CN104148609B

CN104148609B - 一种压铸机压射冲头的制造方法

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Publication number: CN104148609B
Application number: CN201410405176.5A
Authority: CN
Inventors: 刘金海; 江晗; 赵雪勃; 董天顺; 李国禄; 张建军
Original assignee: Hebei University of Technology
Current assignee: Hebei University of Technology
Priority date: 2014-08-16
Filing date: 2014-08-16
Publication date: 2016-04-20
Anticipated expiration: 2034-08-16
Also published as: CN104148609A

Abstract

本发明一种压铸机压射冲头的制造方法，涉及压力铸造用的零件，是一种含碳化物等温淬火球墨铸铁的耐磨压铸机压射冲头的制造方法，称取所需量的原料：生铁、废钢、硅铁、锰铁、铬铁、钼铁和钒铁，经熔炼、用稀土镁硅铁球化剂的球化处理和用硅钡合金孕育剂的孕育处理、浇注成型及淬火热处理制得组成元素的质量百分比为3.5～3.8%C、2.6～2.8%Si、0.8～1.2%Mn、0.7～1.2%Cr、0.2～0.4%Mo、0.1～0.3%V、0.03～0.06%P、0.01～0.02%S、0.03～0.05%Mg、0.01～0.02%Ce和其余为Fe的压铸机压射冲头成品，其整体性能好，使用寿命和性价比高。

Description

一种压铸机压射冲头的制造方法

技术领域

本发明的技术方案涉及压力铸造用的零件，具体地说是一种压铸机压射冲头的制造方法。

背景技术

压力铸造是近代金属加工工艺中发展较快的一种先进的铸造方法，它具有生产效率高、工序简单、铸件公差等级高、表面粗糙度低和力学性能好等优点，在汽车、家电和通讯等行业得到了广泛应用。压铸机压射冲头是压铸生产中传递压力的极其重要的关键部件,其质量和使用寿命将直接影响压铸机的生产效率和生产成本。压铸生产时，压铸机压射冲头以约7～10m/s的速度和约2×10³MPa高压将浇入压室中的液态金属推送进入模具型腔，冲头直接与高温金属液接触，工作温度约为600℃且冷热交替。工作过程中，压铸机压射冲头受高温高压作用，与压室高速摩擦，工作环境极其严酷，易造成磨损失效及咬合卡死等问题，致使增加了铸造成本，降低了生产效率。

目前，国外压铸机压射冲头一般采用铍青铜，在压铸机合力模为400T的条件下其寿命大致在1～2万模次，但铍青铜价格昂贵，有毒，国内很少使用。我国常使用的冲头材料为灰铸铁、涂层钢或球墨铸铁。灰铸铁具有强度低、质脆的特点，作为冲头材质的主要缺点是寿命较短、不耐用，在压铸机合力模为125T的条件下通常能用200～500型，甚至只能用几十型。涂层钢冲头即在45号钢基体表面热喷涂约0.3mm厚的高硬金属层，涂层钢冲头基体硬度只有175HB，而表面硬度可达50HRC，这就使得其具有较高的耐磨性和退让性，减少了对压室的磨损，提高了冲头的使用寿命，在压铸机合力模为125T的条件下使用寿命约为4000模次。但是，涂层钢冲头制造工序复杂，价格较高，性价比较低，另外由于涂层与基体45号钢有不同热膨胀率，在长时间受到高温高压且冷热循环以及高速摩擦的作用下会导致涂层脱落，由于其涂层的硬度高，脱落的涂层形成摩屑会对压射室造成严重损伤。球墨铸铁具有较好的强度和塑性，硬度不高，与熔缸能较好的配副，但是现有的球墨铸铁冲头在压铸机合力模为125T的条件下使用寿命一般为1000～1500模次，使用寿命较短，不能满足实际生产要求。现有技术中，CN102218521A公开了一种耐久性长的压铸机冲头，是一种铜基合金冲头，在铜基合金中添加了许多贵重的合金元素，并且必须以纯金属的方式加入，同时由于合金元素之间的熔点差别大，熔制工艺复杂，冶炼比较困难，所以生产成本高。

综上所述，现有压铸机压射冲头的制造方法制造的压铸机压射冲头使用寿命低，或/和制造工序复杂，或/和价格较高，致使压铸机压射冲头产品的性价比较低，严重影响到压铸行业的生产效率和生产成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种压铸机压射冲头的制造方法，是一种含碳化物等温淬火球墨铸铁的耐磨压铸机压射冲头的制造方法，克服了现有压铸机压射冲头的制造方法制造的压铸机压射冲头使用寿命低，或/和制造工序复杂，或/和价格较高，致使压铸机压射冲头产品的性价比较低，严重影响到压铸机的生产效率和生产成本的缺陷。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：一种压铸机压射冲头的制造方法，是一种含碳化物等温淬火球墨铸铁的耐磨压铸机压射冲头的制造方法，步骤如下：

第一步，原料配置：

按原料元素的质量百分比：3.5～3.8％C、2.6～2.8％Si、0.8～1.2％Mn、0.7～1.2％Cr、0.2～0.4％Mo、0.1～0.3％V、0.03～0.06％P、0.01～0.02％S和其余为Fe，称取所需量的原料：生铁、废钢、硅铁、锰铁、铬铁、钼铁和钒铁；

第二步，原料的熔炼：

将第一步配置好的原料置于中频感应电炉内进行熔炼，至全部原料熔化，并使铁液升温到1500～1550℃；

第三步，球化处理和孕育处理：

称量占第二步的铁液重量百分比1.2～1.6％的稀土镁硅铁球化剂和占第二步的铁液重量百分比0.4～0.8％的硅钡合金孕育剂,将它们一起加入到球化和孕育处理包内，表面覆盖占第二步的铁液重量百分比0.8～1.2％的铁片，再将第二步熔炼好的温度为1500～1550℃铁液冲入到该球化和孕育处理包中，待铁液反应完毕得到合金液后扒渣准备浇注；

第四步，浇注成型：

将经第三步球化处理和孕育处理得到的合金液浇铸到潮模砂型或金属型中，当金属液凝固后，获得包含组成元素的质量百分比为3.5～3.8％C、2.6～2.8％Si、0.8～1.2％Mn、0.7～1.2％Cr、0.2～0.4％Mo、0.1～0.3％V、0.03～0.06％P、0.01～0.02％S、0.03～0.05％Mg、0.01～0.02％Ce和其余为Fe的成型压铸机压射冲头；

第五步，淬火热处理，制得压铸机压射冲头成品：

对第四步得到的成型压铸机压射冲头通过在230～300℃进行等温淬火热处理工艺，最终制得含碳化物等温淬火球墨铸铁的耐磨压铸机压射冲头成品。

上述一种压铸机压射冲头的制造方法，所述稀土镁硅铁球化剂的组成为5～7％Mg、1～3％Ce、40～45％Si、1～3％Ca和其余为Fe；所述硅钡合金孕育剂的组成为70～73％Si、1～3％Ba、<0.5％Al和其余为Fe，两者均为公知试剂。

上述一种压铸机压射冲头的制造方法，所涉及的百分比除已经注明的之外，均为质量百分比。

上述一种压铸机压射冲头的制造方法，其中所涉及的原料和试剂均由商购获得，所涉及的设备和工艺操作均是本技术领域的技术人员所公知的。

本发明的有益效果是：与现有压铸机压射冲头相比，本发明的突出的实质性特点如下：

(1)本发明方法最终制得含碳化物等温淬火球墨铸铁的耐磨压铸机压射冲头成品的金相组织中含有5～20％的块状碳化物，有利于提高压铸机压射冲头在高温下组织和性能的稳定性，有利于提高压铸机压射冲头的硬度和耐磨性。

(2)本发明方法最终制得含碳化物等温淬火球墨铸铁的耐磨压铸机压射冲头成品的基体组织中含有20～35％的富碳奥氏体，其含碳量高达1.5～2.0％，提高富碳奥氏体的稳定性和固溶强化能力，提高材料的强度和韧性。

(3)本发明方法最终制得含碳化物等温淬火球墨铸铁的耐磨压铸机压射冲头的硬度不需要太高，一般不高于HRC45，但是在使用过程中压铸机压射冲头表面的残余奥氏体会受力转变成马氏体，提高了表面硬度。这个优良特性使得本发明的压铸机压射冲头表面硬度较高、较耐磨、而心部硬度较低且韧性较好，从而提高了材料的耐磨性和退让性，提高了压铸机压射冲头的使用寿命和压铸生产效率。

与现有压铸机压射冲头相比，本发明的显著进步如下：

(1)其耐磨性比一般球墨铸铁压铸机压射冲头的耐磨性显著提高3倍多，比涂层钢压铸机压射冲头更加耐磨。

(2)与涂层钢压铸机压射冲头相比，本发明的压铸机压射冲头整体性能好，不存在涂层剥落的问题，对压室的磨损较小，而且本发明的压铸机压射冲头耐磨性更好，使用寿命更高，性价比较低。在压铸机合力模为280T的条件下，本发明的压铸机压射冲头使用寿命约为5000模次。

(3)与CN102218521A公开的压铸机冲头相比，本发明方法制得的含碳化物等温淬火球墨铸铁的耐磨压铸机压射冲头属于铁基合金，添加少量合金元素，并且以铁合金的方式加入，所以原材料来源广，价格低，同时利用中频炉熔炼，熔制工艺简单，生产成本低，性价比高。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明方法制得的含碳化物等温淬火球墨铸铁的耐磨压铸机压射冲头的金相组织图。

具体实施方式

实施例1

第一步，原料配置：

按原料元素的重量百分比：3.8％C、2.6％Si、0.8％Mn、1.2％Cr、0.2％Mo、0.1％V、0.06％P、0.02％S和其余为Fe，称取所需量的原料：生铁、废钢、硅铁、锰铁、铬铁、钼铁和钒铁；

第二步，原料的熔炼：

将第一步配置好的原料置于中频感应电炉内进行熔炼，至全部原料熔化，并使铁液升温到1500℃；

第三步，球化处理和孕育处理：

称量占第二步的铁液重量百分比1.2％的稀土镁硅铁球化剂和占第二步的铁液重量百分比0.8％的硅钡合金孕育剂,将它们一起加入到球化和孕育处理包内，表面覆盖占第二步的铁液重量百分比0.8％的铁片，再将第二步熔炼好的温度为1500℃铁液冲入到该球化和孕育处理包中，待铁液反应完毕得到合金液后扒渣准备浇注；

第四步，浇注成型：

将经第三步球化处理和孕育处理得到的合金液浇铸到潮模砂型中，当金属液凝固后，获得获得包含组成元素的质量百分比为3.8％C、2.6％Si、0.8％Mn、1.2％Cr、0.2％Mo、0.1％V、0.06％P、0.02％S、0.03％Mg、0.02％Ce和其余为Fe的成型压铸机压射冲头；

第五步，淬火热处理，制得压铸机压射冲头成品：

对第四步得到的成型压铸机压射冲头通过在280℃进行等温淬火热处理工艺，最终制得含碳化物等温淬火球墨铸铁的耐磨压铸机压射冲头成品。

实施例2

第一步，原料配置：

按原料元素的重量百分比：3.6％C、2.7％Si、1.0％Mn、1.0％Cr、0.3％Mo、0.3％V、0.05％P、0.015％S和其余为Fe，称取所需量的原料：生铁、废钢、硅铁、锰铁、铬铁、钼铁和钒铁；

第二步，原料的熔炼：

将第一步配置好的原料置于中频感应电炉内进行熔炼，至全部原料熔化，并使铁液升温到1530℃；

第三步，球化处理和孕育处理：

称量占第二步的铁液重量百分比1.3％的稀土镁硅铁球化剂和占第二步的铁液重量百分比0.6％的硅钡合金孕育剂,将它们一起加入到球化和孕育处理包内，表面覆盖占第二步的铁液重量百分比1.0％的铁片，再将第二步熔炼好的温度为1530℃铁液冲入到该球化和孕育处理包中，待铁液反应完毕得到合金液后扒渣准备浇注；

第四步，浇注成型：

将经第三步球化处理和孕育处理得到的合金液浇铸到潮模砂型中，当金属液凝固后，获得包含组成元素的质量百分比为3.6％C、2.7％Si、1.0％Mn、1.0％Cr、0.3％Mo、0.3％V、0.05％P、0.015％S、0.04％Mg、0.015％Ce和其余为Fe的成型压铸机压射冲头；

第五步，淬火热处理，制得压铸机压射冲头成品：

对第四步得到的成型压铸机压射冲头通过在230℃进行等温淬火热处理工艺，最终制得含碳化物等温淬火球墨铸铁的耐磨压铸机压射冲头成品。

实施例3

第一步，原料配置：

按原料元素的重量百分比：3.5％C、2.8％Si、1.2％Mn、0.7％Cr、0.4％Mo、0.2％V、0.03％P、0.01％S和其余为Fe,称取所需量的原料：生铁、废钢、硅铁、锰铁、铬铁、钼铁和钒铁；

第二步，原料的熔炼：

将第一步配置好的原料置于中频感应电炉内进行熔炼，至全部原料熔化，并使铁液升温到1550℃；

第三步，球化处理和孕育处理：

称量占第二步的铁液重量百分比1.6％的稀土镁硅铁球化剂和占第二步的铁液重量百分比0.4％的硅钡合金孕育剂,将它们一起加入到球化和孕育处理包内，表面覆盖占第二步的铁液重量百分比1.2％的铁片，再将第二步熔炼好的温度为1550℃铁液冲入到该球化和孕育处理包中，待铁液反应完毕得到合金液后扒渣准备浇注；

第四步，浇注成型：

将经第三步球化处理和孕育处理得到的合金液浇铸到金属型中，当金属液凝固后，获得包含组成元素的质量百分比为3.5％C、2.8％Si、1.2％Mn、0.7％Cr、0.4％Mo、0.2％V、0.03％P、0.01％S、0.05％Mg、0.01％Ce和其余为Fe的成型压铸机压射冲头；

第五步，淬火热处理，制得压铸机压射冲头成品：

对第四步得到的成型压铸机压射冲头通过在300℃进行等温淬火热处理工艺，最终制得含碳化物等温淬火球墨铸铁的耐磨压铸机压射冲头成品。

上述所有实施例中所述稀土镁硅铁球化剂的组成为5～7％Mg、1～3％Ce、40～45％Si、1～3％Ca和其余为Fe；所述硅钡合金孕育剂的组成为70～73％Si、1～3％Ba、<0.5％Al和其余为Fe，两者均为公知试剂。

上述实施例中所涉及的百分比除已经注明的之外，均为质量百分比。

上述实施例中所涉及的原料和试剂均由商购获得，所涉及的设备和工艺操作均是本技术领域的技术人员所公知的。

图1表明，上述实施例制得的压铸机压射冲头是一种含碳化物等温淬火球墨铸铁的耐磨压铸机压射冲头，该图中显示出该压铸机压射冲头的组织由奥铁体、块状碳化物和石墨球组成。

Claims

1.一种压铸机压射冲头的制造方法，其特征在于：是一种含碳化物等温淬火球墨铸铁的耐磨压铸机压射冲头的制造方法，步骤如下：

第一步，原料配置：

第二步，原料的熔炼：

第三步，球化处理和孕育处理：

第四步，浇注成型：

第五步，淬火热处理，制得压铸机压射冲头成品：

对第四步得到的成型压铸机压射冲头通过在230～300℃进行等温淬火热处理工艺，最终制得含碳化物等温淬火球墨铸铁的耐磨压铸机压射冲头成品；

上述稀土镁硅铁球化剂的组成为5～7％Mg、1～3％Ce、40～45％Si、1～3％Ca和其余为Fe；所述硅钡合金孕育剂的组成为70～73％Si、1～3％Ba、<0.5％Al和其余为Fe；其中所涉及的百分比均为质量百分比。