，废钢=17%，碳 化硅=0.5%，低硫增碳剂=0.2%、硅铁=0.5%、钼铁=0.35%，铬铁=0.45 %；

2、熔炼设备采用感应电炉，将上述重量百分比的碳化硅、生铁、返材 、废钢按顺序投入感应电炉底部，同时将上述重量百分比的低硫增碳 剂、硅铁、钼铁、铬铁放入储料斗中待用，将感应电炉升温，使投入 的物料开始熔化，待感应电炉内物料完全熔化后添加硅铁、钼铁、铬 铁，进行精炼及成分调整；

3、取适量精炼物料液体浇注制成试样并进行光谱分析；

4、当熔炼物料符合要求后，继续将熔炼设备温度升至1480-1520℃区 间后加入低硫增碳剂，准备进行球化处理；

5、将熔炼设备升温至1480至1520℃的物料倒入球化包进行喂丝球化处 理，球化合金采用无稀土Mg线，Mg线使用量为20米；

6、将感应电炉内物料液体倒入球化包进行喂丝球化处理的同时加入中 钡孕育剂，进行一次孕育处理，该中钡孕育剂采用市售的长效孕育剂 Inoculin390，其规格为Si=60-67%，Ba=7-11%，Ca=0.4-2.0%，Al=0. 5-1.7%，余量为Fe；该中钡孕育剂用量为感应电炉内物料重量的0.1% ；

7、将球化后物料液体倒入浇注包进行二次孕育处理，孕育剂采用中钡 孕育剂，该中钡孕育剂采用市售的长效孕育剂Inoculin390，其规格为 Si=60-67%，Ba=7-11%，Ca=0.4-2.0%，Al=0.5-1.7%，余量为Fe；加入 量为浇 包内物料重量的0.3%，除去氧化渣并进行静置降温。

8、待物料液体温度降至1400℃时进行浇注，将该物料液体浇入铸型中 ，待冷却50分钟以上后进行落砂清理。

9、将落砂清理好的铸件进行热处理，退火工艺采用930至950℃温度下 保温4小时，降温至250-300℃出炉空冷，得到成品。

本实施例物料液体浇注制成试样进行光谱分析结果是：C=3.000%，Si =4.490%，Mn=0.190%，P=0.020%，S=0.009%，Mg=0.045%, Ni=0.220 %，Cr=0.720%, Mo=0.570%,Al=0.024%,Cu=0.020%,Ti=0.022%,Fe=90 .670%；材质的球化率达到90%以上，显微组织由铁素体及少量的碳化 物和珠光体组成。

采用本实施例生产的高硅钼铬球铁材质制备的涡轮壳体，其机械性能 参数如表2所示：

表2

本发明高硅钼铬球铁材质消除了球化不良、缩孔、缩松等缺陷，克服 了材质白口倾向大的问题，因此具有良好的铸造性能和机加工性能， 且成本较低，采用这种材质制造的汽车涡轮壳体具有良好的常温和高 温机械性能，耐高温、耐腐蚀及抗氧化性能优良，可以满足最高850℃ 高温的工作环境需要。本发明高硅钼铬球铁材质的制备方法工艺条件 设计合理，容易控制，有益于铸件生产。

本发明实施例中未进行说明的内容为现有技术，故，不再进行赘述。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式 上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单 修改、等 同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。