CN101161845A - 一种用于液压件生产的合成铸铁及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于液压件生产的合成铸铁，按质量百分比其组成为：C3.0％～3.3％、Si1.8％～2.0％、Mn0.4％～0.7％、Cr0％～0.3％、Cu0％～0.5％，其余为Fe。炉料配料为废钢50％～75％、回炉料10％～30％、生铁10％～20％、增碳剂1.5％～2.6％。熔炼时对铁水进行低温增碳，高温补碳，使其达到要求的成分。该发明能有效消除高强度灰铸铁内部缩松缺陷，大幅提高本体强度，使显微组织细小，铸件质地致密。

Description

一种用于液压件生产的合成铸铁及其制备方法
技术领域
本发明属冶金、铸造技术领域，涉及一种用于液压件生产的合成铸铁材料，本发明还涉及该合成铸铁材料的制备方法。
背景技术
舰船动力主、辅机系统复杂关键件，如：缸盖、控制器、泵壳体等铸件，结构十分紧凑、内腔特别复杂且壁厚相差悬殊。材料设计主要以高强度灰铸铁为主，其验收标准不仅仅考核试棒性能，还包括显微组织、本体性能和水压试验等。采用传统生产方法，铸件组织中石墨片长而粗大，导致本体性能过低，不同部位差别较大，且铸件内部极易产生缩松缺陷，导致试压渗漏，报废率很高。目前国外采用合成铸铁技术日趋普遍，国内主要以生铁加合金化为主，也有少数采用合成铸铁技术进行铸件生产。但技术主要集中在降低成本，提高试棒性能上，而在铸件本体性能、内部组织致密性方面研究不够。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于液压件生产的合成铸铁，此种合成铸铁可以全面提高铸件的综合性能，既能保证试棒性能、金相组织、本体性能等符合要求，又能消除缩松缺陷，保证铸件内部致密，在水压下不渗漏。
本发明的另一目的是提供上述合成铸铁的制备方法。
本发明所采用的技术方案是，用于液压件生产的合成铸铁，按质量百分比，其组成为：C 3.0％～3.3％、Si 1.8％～2.0％、Mn 0.4％～0.7％、Cr 0％～0.3％、Cu 0％～0.5％，其余为Fe。
本发明所采用的另一技术方案是，上述合成铸铁的制备方法，控制该合成铸铁的的组分为C 3.0％～3.3％、Si 1.8％～2.0％、Mn 0.4％～0.7％、Cr 0％～0.3％、Cu 0％～0.5％，其余为Fe，该方法按以下步骤进行，
a.按以下质量配比选配炉料
废钢50％～75％，其成分为C 0％～0.6％、Mn 0％～0.70％、Si 0％～1.0％、p≤0.04％、S≤0.04％；
回炉料10％～30％，
生铁10％～20％，其成份为Mn≥0.5％～0.80％、p≤0.05％、S≤0.02％；
增碳剂1.5％～2.6％，含碳量≥98％，含硫量≤0.1％；
铬铁合金和铜；
b.熔化铁水
按上述质量配比将生铁和回炉料加入炉底，然后加入上述质量比30％左右的废钢，进行熔炼至熔融状态，加入上述质量比50％的增碳剂，同时一边熔炼一边将剩余废钢全部加入，待完全熔炼至液态加入剩余增碳剂，通过不断搅拌，将增碳剂压入铁液，同时将适量铬铁合金和铜加入炉内熔炼，升温至1520℃～1550℃时扒渣，净化铁液表面；
c.调整C、Si量
在上步铁液升温至1520℃～1550℃时进行取样，用炉前检测设备快速测定C、Si含量并按所需量进行调整，补加顺序为先加增碳剂，5～10分钟后再补加硅铁，直到检测数据达到控制要求；
d.铁水孕育
在浇包内预先装入铁液总量0.4％的75硅铁孕育剂，将上步的铁液倾入浇包进行孕育处理，同时充分搅拌、进行扒渣处理，即完成整个熔炼过程。
本发明的有益效果是，
a、本发明的合成铸铁材料能全面提高液压件的各项指标：明显提高机械性能，尤其是本体性能；组织细化，石墨形态短而细，机体组织明显细化；大幅降低缩松、缩孔产生趋向，在无冒口补缩情况下可消除缩松、缩孔缺陷；成品率可达96％以上。
b、由于大量采用废钢，降低合金加入量，可降低成本50％以上。
附图说明
图1是现有技术用生铁生产的石墨形态金相100倍图；
图2是现有技术用生铁生产的基体组织形态金相100倍图；
图3是本发明方法用合成铸铁生产的石墨形态金相100倍图；
图4是本发明方法用合成铸铁生产的基体组织金相100倍图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明合成铸铁的制备方法，按以下步骤进行，
a.按以下质量配比选配炉料
废钢50％～75％，要求：1)成分C 0％～0.6％、Mn 0％～0.70％、Si 0％～1.0％、p≤0.04％、S≤0.04％；2)品质：无锈斑、无氧化皮、无油污。
回炉料10％～30％，使用相同牌号。
生铁10％～20％，其成份为Mn≥0.5％～0.80％、p≤0.05％、S≤0.02％；选自Q10。
增碳剂1.5％～2.6％，要求：含碳量≥98％，含硫量≤0.1％。
铬铁合金和铜：选自铬铁FeCr55C1000，铜(电解红铜)。Cr、Cu元素根据计算所需量补加。
控制合成铸铁的化学成分为：C 3.0％～3.3％、Si 1.8％～2.0％、Mn0.4％～0.7％、Cr 0％～0.3％、Cu 0％～0.5％，其余为Fe。
b.熔化铁水
按上述质量配比将生铁和回炉料加入炉底，然后加入上述质量比30％左右的废钢，进行熔炼至熔融状态，加入上述质量比50％的增碳剂，同时一边熔炼一边将剩余废钢全部加入，待完全熔炼至液态加入剩余增碳剂，通过不断搅拌，将增碳剂压入铁液，同时将适量铬铁合金和铜加入炉内熔炼，升温至1520℃～1550℃时扒渣，净化铁液表面；
c.调整C、Si量
在上步铁液升温至1520℃～1550℃时进行取样，用炉前检测设备快速测定C、Si含量并按所需量进行调整，补加顺序为先加增碳剂，5～10分钟后再加硅铁，直到检测数据达到控制要求；
d.铁水孕育
在浇包内预先装入铁液总量0.4％的75SiFe孕育剂，将上步熔融的铁液倾入浇包进行孕育处理，同时充分搅拌、进行扒渣处理，即完成整个熔炼过程。
本发明合成铸铁的制备方法的熔炼要点为：
a)低温增碳，高温补碳，确保快速、高效熔炼，降低能耗。
b)控制增碳剂的加入时机及方式，确保提高增碳剂吸收率。
实施例
用本发明的方法生产某型柴油机缸盖
一、主要技术要求如下：
技术要求：单铸试棒要求：Rm≥300Mpa；HB 230～260
金相：珠光体≥95％，石墨形态：A型
本体性能要求：Rm≥200Mpa
水压试验：进行0.7MPa的水压试验，历时30分钟不得有渗漏现象发生。
二、生产方法如下：
炉料配比：
炉号  废钢 回炉料 生铁 增碳剂
ZP06-89  50％(500Kg) 30％(300Kg) 20％(200Kg) 1.5％(15Kg)
ZP06-117  75％(750Kg) 10％(100Kg) 10％(100Kg) 2.6％(26Kg)
ZP06-120  65％(650Kg) 20％(200Kg) 15％(150Kg) 2.0％(20Kg)
炉号ZP06-89的熔炼过程：在炉底加入200Kg的生铁及300Kg回炉料，上面加入150Kg的废钢，熔炼至融熔状态时加入增碳剂7.5Kg，继续熔炼，同时不断补加剩余废钢，待废钢全部融熔后加入剩余7.5Kg增碳剂，不断搅拌，将增碳剂压入铁液，同时加入合金：电解铜：5Kg(0.5％)，FeCr55C1000铬铁：4Kg(0.3％)。升温至1520℃左右时，扒渣，净化铁液表面。用炉前快速分析仪检测碳、硅含量，补加增碳剂2Kg，6分钟后加入5Kg的75SiFe，检测成分合格后，准备出炉。在浇包内预先加入4Kg的75硅铁孕育剂，将铁水倾入浇包进行孕育处理，同时充分搅拌扒渣，准备浇注。
炉号ZP06-117的熔炼过程：在炉底加入100Kg的生铁及100Kg回炉料，上面加入250Kg的废钢，熔炼至融熔状态时加入增碳剂13Kg，继续熔炼，同时不断补加剩余废钢，待废钢全部融熔后加入剩余13Kg增碳剂，不断搅拌，将增碳剂压入铁液，同时加入合金：FeCr55C1000铬铁：3Kg(0.2％)。升温至1550℃左右时，扒渣，净化铁液表面。用炉前快速分析仪检测碳、硅含量后，补加增碳剂3.5Kg，10分钟后补加6Kg的75SiFe，检测成分合格后，准备出炉。在浇包内预先加入4Kg的75硅铁孕育剂，将铁水倾入浇包进行孕育处理，同时充分搅拌扒渣，准备浇注。
炉号ZP06-120的熔炼过程：在炉底加入150Kg的生铁及200Kg回炉料，上面加入217Kg的废钢，熔炼至融熔状态时加入增碳剂10Kg，继续熔炼，同时不断补加剩余废钢，待废钢全部融熔后加入剩余10Kg增碳剂，不断搅拌，将增碳剂压入铁液，同时加入合金：电解铜：3Kg(0.3％)，FeCr55C1000铬铁：3Kg(0.2％)。升温至1530℃左右时，扒渣，净化铁液表面。用炉前快速分析仪检测碳、硅含量后，补加增碳剂3Kg，8分钟后补加5Kg的75SiFe，检测成分合格后，准备出炉。在浇包内预先加入4Kg的75硅铁孕育剂，将铁水倾入浇包进行孕育处理，同时充分搅拌扒渣，准备浇注。
三、铸件检验结果如下：
 炉号 化学成份  力学性能 金相组织
 本体  单铸试棒
C  Si  Mn  Cr  Mo  Cu  Rm  Hb  Rm  HB 珠光体含量≥98％石墨：A型
 ZP06-89 3.0  1.80  0.4  0.3  0.5  240  191  325  260
 ZP06-117 3.3  2.00  0.53  0.19  0  270  174  320  244
 ZP06-120 3.1  1.99  0.70  0.2  0.3  260  185  336  254
经解剖发现用本发明方法生产的铸件：内部组织致密，剖面光洁，无任何缩松缩孔缺陷。
本发明与传统生铁生产方法对比
1、从冶金质量及铸件的各项性能指标两方面将本发明与传统生铁生产方法进行对比，结果如下：
表1用本发明生产的8炉次
序号   单铸试棒   本体强度 共晶度(Sc) 成熟度(RG) 硬化度(HG) 品质系数(Q1)
RmN/mm2 HB RmN/mm2 HB
  1   375   239   260   180     0.85   1.18     1.01     1.17
  2   380   241   267   187     0.85   1.22     1.02     1.20
  3   380   241   265   198     0.84   1.19     1.00     1.19
  4   355   238   268   190     0.85   1.13     1.00     1.13
  5   360   241   263   185     0.83   1.09     0.99     1.11
  6   395   239   273   178     0.84   1.22     0.99     1.23
  7   380   237   276   186     0.81   1.11     0.95     1.17
  8   360   229   262   184     0.83   1.08     0.93     1.16
  化学成份控制为：C：3.1-3.3％，Si：1.8-2.0％，Mn：0.4-0.7％，Cr：0-0.2％，Cu：0-0.5％
表2用传统生铁生产的方法8炉次
序号   单铸试棒   铸件本体 共晶度(Sc) 成熟度(RG) 硬化度(HG) 品质系数(Q1)
  RmN/mm2 HB   RmN/mm2 HB
  1   335   246   170   187     0.82     0.99     0.99   1.00
  2   340   248   178   176     0.82     1.02     1.00   1.01
  3   330   241   191   173     0.81     1.12     0.96   1.00
  4   325   245   183   170     0.81     0.94     0.97   0.97
  5   330   248   195   170     0.82     0.99     1.00   0.98
  6   320   248   168   173     0.81     0.93     0.99   0.94
  7   335   250   169   176     0.77     0.89     0.94   0.94
  8   335   240   176   187     0.84     1.04     0.99   1.05
  化学成分控制为：C：3.0-3.2％，Si：1.8-2.0％，Mn：0.8-1.0％Cr：0.2-0.4％，Mo：0.3-0.5％，Cu：0.5-1.0％
从表1和表2可以明显看出，本发明有以下优势：
1)合金量加入较少且不加钼铁，极大降低了成本；
2)单铸试棒性能提高30～60MPa；
3)本体性能提高60～80MPa；
4)铁液品质明显提高，冶金质量水平高。
2、本发明与传统生铁方法生产铸件微观组织对比
图1、图2是现有方法生产的铸件微观组织金相图片，图3、图4是本发明方法生产的铸件微观组织金相图片，从金相图片可以明显看出：用传统生铁方法生产的A型石墨片粗大且长，基体组织粗大、不致密。用本发明方法生产的铸件微观组织A型石墨明显细小且短，基体组织非常细小、致密。
3、本发明使用效果
对铸件解剖和精加工后水压试验统计表明：传统生铁方法生产的铸件致密度差，水压试验通过率仅为75％；用本发明方法生产的铸件致密度高，水压试验通过率高达99％。

Claims (2)

1.一种用于液压件生产的合成铸铁，按质量百分比，其组成为：C 3.0％～3.3％、Si 1.8％～2.0％、Mn 0.4％～0.7％、Cr 0％～0.3％、Cu 0％～0.5％，其余为Fe。
2.一种权利要求1所述合成铸铁的制备方法，其特征在于，控制该合成铸铁的的组分为C 3.0％～3.3％、Si 1.8％～2.0％、Mn 0.4％～0.7％、Cr 0％～0.3％、Cu 0％～0.5％，其余为Fe，该方法按以下步骤进行，
a.按以下质量配比选配炉料
废钢50％～75％，其成分为C 0％～0.6％、Mn 0％～0.70％、Si 0％～1.0％、p≤0.04％、S≤0.04％；
回炉料10％～30％，
生铁10％～20％，其成份为Mn≥0.5％～0.80％、p≤0.05％、S≤0.02％；
增碳剂1.5％～2.6％，含碳量≥98％，含硫量≤0.1％；
铬铁合金和铜
b.熔化铁水
按上述质量配比将生铁和回炉料加入炉底，然后加入上述质量比30％左右的废钢，进行熔炼至熔融状态，加入上述质量比50％的增碳剂，同时一边熔炼一边将剩余废钢全部加入，待完全熔炼至液态加入剩余增碳剂，通过不断搅拌，将增碳剂压入铁液，同时将适量铬铁合金和铜加入炉内熔炼，升温至1520℃～1550℃时扒渣，净化铁液表面；
c.调整C、Si量
在上步铁液升温至1520℃～1550℃时进行取样，用炉前检测设备快速测定C、Si含量并按所需量进行调整，补加顺序为先加增碳剂，5～10分钟后再补加硅铁，直到检测数据达到控制要求；
d.铁水孕育
在浇包内预先装入铁液总量0.4％的75硅铁孕育剂，将上步的铁液倾入浇包进行孕育处理，同时充分搅拌、进行扒渣处理，即完成整个熔炼过程。
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