CN102363198A - 球墨铸铁飞轮机壳消失模铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种球墨铸铁飞轮机壳消失模铸造方法，具有发泡、制模、刷涂料、埋箱造型、熔炼、盖包法球化处理、多次孕育与随流孕育、负压浇注、清理工艺步骤制备，盖包法球化处理，有效细化石墨提高石墨球数，并且更加圆整，分布更均匀，采用多次孕育与随流孕育相结合的孕育工艺，有效强化孕育效果、细化石墨球、降低孕育剂消耗及降低铁液终硅量，经过采用盖包法球化和多次随流孕育工艺后，材料的组织和力学性能得到了很大的改善和提高。该方法制备的飞轮机壳铸件内部组织致密均匀，铸造缺陷少，铸件表面质量好，尺寸精度高，易于实现一型多件浇铸成型，提高了工艺出品率。

Description

球墨铸铁飞轮机壳消失模铸造方法

技术领域

本发明属于铸造技术领域，具体涉及一种高强高韧球墨铸铁飞轮机壳消失模铸造方法。

背景技术

发动机飞轮壳是汽车的重要部件之一，它联结着发动机本体和离合器、变速器总成，一般商用汽车的发动机后悬置支架也安装在飞轮壳左右两侧。在紧急制动情况下，过大的载荷有可能使飞轮壳损坏，导致整个动力传动系统无法工作。国内柴油机行业使用的飞轮壳部件大多数是灰口铸铁件，但是灰铸铁件的强度和韧性已不能满足目前某些发动机的性能要求。飞轮壳是标准的壳体结构件，绝大部分壁厚为5mm，少部分壁厚为20mm，由于壁厚悬殊较大，给铸造生产带来了一定的难度。消失模铸造发动机飞轮壳，材质是球墨铸铁QT450-15。由于飞轮壳铸件结构比较复杂，壁厚差比较大，极易产生缩孔、疏松等缺陷；回油管和水腔芯制作困难、尺寸难以控制；铸件采用球墨铸铁材质，也极易产生球化不良和夹渣等缺陷。因此，采用砂型铸造给铸造工艺设计带来了一定难度。目前，飞轮壳铸件的生产方式多是普通砂型铸造，砂芯有手工制作的桐油砂芯和菜油砂芯，也有较为先进的壳芯机制作的树脂砂芯。手工制芯为了节约成本，人们往往也将飞轮壳砂芯中的厚大非成型部分人工掏空，并填以拌有少量水和陶土的干砂，以便支撑整体砂芯，但是人工挖空操作困难，在挖空过程中砂芯易破损，且壁厚难以保证，砂芯的表面质量差和尺寸精度低，工艺出品率也低。

发明内容

为解决现有技术存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种球墨铸铁飞轮机壳消失模铸造方法，该方法制备出的飞轮机壳具有质量高、缺陷少、强度高、韧性好、铸件壁厚薄的特点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：该球墨铸铁飞轮机壳消失模铸造方法，其特征在于按下述工艺步骤制备：

1、     发泡：将EPMMA泡沫塑料原始珠粒加热膨化达到16~28g/L的堆积密度，经熟化、筛分后备用；

2、     制模：将模具预热到70℃左右，使用负压吸料的方式填料，将填好料的模具放置在蒸缸中央，通入0.2 MPa左右的蒸汽，蒸汽通过透气塞进入珠粒间隙，将珠粒加热使其膨胀融合，采用喷水冷却，将模具温度冷却到70℃左右后脱模，模型在自然时效12小时后，将模型放置在30~50℃干燥室内，放置48小时后即可使用；

3、     刷涂料：第一次浸涂后干燥4小时后补涂，确保模样不裂纹、不露白，第二次浸涂后保证模样涂层厚度在0.8～1.0mm；对内浇道附近、埋型底部三角孔、半圆孔、深沟部位、圆孔部位还要进行第三次挂涂；

4、     埋箱造型：采用雨淋式加砂方式将铸造用陶粒砂充填至模型箱中，在振动台上振实，振动频率为40～70 HZ，振动加速度在10～20 m/s2，振幅在0.5～1.5 mm；

5、     熔炼：原材料为生铁、废钢、灰铁回炉料、球铁回炉料、75硅铁、稀土镁硅铁，在熔炼浇注前按球墨铸铁牌号要求的比例进行配料，使各个元素含量满足要求，随后装入中频感应熔炼炉中，装料顺序为大块废钢放在炉底，周围用小块料填实，出炉温度为1550～1570℃；

6、      球化处理：采用盖包法球化处理，在现有冲入法使用的堤坝式球化包上添加一个包盖，球化剂选用稀土镁合金FeSiMg8RE5，加入量为处理铁液质量的1.3％～1.8％，其块度范围为3～50mm；

7、     孕育处理：孕育剂采用质量百分比70～75% Si、1～2% Ba、1～2% Ca、10～20RE、10～20% Bi、1.0～2.0%Al构成的复合强效孕育剂，加入量为处理铁液质量的1.0%~1.5%，采用三次包内孕育和随流孕育相结合的孕育工艺，在加入球化剂的同时加入孕育剂，合适块度为 20mm～ 40mm ，加入量为总量的60%，出铁到2／3时加入孕育总量的30%，出铁完毕扒渣后将10%的孕育剂撒到铁液表面，随流孕育或倒包孕育加入量为 0 .2 %～ 0 .3 %；

8、     负压浇注；浇注温度1440～1460℃范围内，负压在－0.045MPa～－0.040MPa之间，负压保持时间5～10 min，在铸件凝固形成外壳足以保持铸件形状结构即可卸除；

9、     清理。

采用上述方法制备的球墨铸铁飞轮壳，解决了普通砂型铸造中砂芯制作困难的问题，且与砂型铸造相比消失模铸造生产的铸件表面质量好，尺寸精度高，铸件表面粗糙度达到Ra6.4至12.5μm，铸件尺寸精度达到CT8；加工余量减小2mm以下，铸件内部组织致密均匀，铸造缺陷少，和传统砂型铸造方法相比，可以减少40%至50%的机械加工，大大减少了机械加工费用。取消了混砂、制芯工序，省去了传统造型工序中分箱、起模、修型、组芯与下芯、合箱等操作，大大简化了落砂、铸件清理及砂处理工序，因而缩短了生产周期，提高了生产效率。一方面由于负压下铸型刚度大，铸铁件易于实现自补缩，从而减小铸件所需的冒口尺寸，另一方面由于泡沫模型簇的组装自由度大，易于实现一型多件浇铸成型，提高了工艺出品率。又因为消失模铸造型砂属用干砂造型，型砂可以回收利用，因此节省了砂子，避免了型砂不能回收利用造成的环境污染。方法中盖包法球化处理，可以有效提高镁的吸收率，这样在保证铁液中含有一定残留镁量的同时，降低球化剂的加入量，从而降低了铁液中的残留稀土量，保证了铁液中残留镁与残留稀土的正确比例，有效防止了过多残留稀土量恶化球状石墨，改善石墨形态；球化剂加入量的减少，可以更多的加入孕育剂，为我们对铁液进行有效的孕育提供了更大的空间，这样可以有效细化石墨提高石墨球数，并且更加圆整，分布更均匀。盖包法可以有效降低球化后铁液含硫量；减少铸件中偏析倾向和微观夹杂物的含量，可以稳定获得更好的球化效果，同时镁吸收率的提高，可以在相对提高铁液温度的情况下，也不会使残留镁量减少太多，有利于渣滓的排出，从而可以稳定提高球铁综合性能。由于隔离空气, 使氧化熔渣形成量减少, 比原敞口包处理时铸件易形成的夹渣缺陷降低, 降低幅度达50%。采用多次孕育与随流孕育相结合的孕育工艺，该孕育工艺可以有效强化孕育效果、细化石墨球、降低孕育剂消耗及降低铁液终硅量，非常适用于高强高韧球墨铸铁薄壁件的生产。经过采用盖包法球化和多次随流孕育工艺后，材料的组织和力学性能得到了很大的改善和提高。结果如下：

组织

根据GB9441－2009球墨铸铁金相检验标准对工艺优化后材料的石墨球化等级、石墨大小等级以及铁素体、渗碳体和磷共晶数量进行评定，并与优化前结果进行对比，如下表1所示。

表1 试样组织观察结果

  力学性能

为保证检测结果的可靠性，共制备了三组拉伸试样，检测后取平均值。结果如下表2所示（括号内为工艺优化前力学性能指标）。

表2 试样力学性能

由此可见，经过盖包法球化和多次随流孕育工艺优化后，材料的组织得到了明显地改善，力学性能得到了大幅地提高。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施例作进一步详细的说明。

图1为传统孕育方法获得材料试样铸态金相组织（未腐蚀100×）；

图2为传统孕育方法获得材料试样铸态金相组织（4%硝酸酒精腐蚀后100×）；

图3为本发明孕育方法获得材料试样铸态金相组织（未腐蚀100×）；

图4为本发明孕育方法获得材料试样铸态金相组织（4%硝酸酒精腐蚀后100×）。

具体实施方式

球墨铸铁飞轮机壳消失模铸造方法，其特征在于按下述工艺步骤制备：

1、     发泡：将EPMMA泡沫塑料原始珠粒加热膨化达到16~28g/L的堆积密度，经熟化、筛分后备用；

2、     制模：将模具预热到70℃左右，使用负压吸料的方式填料，将填好料的模具放置在蒸缸中央，通入0.2 MPa左右的蒸汽，蒸汽通过透气塞进入珠粒间隙，将珠粒加热使其膨胀融合，采用喷水冷却，将模具温度冷却到70℃左右后脱模，模型在自然时效12小时后，将模型放置在30~50℃干燥室内，放置48小时后即可使用；

3、     刷涂料：第一次浸涂后干燥4小时后补涂，确保模样不裂纹、不露白，第二次浸涂后保证模样涂层厚度在0.8～1.0mm；对内浇道附近、埋型底部三角孔、半圆孔、深沟部位、圆孔部位还要进行第三次挂涂；

4、     埋箱造型：采用雨淋式加砂方式将铸造用陶粒砂充填至模型箱中，在振动台上振实，振动频率为40～70 HZ，振动加速度在10～20 m/s2，振幅在0.5～1.5 mm；

5、     熔炼：原材料为生铁、废钢、灰铁回炉料、球铁回炉料、75硅铁、稀土镁硅铁，在熔炼浇注前按球墨铸铁牌号要求的比例进行配料，使各个元素含量满足要求，随后装入中频感应熔炼炉中，装料顺序为大块废钢放在炉底，周围用小块料填实，出炉温度为1550～1570℃；

6、      球化处理：采用盖包法球化处理，在现有冲入法使用的堤坝式球化包上添加一个包盖，球化剂选用稀土镁合金FeSiMg8RE5，加入量为处理铁液质量的1.3％～1.8％，其块度范围为3～50mm；

7、     孕育处理：孕育剂采用质量百分比70～75% Si、1～2% Ba、1～2% Ca、10～20RE、10～20% Bi、1.0～2.0%Al构成的复合强效孕育剂，加入量为处理铁液质量的1.0%~1.5%，采用三次包内孕育和随流孕育相结合的孕育工艺，在加入球化剂的同时加入孕育剂，合适块度为 20mm～ 40mm ，加入量为总量的60%，出铁到2／3时加入孕育总量的30%，出铁完毕扒渣后将10%的孕育剂撒到铁液表面，随流孕育或倒包孕育加入量为 0 .2 %～ 0 .3 %；

8、     负压浇注；浇注温度1440～1460℃范围内，负压在－0.045MPa～－0.040MPa之间，负压保持时间5～10 min，在铸件凝固形成外壳足以保持铸件形状结构即可卸除；

9、     清理。

Claims (1)

1.一种球墨铸铁飞轮机壳消失模铸造方法，其特征在于按下述工艺步骤制备：

发泡：将EPMMA泡沫塑料原始珠粒加热膨化达到16~28g/L的堆积密度，经熟化、筛分后备用；

制模：将模具预热到70℃左右，使用负压吸料的方式填料，将填好料的模具放置在蒸缸中央，通入0.2 MPa左右的蒸汽，蒸汽通过透气塞进入珠粒间隙，将珠粒加热使其膨胀融合，采用喷水冷却，将模具温度冷却到70℃左右后脱模，模型在自然时效12小时后，将模型放置在30~50℃干燥室内，放置48小时后即可使用；

刷涂料：第一次浸涂后干燥4小时后补涂，确保模样不裂纹、不露白，第二次浸涂后保证模样涂层厚度在0.8～1.0mm；对内浇道附近、埋型底部三角孔、半圆孔、深沟部位、圆孔部位还要进行第三次挂涂；

埋箱造型：采用雨淋式加砂方式将铸造用陶粒砂充填至模型箱中，在振动台上振实，振动频率为40～70 HZ，振动加速度在10～20 m/s2，振幅在0.5～1.5 mm；

熔炼：原材料为生铁、废钢、灰铁回炉料、球铁回炉料、75硅铁、稀土镁硅铁，在熔炼浇注前按球墨铸铁牌号要求的比例进行配料，使各个元素含量满足要求，随后装入中频感应熔炼炉中，装料顺序为大块废钢放在炉底，周围用小块料填实，出炉温度为1550～1570℃；

 球化处理：采用盖包法球化处理，在现有冲入法使用的堤坝式球化包上添加一个包盖，球化剂选用稀土镁合金FeSiMg8RE5，加入量为处理铁液质量的1.3％～1.8％，其块度范围为3～50mm；

孕育处理：孕育剂采用质量百分比70～75% Si、1～2% Ba、1～2% Ca、10～20RE、10～20% Bi、1.0～2.0%Al构成的复合强效孕育剂，加入量为处理铁液质量的1.0%~1.5%，采用三次包内孕育和随流孕育相结合的孕育工艺，在加入球化剂的同时加入孕育剂，合适块度为 20mm～ 40mm ，加入量为总量的60%，出铁到2／3时加入孕育总量的30%，出铁完毕扒渣后将10%的孕育剂撒到铁液表面，随流孕育或倒包孕育加入量为 0 .2 %～ 0 .3 %；

负压浇注；浇注温度1440～1460℃范围内，负压在－0.045MPa～－0.040MPa之间，负压保持时间5～10 min，在铸件凝固形成外壳足以保持铸件形状结构即可卸除；

清理。

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