阅读说明：本技术 一种硅钼涡轮增压器壳体及其制备方法 (Silicon-molybdenum turbocharger shell and preparation method thereof ) 是由 田政 田龙 田中青 王青松 于 2020-07-21 设计创作，主要内容包括：本发明涉及铸造冶金领域,具体涉及一种硅钼涡轮增压器壳体,包括以重量百分比计的以下成分：C 2.9～3.2％,Si 3.9～4.4％,Mn＜0.30％,S 0.012～0.020％,P＜0.05％,Mo 0.5～0.7％,Cr＜0.50％,Cu＜0.50％,Ni＜0.60％,Ti≤0.20％,余量为铁,还涉及其制备方法,包括配料熔化、分析控制、炉前一次蠕化孕育处理、炉前金相检验、光谱分析、扒渣、浇注,基体组织为以铁素体为主相变应力小,壳体各处蠕化率差别小、稳定,断面敏感性小,具备优良疲劳性能,制备时一次孕育即可浇注方法简单,炉前只加入一种低稀土含量的低硅球化合金代替常规蠕化剂,节约稀土资源。(The invention relates to the field of casting metallurgy, in particular to a silicon-molybdenum turbocharger shell, which comprises the following components in percentage by weight: 2.9-3.2% of C, 3.9-4.4% of Si, less than 0.30% of Mn, 0.012-0.020% of S, less than 0.05% of P, 0.5-0.7% of Mo, less than 0.50% of Cr, less than 0.50% of Cu, less than 0.60% of Ni, less than or equal to 0.20% of Ti and the balance of Fe.)

一种硅钼涡轮增压器壳体及其制备方法

技术领域

本发明涉及铸造冶金领域，具体涉及一种硅钼涡轮增压器壳体及其制备方法。

背景技术

蠕墨铸铁兼备了灰铸铁优良的铸造导热减震性能、球墨铸铁的耐磨、高强度和高塑性的优点，被广泛应用到汽车排气管、发动机的涡轮增压器壳体、缸盖、缸套等汽车零部件的生产上，随着近年来人们对环境保护的重视，对汽车排量的要求也越来越严格，而这也就对汽车发动机功率的要求越来越高，汽车发动机功率的增大则导致其工作温度越来越高、发动机的热疲劳负荷和机械负荷也大幅增加。

按照国家标准，蠕墨铸铁的蠕化率要大于50％，由于蠕墨铸铁是介于球墨和灰铸铁之间的一种铸铁，若蠕化率较低则其性能接近于球铁，蠕化率过高超过90％后就接近于灰铸铁，所以将蠕化率控制在55～85％之间时，蠕墨铸铁的性能较好。

目前常规的生产蠕墨铸铁的方法是采用由高稀土低镁合金制作的蠕化剂进行蠕化处理，但是由于蠕墨铸铁特殊的使用性能，决定了在铸态下其特殊的凝固特性，受蠕墨铸铁蠕虫状石墨特征、碳以及合金元素的偏析分布、冷却速度，以及铸件固有结构、铸件壁厚悬殊和热节变化等因素的影响，在热疲劳过程中冷热交替，会造成铸件不断收缩膨胀，蠕化率高且稳定的铸件散热就好，否则散热不一致容易导致应力集中而使铸件开裂提前失效，造成铸件的使用寿命大大降低，常规的生产方法很难得到蠕化率高且稳定的蠕墨铸铁，要么蠕化率低≤50％，要么虽然铸件的薄壁处蠕化率合格，但厚壁处已经成灰铁石墨，不能使用，且现有的生产蠕墨铸铁需要进行两步法，进行两次孕育，生产效率低。

同时对蠕墨铸铁铸件的失效分析可知，铸件开裂的主要原因是由于其厚壁与薄壁处的蠕化率差别较大，壁厚敏感性高，厚壁处的蠕化率高而薄壁处的蠕化率低，由于蠕化率高低差异造成铸件散热不均，进而导致热膨胀时的膨胀系数差异大，造成铸件热应力不均而断裂失效，目前迫切需要解决断面的敏感性问题。

发明内容

本发明提供了一种硅钼涡轮增压器壳体及其制备方法，旨在提供一种耐热性能高、蠕化率稳定、断面蠕化率差别小、热敏感性小的涡轮增压器壳体，解决现有的蠕墨铸铁铸件蠕化率不稳定、铸件断面热敏感性高而易断裂的问题，并提供一种简单易操作的制备方法。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

本发明的第一个目的是提供一种硅钼涡轮增压器壳体，包括以重量百分比计的以下成分：C 2.9～3.2％，Si 3.9～4.4％，Mn＜0.30％，S 0.012～0.020％，P＜0.05％，Mo0.5～0.7％，Cr＜0.50％，Cu＜0.50％，Ni＜0.60％，Ti≤0.20％，余量为铁。

优选地，包括以重量百分比计的以下成分：C 3.0～3.2％，Si 3.9～4.1％，Mn＜0.2％，S 0.012～0.020％，P＜0.029％，Mo 0.5～0.7％，Cr＜0.45％，Cu＜0.40％，Ni＜0.60％，Ti≤0.12％，余量为铁。

本发明的另一个目的是提供一种硅钼涡轮增压器壳体的制备方法，包括如下步骤：

(1)配料熔化：依次将重量百分比为30～50％的生铁、50～70％的压块低锰废钢加入到中频电炉中进行熔化，再加入重量百分比为0.5～0.7％的钼铁和适量硅铁，得到铁水；

(2)分析控制：控制步骤(1)中的所述铁水温度为1540～1560℃，断电，1540～1560℃下静置3～5分钟，取炉内铁水样品进行光谱分析，调整化学成分得到要求的原铁水化学成分，并检测原铁水的含硫量；

(3)炉前一次蠕化、孕育处理：控制原铁水的出炉温度为1460～1500℃，在浇注处理包的凹坑包底依次加入低硅球化合金、孕育剂，并将所述孕育剂全覆盖在所述低硅球化合金上，将出炉铁水倒入所述浇注处理包内，出炉铁水与所述低硅球化合金、孕育剂反应，得到蠕化铁水；

(4)炉前快速金相检验、光谱分析：取所述蠕化铁水试样进行金相检验和化学成分分析，确定蠕化效果；

(5)扒渣：向所述蠕化铁水中撒入除渣剂进行扒渣；

(6)浇注：控制浇注温度为1370～1420℃、浇注时间≤14min。

优选地，所述原铁水的质量为600～800kg。

优选地，当所述原铁水中的含硫量为0.012～0.015％时，加入所述低硅球化合金的量为所述原铁水量的0.65％，当所述原铁水中含硫量为0.016～0.02％时，加入所述低硅球化合金的量为所述原铁水量的0.7％。

优选地，所述孕育剂的加入量为所述原铁水量的0.6％。

优选地，所述低硅球化合金包括以重量百分比计的以下成分：镁6.7～7.7％，稀土2.2～3.2％，钙1.7～2.7％，硅6～7％，余量为铁。

优选地，所述低硅球化合金的粒度为14～16mm。

优选地，所述稀土包括以重量百分比计的以下成分：铈1.54～2.24％、镧0.66～0.96％。

优选地，所述孕育剂为硅锶孕育剂，包括以重量百分比计的以下成分：硅70～75％，锶1.3～2.0％，钙≤0.1％，铝≤0.3％，余量为铁，所述孕育剂的粒度为3～10mm。

本发明提供了一种硅钼涡轮增压器壳体及其制备方法，相比于现有技术，具备以下有益效果：

(1)本发明得到的硅钼涡轮增压器壳体性能优良，蠕化率为65-85％，且稳定，Rm≥550mpa，A≥2.0％，Rp0.2≥400mpa，HB为200-260HBW。

(2)硅钼涡轮增压器壳体结构各处的蠕化率差别小、断面敏感性小，且由于基体组织为以铁素体为主，含量≥90％，相变应力和铸造应力较小，使工件在服役条件下表现出优良的疲劳性能，大大提高了工件的使用寿命，适合复杂工况环境下使用，也可用于制造结构复杂的工件，

(3)硅钼涡轮增压器壳体的制备方法中，只通过一次孕育即可浇注，方法简单易于操作，且炉前只加入一种低硅球化合金，就能实现硅钼涡轮增压器壳体的上述优良性能，解决了目前的蠕墨铸铁铸件需要进行两次孕育而导致的生产效率低的问题，以及一次孕育蠕化率不稳定、断面处敏感性高的问题。

(4)制备过程中采用低硅球化合金代替常规的蠕化剂，而常规的蠕化剂中的稀土含量高达12％，本发明中的低硅球化合金中的稀土含量仅为2.2～3.2％，大大降低了稀土的使用量，降低生产成本，且节约稀土资源。

附图说明

图1为硅钼涡轮增压器壳体截面图。

图2为硅钼涡轮增压器壳体截面舌部处的金相图。

图3为硅钼涡轮增压器壳体截面厚壁处的金相图。

图4为硅钼涡轮增压器壳体截面薄壁处的金相图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

一、硅钼涡轮增压器壳体

实施例一：一种硅钼涡轮增压器壳体，包括以重量百分比计的以下化学成分：C2.9％，Si 3.9％，Mn 0.15％，S 0.012％，P 0.025％，Mo 0.5％，Cr 0.1％，Cu 0.1％，Ni0.3％，Ti 0.10％，余量为铁。

实施例二：一种硅钼涡轮增压器壳体，包括以重量百分比计的以下化学成分：C3.2％，Si 4.3％，Mn 0.2％，S 0.020％，P 0.04％，Mo 0.7％，Cr 0.09％，Cu 0.12％，Ni0.50％，Ti 0.08％，余量为铁。

实施例三：一种硅钼涡轮增压器壳体，包括以重量百分比计的以下化学成分：C3.0％，Si 4.5％，Mn 0.2％，S 0.015％，P 0.029％，Mo 0.62％，Cr 0.05％，Cu 0.03％，Ni0.60％，Ti 0.1％，余量为铁。

实施例四：一种硅钼涡轮增压器壳体，包括以重量百分比计的以下化学成分：C3.1％，Si 4.6％，Mn 0.12％，S 0.016％，P 0.015％，Mo 0.55％，Cr 0.04％，Cu 0.06％，Ni0.60％，Ti 0.05％，余量为铁。

实施例五：一种硅钼涡轮增压器壳体，包括以重量百分比计的以下化学成分：C3.1％，Si 4.7％，Mn 0.25％，S 0.018％，P 0.02％，Mo 0.6％，Cr 0.15％，Cu 0.1％，Ni0.60％，Ti 0.12％，余量为铁。

实施例六：一种硅钼涡轮增压器壳体，包括以重量百分比计的以下化学成分：C3.0％，Si 4.3％，Mn 0.2％，S 0.015％，P 0.029％，Mo 0.6％，Cr 0.1％，Cu 0.10％，Ni0.40％，Ti 0.1％，余量为铁。

实施例七：一种硅钼涡轮增压器壳体，包括以重量百分比计的以下化学成分：C3.1％，Si 4.0％，Mn 0.12％，S 0.016％，P 0.015％，Mo 0.55％，Cr 0.04％，Cu 0.06％，Ni0.50％，Ti 0.05％，余量为铁。

实施例八：一种硅钼涡轮增压器壳体，包括以重量百分比计的以下化学成分：C3.1％，Si 4.0％，Mn 0.25％，S 0.018％，P 0.02％，Mo 0.6％，Cr 0.15％，Cu 0.03％，Ni0.20％，Ti 0.12％，余量为铁。

二、一种硅钼涡轮增压器壳体的制备方法

硅钼涡轮增压器壳体的制备方法，包括如下步骤：

(1)配料熔化：依次将重量百分比为30～50％的生铁、50～70％的压块低锰废钢，和适量硅铁加入到中频电炉中进行熔化，再加入重量百分比为0.5～0.7％的钼铁，得到铁水；

(2)分析控制：控制步骤(1)中的所述铁水温度为1540～1560℃，断电，1540～1560℃下静置3～5分钟，取炉内铁水样品进行光谱分析，调整化学成分得到要求的原铁水化学成分，原铁水各化学成分按照重量百分比计为：C 3.0～3.2％、Si:3.95～4.05％、Mn≤0.30％、S 0.012～0.0.18％、P≤0.05％、Mo 0.5～0.7％、Cr:≤0.5％、Cu:≤0.5％、Ni:≤0.6％，余量为铁，并检测原铁水的含硫量；

(3)炉前蠕化、孕育处理：控制原铁水的出炉温度为1460～1500℃，在浇注处理包的凹坑包底依次加入低硅球化合金、孕育剂，并将所述孕育剂全覆盖在所述低硅球化合金上，将出炉铁水倒入所述浇注处理包内，出炉铁水与所述低硅球化合金、孕育剂反应，得到蠕化铁水；

(4)炉前快速金相和光谱分析检验：取所述蠕化铁水试样进行金相检验，确定蠕化效果，并采用德国斯派克光谱分析仪确认蠕化铁水的化学成分，尤其是确认镁元素残留量；

(5)扒渣：向所述蠕化铁水中撒入除渣剂进行扒渣；

(6)浇注：控制浇注温度为1370～1420℃、浇注时间≤14min，所述浇注时间为原铁水倒入浇注处理包蠕化反应完毕至浇注完毕的时间间隔。

原铁水的质量控制在600～800kg，且当所述原铁水中的含硫量为0.012～0.015％时，加入所述低硅球化合金的量为所述原铁水量的0.65％，当所述原铁水中含硫量为0.016～0.02％时，加入所述低硅球化合金的量为所述原铁水量的0.7％。

所述孕育剂的加入量为所述原铁水量的0.6％。

所述低硅球化合金包括以重量百分比计的以下成分：镁6.7～7.7％，稀土2.2～3.2％，钙1.7～2.7％，硅6～7％，所述低硅球化合金的粒度为14～16mm，所述稀土包括以重量百分比计的以下成分：铈1.54～2.24％、镧0.66～0.96％。

孕育剂为硅锶孕育剂，包括以重量百分比计的以下成分：硅70～75％，锶1.3～2.0％，钙≤0.1％，铝≤0.3％，所述孕育剂的粒度为3～10mm。

实施例九：硅钼涡轮增压器壳体的制备方法，包括如下步骤：

(1)配料熔化：依次将重量百分比为30％的生铁、50％的压块低锰废钢加入到中频电炉中进行熔化，待完全熔化后，加入重量百分比为0.5％的钼铁和适量硅铁，得到铁水；

(2)分析控制：调节中频电炉的工作温度，使铁水的温度达到1540℃后断电，使中频电炉停止工作并静置3分钟，取炉内的铁水作为样品，用德国斯派克光谱分析仪进行光谱分析，检测铁水的化学成分，调整铁水的化学成分，得到要求的原铁水化学成分，各成分按重量百分比计为：C 3.0％、Si:3.95％、Mn 0.30％、S 0.012％、P 0.05％、Mo 0.5％、Cr0.5％、Cu 0.09％、Ni 0.6％，余量为铁，同时检测原铁水的含硫量，根据原铁水的硫元素的重量百分比，确定低硅球化合金的加入量，原铁水的量为600kg；

(3)炉前蠕化、孕育处理：控制原铁水的出炉温度为1460℃，在浇注处理包的凹坑包底依次加入低硅球化合金、孕育剂，并将所述孕育剂全覆盖在所述低硅球化合金上，将出炉铁水倒入所述浇注处理包内，出炉铁水与所述低硅球化合金、孕育剂反应，得到蠕化铁水，低硅球化合金的加入量为原铁水量的0.65％，孕育剂的加入量为原铁水量的0.6％；

(4)炉前快速金相和光谱分析检验：取步骤(3)中的蠕化铁水试样进行金相检验，确定蠕化效果，并采用德国斯派克光谱分析仪确认蠕化铁水的化学成分，尤其是确认镁元素残留量，通过检测蠕化铁水中的镁元素的含量，间接评判铁水蠕化效果；

(5)扒渣：向所述蠕化铁水中撒入除渣剂进行扒渣，出去浮渣，除渣剂采用珍珠岩；

(6)浇注：控制浇注温度为1370℃、浇注时间为14min，所述浇注时间为原铁水倒入浇注处理包蠕化反应完毕至浇注完毕的时间间隔。

该实施例中，低硅球化合金包括以重量百分比计的以下成分：镁6.7％，稀土2.2％，钙1.7％，硅6％，粒度为14mm，稀土包括以重量百分比计的铈1.54％、镧0.66％，孕育剂为硅锶孕育剂，包括以重量百分比计的硅70％，锶1.3％，钙0.1％，铝0.3％，粒度为3mm。

实施例十：硅钼涡轮增压器壳体的制备方法，包括如下步骤：(1)配料熔化：依次将重量百分比为40％的生铁、60％的压块低锰废钢加入到中频电炉中进行熔化，待完全熔化后，加入重量百分比为0.6％的钼铁和适量的硅铁，得到铁水；

(2)分析控制：调节中频电炉的工作温度，使铁水的温度达到1550℃后断电，使中频电炉停止工作并静置4分钟，取炉内的铁水作为样品，用德国斯派克光谱分析仪进行光谱分析，检测铁水的化学成分，调整铁水的化学成分，得到要求的原铁水化学成分，各成分按重量百分比计为：C 3.1％、Si:4.0％、Mn 0.250％、S 0.016％、P 0.02％、Mo 0.6％、Cr0.2％、Cu 0.05％、Ni 0.5％，余量为铁，同时检测原铁水的含硫量，根据原铁水的硫元素的重量百分比，确定低硅球化合金的加入量，原铁水的量为700kg；

(3)炉前蠕化、孕育处理：控制原铁水的出炉温度为1480℃，在浇注处理包的凹坑包底依次加入低硅球化合金、孕育剂，并将所述孕育剂全覆盖在所述低硅球化合金上，将出炉铁水倒入所述浇注处理包内，出炉铁水与所述低硅球化合金、孕育剂反应，得到蠕化铁水，低硅球化合金的加入量为原铁水量的0.70％，孕育剂的加入量为原铁水量的0.6％；

(4)炉前快速金相和光谱分析检验：取步骤(3)中的蠕化铁水试样进行金相检验，确定蠕化效果，并采用德国斯派克光谱分析仪确认蠕化铁水的化学成分，尤其是确认镁元素残留量；

(5)扒渣：向所述蠕化铁水中撒入除渣剂进行扒渣，出去浮渣，除渣剂采用珍珠岩；

(6)浇注：控制浇注温度为1400℃、浇注时间为12min，所述浇注时间为原铁水倒入浇注处理包蠕化反应完毕至浇注完毕的时间间隔。

该实施例中，低硅球化合金包括以重量百分比计的以下成分：镁7.0％，稀土2.6％，钙2.2％，硅6.5％，粒度为15mm，稀土包括以重量百分比计的铈1.8％、镧0.8％，孕育剂为硅锶孕育剂，包括以重量百分比计的硅72％，锶1.65％，钙0.05％，铝0.2％，粒度为5mm。

实施例十一：硅钼涡轮增压器壳体的制备方法，包括如下步骤：

(1)配料熔化：依次将重量百分比为50％的生铁、70％的压块低锰废钢加入到中频电炉中进行熔化，待完全熔化后，加入重量百分比为0.7％的钼铁和适量硅铁，得到铁水；

(2)分析控制：调节中频电炉的工作温度，使铁水的温度达到1560℃后断电，使中频电炉停止工作并静置5分钟，取炉内的铁水作为样品，用德国斯派克光谱分析仪进行光谱分析，检测铁水的化学成分，调整铁水的化学成分，得到要求的原铁水化学成分，各成分按重量百分比计为：C 3.2％、Si:4.05％、Mn 0.1％、S 0.017％、P 0.03％、Mo 0.7％、Cr0.2％、Cu 0.04％、Ni 0.2％，余量为铁，同时检测原铁水的含硫量，根据原铁水的硫元素的重量百分比，确定低硅球化合金的加入量，原铁水的量为800kg；

(3)炉前蠕化、孕育处理：控制原铁水的出炉温度为1500℃，在浇注处理包的凹坑包底依次加入低硅球化合金、孕育剂，并将所述孕育剂全覆盖在所述低硅球化合金上，将出炉铁水倒入所述浇注处理包内，出炉铁水与所述低硅球化合金、孕育剂反应，得到蠕化铁水，低硅球化合金的加入量为原铁水量的0.70％，孕育剂的加入量为原铁水量的0.6％；

(4)炉前快速金相和光谱分析检验：取步骤(3)中的蠕化铁水试样进行金相检验，确定蠕化效果，并采用德国斯派克光谱分析仪确认蠕化铁水的化学成分，尤其是确认镁元素残留量；

(5)扒渣：向所述蠕化铁水中撒入除渣剂进行扒渣，出去浮渣，除渣剂采用珍珠岩；

(6)浇注：控制浇注温度为1420℃、浇注时间为10min，所述浇注时间为原铁水倒入浇注处理包蠕化反应完毕至浇注完毕的时间间隔。

该实施例中，低硅球化合金包括以重量百分比计的以下成分：镁7.7％，稀土3.2％，钙2.7％，硅7％，粒度为16mm，稀土包括以重量百分比计的铈2.24％、镧0.96％，孕育剂为硅锶孕育剂，包括以重量百分比计的硅75％，锶2.0％，钙0.05％，铝0.1％，粒度为10mm。

经过以上制备过程，得到蠕墨铸铁铸件，也即是硅钼涡轮增压器壳体，对硅钼涡轮增压器壳体进行机械性能测量、铁素体含量、蠕化率测量，测得抗拉强度Rm≥550mpa、伸长率A≥2.0％、屈服强度Rp0.2≥400mpa、布氏硬度HB为200～260HBW、基体组织为铁素体含量≥90％，蠕化率为65～85％且蠕化率稳定。

实施例九～十一的制备步骤(4)中的金相检验得到的蠕化率结果如下表1所示，金相图是通过显微镜放大100倍数得到的：

表1

	蠕化率
		实施例九	80.5％
实施例十	82.6％
		实施例十一	85.8

实施例九～十一的测量结果如下表2：

表2

	抗拉强度Rm	伸长率A	屈服强度Rp0.2	布氏硬度HB	铁素体含量
						实施例九	550mpa	2.0％	400mpa	200HBW	90％
实施例十	572mpa	2.5％	460mpa	230HBW	92％
						实施例十一	600mpa	3.2％	485mpa	240HBW	95％

对硅钼涡轮增压器壳体进行切割，如图1得到截面示意图，可以看到壳体的不同部位舌部、薄壁和厚壁，分别对壳体的舌部、薄壁和厚壁处进行金相检验，以实施例十一为例，得到如图2～4所示的金相图，图2是壳体断面处舌部的金相图，且测量得到蠕化率为86.82％，图3是壳体断面处厚壁处的金相图，且测量得到厚壁处的蠕化率为81.80％，图4是壳体断面处薄壁处的金相图，且测量得到薄壁处的蠕化率为84.62％，采用本发明得到的硅钼涡轮增压器壳体，不同部位的蠕化率差别小，蠕化率稳定，断面敏感性小。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。