CN105331874B - 一种球墨铸铁铸造齿轮 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种球墨铸铁铸造齿轮及其加工工艺，所述齿轮主要包含以下重量百分比的组分：C为3.5‑3.6%；Si为2.3‑2.4%；Mn为0.4‑0.45%；Cr<0.1%；Cu为0.4‑0.45%；Mg为0.03‑0.045%；S≤0.02%；P≤0.05%；余量为Fe。齿轮的加工工艺包括以下步骤：（1）熔炼铁水；（2）球化孕育；（3）浇铸成型；（4）抛丸清理；（5）热处理；（6）粗加工；（7）表面淬火；（8）精加工。本发明的铸造齿轮，采用低锰废钢为原料，能够降低生产成本，球墨铸铁铸造的齿轮具有高强度、高耐磨性和高韧性的综合性能，能够满足变速箱齿轮的要求。

Description

一种球墨铸铁铸造齿轮
技术领域
本发明属于乘用车变速箱齿轮加工领域，具体涉及一种球墨铸铁铸造齿轮及其加工工艺。
背景技术
变速箱齿轮为重要传动部件，要求具有较高强度、良好的韧性和表面耐磨性能。然而，传统的齿轮生产采用齿轮钢（包含低碳钢、低碳合金钢、中碳钢以及中碳合金钢）锻造而成，必须选用成型钢材，成分要求严格，价格相对也较高。而且，锻造生产效率低，一般每小时不超过500件；锻造件在下料、锻造过程中均需消耗较多的能源，增大了生产成本，造成了能源浪费；锻造齿轮毛坯尺寸精度差、加工余量大，而且控制不好的话，易出现带状组织，对产品的性能不利。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种球墨铸铁铸造齿轮及其加工工艺，采用低锰废钢为原料，降低了生产成本，提高了生产效率高；而且，铸造的齿轮具有高强度、高耐磨性和高韧性的综合性能，能够满足变速箱齿轮的要求。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种球墨铸铁铸造齿轮，主要包含以下重量百分比的组分：C为3.5-3.6%；Si为2.3-2.4%；Mn为0.4-0.45%；Cr<0.1%；Cu为0.4-0.45 %；Mg为0.03-0.045%；S≤0.02%；P≤0.05%；余量为Fe。
本发明提供的一种球墨铸铁铸造齿轮的加工工艺，包括以下步骤：
（1）熔炼铁水：将各原料成分按所需配比投入无芯中频感应电炉中，升温熔化铁水；其中，加热温度为1490-1510℃，优选1500℃，保温60min，确保铁水中的熔渣能够顺利浮至表面，从而获得洁净的铁水；
（2）球化孕育：向铁水中加入一定量的球化剂和孕育剂，进行球化处理和孕育处理，得到颗粒细小均匀的球墨铸铁；
（3）浇铸成型：将球化孕育处理后的铁水倒入砂型中，在10分钟内浇铸完成，防止球化衰退，铸件成型后备用；
（4）抛丸清理：将步骤（3）的铸件进行抛丸、研磨清理；
（5）热处理：将步骤（4）清理后的铸件采用电加热连续通过式淬火炉进行调质处理；
（6）粗加工：将步骤（5）调质处理后的铸件进行粗加工；
（7）表面淬火：将步骤（6）的齿轮进行齿面高频淬火处理；
（8）精加工：对步骤（7）高频淬火后的齿轮进行精加工。
进一步的，所述步骤（2）中的球化剂为球化包芯线，每吨铁水加入球化线20m，其中球化剂中Mg含量为28-31%；孕育剂为硅钡孕育剂，加入量为铁水的0.5%。
进一步的，所述步骤（2）的球化处理采用喂丝球化工艺，经过球化处理之后，铁水中Mg的含量在0.035-0.045%之间，金相检测表明球化率在85%以上，每平方毫米石墨球数量为200-300个、珠光体在70-90%之间。
进一步的，所述步骤（6）的调质处理工艺包括淬火和高温回火工艺。首先，将铸造好的铸件先进行淬火处理，淬火加热温度为850-900℃，优选880℃，保温100min，再浸入冷却油中进行快速冷却，油温控制在73±5℃，时间为9min；产品经过清洗后再进行回火处理，回火温度为615±5℃，时间为160min；整个调制处理过程全自动运行。经过调质后，基体组织由珠光体+铁素体变为细小均匀的索氏体。
本发明的有益效果是：熔化铁水在无芯中频感应电炉中进行，中频感应电炉热效高、加热均匀、材料烧损率低，且能够精确控制加热温度，可在50分钟内熔炼出6吨铁水，高的熔炼效率保证了冶金质量的稳定性。采用碳硅仪、碳硫仪、光谱仪等检测设备，保证了化学成分的准确性。
球化处理使石墨在结晶生长时长成球状来改善机体形貌，提高铸件的力学性能。孕育处理能够促进铸铁石墨化，防止球化元素造成的白口倾向，还有助于球化，使石墨变得更细小、更圆整、分布均匀，提高球墨铸铁的力学性能。
齿轮在经过抛丸、研磨等清理工序后进行调质处理，调质处理采用电加热连续通过式淬火炉，温度可精确控制在5℃之内；通过使用甲醇控制炉内气氛，可防止产品在高温下氧化，避免使用天然气时S等有害元素对产品造成污染。调质处理可细化晶粒，并获得均匀的具有一定弥散度的和具有优良综合机械性能的细密球状珠光体类组织—回火索氏体。经调质处理后，轮齿硬度可达HB220-285，其屈服极限和冲击韧性比较高，强度极限与断面收缩率也高出5-6%。调质齿轮在运行中易跑合、齿根强度余量大、抗冲击能力强。
调质处理时，将铸件加热到850-900℃，使基体转变为奥氏体，再在冷却油中快速冷却处理得到马氏体，然后经550-600℃回火，获得回火索氏体+球状石墨。回火索氏体基体不仅强度高，而且塑性、韧性比正火得到的珠光体基体好。
对齿轮表面进行高频淬火，只对齿面进行强化，可获得高强度、高耐磨性和高韧性等综合性能的马氏体，中心仍为调质处理后的索氏体。而且，因为只局部加热，能显著减少淬火变形，降低能耗。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。
一种球墨铸铁铸造齿轮，其主要包含以下重量百分比的组分：C为3.5-3.6%；Si为2.3-2.4%；Mn为0.4-0.45%；Cr<0.1%；Cu为0.4-0.45 %；Mg为0.03-0.045%；S≤0.02%；P≤0.05%；余量为Fe。
本发明的球墨铸铁铸造齿轮的加工工艺，包括以下步骤：
（1）熔炼铁水：将各原料成分按所需配比投入无芯中频感应电炉中，升温熔化铁水；其中，加热温度为1490-1510℃，优选1500℃，保温60min，确保铁水中的熔渣能够顺利浮至表面，从而获得洁净的铁水；
（2）球化孕育：向铁水中加入球化包芯线进行喂丝球化工艺，每吨铁水加入20m的球化线，其中，球化剂中Mg的含量为28-31%；再加入铁水量0.5%的硅钡孕育剂，进行球化处理和孕育处理，得到颗粒细小均匀的球墨铸铁；经过球化处理后，铁水中Mg的含量为0.035-0.045%，金相检测表明球化率在85%以上，每平方毫米石墨球数量为200-300个、珠光体在70-90%之间;
（3）浇铸成型：将球化孕育处理后的铁水倒入砂型中，在10分钟内浇铸完成，防止球化衰退，铸件成型后备用；
（4）抛丸清理：将步骤（3）的铸件进行抛丸、研磨清理；
（5）热处理：将步骤（4）清理后的铸件采用电加热连续通过式淬火炉进行调质处理；将铸造好的铸件先进行淬火处理，淬火加热温度为850-900℃，优选880℃，保温100min，再浸入冷却油中进行快速冷却，油温控制在73±5℃，时间为9min；产品经过清洗后再进行回火处理，回火温度为615±5℃，时间为160min；整个调制处理过程全自动运行;
（6）齿轮加工：将步骤（5）调质处理后的铸件进行加工，得到齿轮；
（7）表面淬火：将步骤（6）的齿轮进行齿面高频淬火处理。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非是对发明的限制。本领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种球墨铸铁铸造齿轮，其特征在于：其主要包含以下重量百分比的组分：C为3.5-3.6%；Si为2.3-2.4%；Mn为0.4-0.45%；Cr<0.1%；Cu为0.4-0.45 %；Mg为0.03-0.045%；S≤0.02%；P≤0.05%；余量为Fe；
包括以下步骤：
（1）熔炼铁水：将各原料组分按所需配比投入无芯中频感应电炉中，升温熔化铁水；
（2）球化孕育：向铁水中加入一定量的球化剂和孕育剂，进行球化处理和孕育处理，得到颗粒细小均匀的球墨铸铁；
（3）浇铸成型：将球化孕育处理后的铁水倒入砂型中，在10分钟内浇铸完成，铸件成型后备用；
（4）抛丸清理：将步骤（3）的铸件进行抛丸、研磨清理；
（5）热处理：将步骤（4）清理后的铸件采用电加热连续通过式淬火炉进行调质处理；
（6）粗加工：将步骤（5）调质处理后的铸件进行粗加工；
（7）表面淬火：将步骤（6）的齿轮进行齿面高频淬火处理；
（8）精加工：对步骤（7）高频淬火后的齿轮进行精加工；
所述步骤（1）中的加热温度为1490-1510℃，保温60min；
所述步骤（2）中的球化剂为球化包芯线，每吨铁水加入球化线20m，其中球化剂中Mg含量为28-31%；孕育剂为硅钡孕育剂，加入量为铁水的0.5%；
所述步骤（2）的球化处理采用喂丝球化工艺；
所述步骤（5）的调质处理工艺包括淬火和高温回火工艺。
2.根据权利要求1所述的球墨铸铁铸造齿轮，其特征在于：所述步骤（5）的淬火工艺的加热温度为850-900℃，保温100min。
3.根据权利要求2所述的球墨铸铁铸造齿轮，其特征在于：所述淬火的加热温度为880℃。
4.根据权利要求1所述的球墨铸铁铸造齿轮，其特征在于：所述步骤（5）的淬火工艺的冷却油温为73±5℃，时间为9min。
5.根据权利要求4所述的球墨铸铁铸造齿轮，其特征在于：所述回火温度为615±5℃，时间为160min。
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