CN101921947A - 球墨铸铁曲轴余热风冷正火的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种球墨铸铁曲轴余热风冷正火的方法。该方法在熔炼铁液中，其主要五大元素的质量百分比为：C、3.75-3.85％，Si、1.8-2.2％，Mn、0.76-0.82％，P、0.05-0.09％，S、0.001-0.024％，出铁水的温度为1480-1500℃，浇注铁水的温度为1350-1430℃，浇注后开箱要求为：连续生产时，从浇注结束起12-16分钟开箱，间断生产时，从浇注结束起11-15分钟开箱，多箱浇注时，所有铁型开箱时间均应控制在热箱为12-16分钟开箱，冷箱为11-15分钟开箱。铸件开箱后应在1分钟左右送到风冷区，吹风冷却持续时间应在30分钟以上。该方法在不对铸件进行加热正火的条件下，稳定地获得高于QT-800-2国家标准的球墨铸铁铸件，且不需要对现有铁模覆砂生产线进行改造，降低了生产成本。

Description

球墨铸铁曲轴余热风冷正火的方法

技术领域

本发明涉及到球墨铸铁热处理领域，特别涉及到球墨铸铁曲轴余热风冷正火的方法。

背景技术

国家2003年在第二批《国家重点行业清洁生产技术导向目录》里机械行业中技术编号为15的技术名称为“铸态球墨铸铁技术”中提到：通过控制铸件冷却速度，加入合金元素，调整化学成分，采用复合孕育等措施，使铸件铸态达到技术条件规定的金相组织和机械性能，从而取消正火或退火等热处理工序。铸态稳定生产的球铁牌号为：QT400-15，QT450-10，QT500-7，QT600-3，QT700-2。该技术的不足之处在于球墨铸铁牌号全部低于QT800-2，不能在高牌号球墨铸铁曲轴领域应用。

四川省南充劳动工厂铸造分厂刘文川、夏成怀等在《内燃机》杂志1994年第03期发表的《球铁用铸造余热正火及节能》的文章显示，球墨铸铁曲轴的材料牌号只能达到QT600-3。

江苏省常州柴油机厂在《金属型覆砂铸造成套工艺》中提到利用铸件开箱时的余热(850℃)进行悬输链送吹风喷雾正火，以获得75％以上的珠光体，从而保证铸件具有优异的综合机械性能。该技术的缺点是：(1)、“75％以上的珠光体”其对应的综合机械性能不能满足高牌号球墨铸铁曲轴，珠光体含量80％以上的技术要求；(2)、“进行悬输链送吹风喷雾”，对现有铁模覆砂生产线推广困难；(3)、改造投入资金大；(4)、要在现有铁模覆砂线上运用受到现有车间生产线布置的制约，“850℃”范围太笮，开箱时不可能恰好850℃，在大生产中不实际。

山东省滨州海得曲轴有限责任公司，尹士文2009年5月5日在汽车制造业网站上发表《曲轴铁模覆砂铸造及生产过程控制》中提出“曲轴余热正火辅合金化”的思路，做法是“在铁水处理过程中加入0.5％～0.6％的Cu和微量的强烈促进珠光体化的微量元素Sb，当铸件温度在860-900℃左右时开箱，然后将铸件迅速转入冷却室进行喷雾冷却，这样便可得到珠光体含量85％-90％机械性能QT800-3的球铁曲轴毛坯。该项技术的缺陷是：(1)、“需要加0.5％～0.6％的Cu”，在铜价高位徘徊时，加入铁液中的电解铜曾达到86000元/吨，现在也为63000元/吨，该技术不具备明显的经济效益优势。(2)、“迅速转入冷却室进行喷雾冷却”，在现有铁模覆砂线上运用受到现有车间生产线布置的制约，至今未见在实际中运用的资料。

赵黎甲、谢小平等在《铸造技术》2003年第24卷第04期发表《余热正火生产曲轴工艺实践》中提出用复合合金化法进行生产，保证Cu含量＞0.5％，在铸件冷却至850℃时开箱，并快速震掉曲轴表面的型砂，立即进行吹风喷雾强制均匀冷却，回火处理用电炉进行，达到降低曲轴铸件中合金元素的加入量，又提高曲轴的综合力学性能，降低生产成本，生产出高强度珠光体曲轴的目的，文章显示赵黎甲等人就此项工作作了三次工艺试验。此项技术的缺陷是：(1)、“用复合合金化法生产保证Cu含量＞0.5％”，如前所述，加Cu增加的成本部分抵消了其省却电炉加热正火产生的经济效益。(2)、“冷却至850℃时开箱”在大生产中不可能实施，850℃是指铸件的温度，而铸件是在铁模里面，在铁模外面是难以得知里面的温度的，即便是通过一定统计分析后，开箱的温度也只能是控制在以850℃为中间值的一定范围内。(3)、“快速震掉曲轴表面的型砂”无此必要，此过程降低了送到强制冷却工步的曲轴的温度，不利于提高珠光体比例和综合机械性能而在生产实际中，曲轴表面造型用砂(除粘砂外)在开箱脱模的过程中绝大多数已经震掉，粘砂对铸件快速冷却的实际影响很小，到了可以忽略不计的程度。(4)、余热正火后再用回火改善韧性也无此必要，当余热正火后曲轴材料达到牌号韧性指标，再通过回火来提高韧性就是多余操作，余热正火后韧性未达标，用回火来改善则只能说明此技术没有达到高牌号球铁曲轴的技术要求。

球墨铸铁的铸热水浴冷却正火工艺，申请号/专利号：87107076，它的作法是模型内达到温度要求的铸件取出用水浴的方式控制其冷却速度，促进奥氏体向珠光体转变，增加珠光体含量并细化珠光体，达到正火目的。该项技术运用了铸件的余热，但其工艺方式与本发明完全不同，故不对其进行比较分析。

发明内容

本发明的目的在于提供一种合理运用及调整铸件在共析线以上的冷却速度，辅以调节珠光体稳定元素Mn的含量来获得提高铸件机械性能的球墨铸铁曲轴余热风冷正火的方法，该方法省去了通过电炉重新对铸件加热正火步骤。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种球墨铸铁曲轴余热风冷正火的方法，尤其适用于球墨铸铁曲轴，球墨铸铁曲轴余热风冷正火的方法其步骤为：

1、球墨铸铁熔炼铁液中，除Fe元素外，其它C、Si、Mn、P、S五大主要元素的质量百分比为：

C、3.75-3.85％    Si、1.8-2.2％

Mn、0.76-0.82％   P、0.05-0.09％

S、0.001-0.024％；

2、电炉出铁水的温度为：1480-1500℃；

3、铁水包浇注铁水的温度为：1350-1430℃；

4、对铸型浇注后开箱要求：

当铁模覆砂生产线是连续生产时，即浇注为热模时，从浇注结束起12-16分钟开箱，铸件利用自重脱模；

当铁模覆砂生产线是间断生产时，即浇注为冷模时，从浇注结束起11-15分钟开箱，此时铸件表面温度控制在840-920℃之间，铸件利用自重脱模；

当铁模覆砂生产线为多箱浇注时，所有铁型开箱时间均控制在从浇注结束起：热模为12-16分钟开箱，冷模为11-15分钟开箱；

5、铸件从开箱到脱模的时间控制在40-70秒内。

在球墨铸铁曲轴余热风冷正火的方法中，开箱落出的铸件应在40-60秒内送到风冷区进行吹风冷却，吹风冷却的持续时间为30-60分钟。

本发明的积极效果为：

1、在不对铸件重新加热正火的条件下，稳定地获得高于QT800-2国家标准的球墨铸铁曲轴；

2、为得到珠光体基体而进行合金化时，不需加入价格昂贵的Cu，进一步降低了生产成本；

3、勿需对现有铁模覆砂造型线进行投入性改造，仅需就近添置一台风机，即可实施，体现出投入少，见效快的优点；

4、本发明扩宽了余热正火开箱时对铸件允许的温度范围，提高了工艺保证产品质量的可靠性；

5、本发明将开箱时对铸件允许的温度范围转化成开箱时间，增强了工艺的可操作性，便于在大生产中推广运用；

6、本发明运用时操作简单，无需刻意去掉铸件表面造型残留砂；本发明取得球墨铸铁机械性能高于QT800-2国家标准，延伸率最低时在3％，脆性小，勿需回火，省去了电炉加热正火的工艺过程，经济效益明显。

具体实施方式

下面结合实施例进一步说明本发明的具体实施方式：

实施例1

样本名称：：YTR4105曲轴，铸件重量：54Kg，材料要求：QT800-2，硬度要求：HB 240-320。

用同一包铁水浇注在铁模覆砂生产线一批七箱14件YTR4105曲轴，并对浇注的第一箱和最后一箱进行检测。

1、电炉中球墨铸铁熔炼铁液的球化处理

在铁水包中放入球化处理料，将电炉中的熔炼铁液倒入铁水包中进行球化处理，电炉铁水出炉温度为：1492℃。

球化处理前球墨铸铁熔炼铁液中除Fe元素外，其它五大元素C、Si、Mn、P、S的质量百分比为：

球化处理后球墨铸铁熔炼铁液中除Fe元素外，其它五大元素C、Si、Mn、P、S的质量百分比为：

2、铸型浇注及浇注后开箱

现场环境温度为20℃，铁水包浇注第一箱时的温度为：1390℃，铁水浇注第七箱时的温度为：1362℃；第一箱铸件从浇注结束到开箱开始间隔时间为12分钟8秒，第七箱铸件从浇注结束到开箱开始间隔时间为15分钟53秒；第一箱铸件开箱时铸件表面温度910℃，第七箱铸件开箱时铸件表面温度888℃。

3、第一箱铸件从开箱到脱模时间为50秒，第七箱铸件从开箱到脱模时间为55秒。

4、第一箱铸件和第七箱铸件开箱落出的铸件送到风冷区进行吹风冷却的时间为55秒，第一箱曲轴开始吹风冷却时铸件表面温度868℃，第七箱曲轴开始吹风冷却时铸件表面温度853℃。

5、第一箱铸件和第七箱铸件吹风冷却持续时间为30分钟。

风机型号：轴流式风机(SFNo6-4)，功率：2.2Kwh；转速：1450r/min；风量：18700m³/min。

铸件抽样金相和机械性能检测结果

金相组织

机械性能：

实施例2

样本名称：YTR4105曲轴，铸件重量：54Kg，材料要求：QT800-2，硬度要求：HB 240-320。

1、电炉中球墨铸铁熔炼铁液的球化处理

在铁水包中放入球化处理料，将电炉中的熔炼铁液到入铁水包中进行球化处理，电炉铁水出炉温度为：1493℃。

球化处理前球墨铸铁熔炼铁液中除Fe元素外，其它五大元素C、Si、Mn、P、S的质量百分比为：

球化处理后球墨铸铁熔炼铁液中除Fe元素外，其它五大元素C、Si、Mn、P、S的质量百分比为：

2、铸型浇注及浇注后开箱

铁水包浇注时的温度为：1392℃，铸件浇注结束到开箱开始的时间为12分钟58秒，开箱时铸件表面温度为903℃。

3、铸件从开箱到脱模时间为45秒。

4、开箱落出的铸件送到风冷区进行吹风冷却的时间为50秒，开始吹风降温时铸件表面温度860℃。

5、铸件吹风冷却持续时间为40分钟。

风机型号：轴流式风机(SFNo6-4)，功率：2.2Kwh；转速：1450r/min；风量：18700m³/min。

铸件抽样金相和机械性能检测结果

金相组织

机械性能

实施例3

样本名称：美国V8-442赛车曲轴，铸件重量：32.5Kg，材料要求：QT800-2，硬度要求：HB 230-300。

用同一包铁水浇注在铁模覆砂生产线进行浇注。

1、电炉中球墨铸铁熔炼铁液的球化处理

在铁水包中放入球化处理料，将电炉中的熔炼铁液倒入铁水包中进行球化处理，电炉铁水出炉温度为：1486℃。

球化处理前球墨铸铁熔炼铁液中除Fe元素外，其它五大元素C、Si、Mn、P、S的质量百分比为：

球化处理后球墨铸铁熔炼铁液中除Fe元素外，其它五大元素C、Si、Mn、P、S的质量百分比为：

2、铸型浇注及浇注后开箱

铁水包浇注时的温度为：1382℃，铸件浇注结束到开箱开始的时间为13分钟03秒，开箱时铸件表面温度为845℃。

3、铸件从开箱到脱模时间为53秒.。

4、开箱落出的铸件送到风冷区进行吹风冷却的时间为60秒。

5、铸件吹风冷却持续时间为48分钟。

风机型号：轴流式风机(SFNo6-4)，功率：2.2Kwh；转速：1450r/min；风量：18700m³/min。

铸件抽样金相和机械性能检测结果

金相组织

机械性能

以上所述仅是本发明的非限定实施方式，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思和不作出创造性劳动的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种球墨铸铁曲轴余热风冷正火的方法，尤其适用于球墨铸铁铸件，其特征在于，球墨铸铁曲轴余热风冷正火的方法步骤为：

(1)、球墨铸铁熔炼铁液中，除Fe元素外，其它C、Si、Mn、P、S五大主要元素的质量百分比为：

C、3.75-3.85％    Si、1.8-2.2％

Mn、0.76-0.82％   P、0.05-0.09％

S、0.001-0.024％；

(2)、电炉出铁水的温度为：1480-1500℃；

(3)、铁水包浇注铁水的温度为：1350-1430℃；

(4)、对铸型浇注后开箱要求：

当铁模覆砂生产线是连续生产时，即浇注为热模时，从浇注结束起12-16分钟开箱，铸件利用自重脱模；

当铁模覆砂生产线是间断生产时，即浇注为冷模时，从浇注结束起11-15分钟开箱，铸件利用自重脱模，此时铸件表面温度控制在840-920℃之间；

当铁模覆砂生产线为多箱浇注时，所有铁型开箱时间均控制在从浇注结束起：热模为12-16分钟开箱，冷模为11-15分钟开箱；

(5)、铸件从开箱到脱模的时间控制在40-70秒内。

(6)、开箱落出的铸件应在40-60秒内送到风冷区进行吹风冷却，吹风冷却的持续时间为30-60分钟。