CN102644017A - 一种球墨铸铁件的脱蜡铸造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种球墨铸铁件的脱蜡铸造工艺，通过对熔炼步骤、球化处理步骤和浇注步骤进行优化，具有以下优点：1、熔炼原料全部采用低碳废钢而不用生铁，大大降低了生产成本；2、通过将出炉前的铁水成分含量控制在特定范围内，从而提高球墨铸铁件的力学性能；3、通过优化球化添加剂的配方，促进球化和孕育效果，通过设计合金体并优化球化顺序，使铁水在球化前与合金体进行预处理来延缓球化衰退，使球化后析出的石墨往晶面发展，避免析出团片状或厚片状石墨，通过在浇注步骤中进行二次孕育，促进石墨化，减少白口倾向，改善石墨形态和分布状况，增加共晶团数量，细化基体组织，从而提高球墨铸铁件的力学性能。

Description

一种球墨铸铁件的脱蜡铸造工艺

技术领域

本发明涉及球墨铸铁件铸造工艺，具体地说是一种球墨铸铁件的脱蜡铸造工艺。

背景技术

目前球墨铸铁件在世界上约70％以上的造型工艺还是传统的湿型砂造型，采用湿型砂造型生产的球墨铸铁件的表观质量较粗糙，尺寸波动较大，且型砂中含有3％～4％的水分，因此铸件机械加工后容易出现皮下气孔、针孔等铸造缺陷，很难满足高质量或出口件的工艺要求。同时，对于带有中空部位的球墨铸铁件，其中空部分在造型时必须放置泥蕊，增加了工序与成本的负担。

脱蜡铸造工艺，又称熔模法或包模铸造法，其属于精密铸造的一种，可以制得尺寸精确、表面光滑且形状复杂的铸件，铸件可不加工或少加工就可直接使用，是一种近净形的金属液态成形工艺，应用非常广泛。因此，采用脱蜡铸造工艺来取代湿型砂造型工艺已成为球墨铸铁件的生产趋势。然而，由于脱蜡铸造工艺生产过程中，模壳需经1000℃左右的高温烧结以保证模壳在浇注过程中具备足够的强度，而烧结后要立刻浇注熔化后的球墨铁水，浇注时模壳的温度仍然为烧结温度，导致浇注后的铁水在模壳中的冷却速度缓慢，使球墨铸铁件的组织晶粒粗大，石墨畸形，球化衰退，导致球墨铸铁件的力学性能大大降低。如何利用脱蜡铸造工艺来制得力学性能优异的球墨铸铁件，则成为本发明的研究方向。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种球墨铸铁件的脱蜡铸造工艺，以制得力学性能优异的球墨铸铁件。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

球墨铸铁件的脱蜡铸造工艺，包括熔炼步骤、球化处理步骤和浇注步骤，

在所述熔炼步骤中，熔炼设备为中频感应电炉，原料为低碳废钢、增碳剂和硅铁，原料配比应使铁水的炉前成分含量控制在以下范围：C：3.75～3.85wt％，Si：1.45～1.55wt％，Mn：0.35～0.45wt％，P≤0.05wt％，S≤0.02wt％；

在所述球化处理步骤中，添加剂为稀土球化剂、合金体、一次孕育剂和覆盖剂；所述稀土球化剂的粒度为5～20mm，Hg含量为4.5～5.0wt％，Re含量为0.5～1.5wt％，Ca含量为1.5～2.5wt％；所述合金体为铋、硅钡合金和镧的混合物；所述一次孕育剂是粒度为1～3mm，Ba含量为1～3wt％的一次孕育剂；所述添加剂的配比为：按铁水处理量，加入占铁水重量1～2.5％的稀土球化剂，0.5～1.5％的一次孕育剂，0.02～0.05％的铋，0.1％的硅钡合金，0.02～0.05％的镧，0.5％的覆盖剂；球化设备为底部带堤坝的球化包，球化包的高度大于或等于球化包的平均直径的1.5倍；球化时，先在球化包底部的堤坝一侧放入合金体，另一侧放入稀土球化剂、一次孕育剂和覆盖剂，所述一次孕育剂覆盖在稀土球化剂上，所述覆盖剂覆盖在一次孕育剂上，然后将熔炼好的铁水从放有合金体的堤坝一侧冲入球化包中直至铁水漫过堤坝与另一侧的稀土球化剂、一次孕育剂和覆盖剂混合；

在所述浇注步骤中，添加剂为二次孕育剂，所述二次孕育剂与一次孕育剂的成分相同而粒度小于1mm；浇注温度为1450℃，浇注时随浇注流加入占铁水重量0.1％的二次孕育剂，每吨铁水在10分钟以内浇注完。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、熔炼原料全部采用低碳废钢而不用生铁，大大降低了生产成本；

2、通过将出炉前的铁水成分含量控制在特定范围内，有利于提高球墨铸铁的球化和孕育效果，并使球墨铸铁件的最终成分含量控制在一定范围内，从而提高球墨铸铁件的力学性能；

3、通过优化球化添加剂的配方，促进球化和孕育效果，通过设计合金体并优化球化顺序，使铁水在球化前与合金体进行预处理来延缓球化衰退，使球化后析出的石墨往晶面发展，避免析出团片状或厚片状石墨，通过在浇注步骤中进行二次孕育，促进石墨化，减少白口倾向，改善石墨形态和分布状况，增加共晶团数量，细化基体组织，从而提高球墨铸铁件的力学性能。

采用本发明的球墨铸铁件的脱蜡铸造工艺，所制得的球墨铸铁件的最终成分为：C：3.7～3.75wt％，Si：2.5～2.6wt％，Hu：0.35～0.45wt％，P≤0.05wt％，S≤0.02wt％，Hg：0.035～0.045wt％，Re：0.015～0.025wt％；经取样金相分析，珠光体约占30％，铁素体约占70％，球化率大于80％，球墨大小级数为5.6级，游离渗碳体和碳化物的总和小于1％；经力学性能测试，抗拉强度可达541MPa，屈服强度可达365MPa，延伸度可达11.8％，硬度可达HB182。由上述分析测试数据可知，采用本发明的球墨铸铁件的脱蜡铸造工艺所制得的球墨铸铁件完全达到球墨铸铁QT500-10的要求标准。

附图说明

图1所示为本发明的实施例1～3的球化处理步骤中所测得的球化衰退曲线与对比例的球化处理步骤中所测得的球化衰退曲线的对比图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施例详予说明。

实施例1

本发明的球墨铸铁件的脱蜡铸造工艺，可参照现有的工艺流程进行，其中包括熔炼步骤、球化处理步骤和浇注步骤，

在所述熔炼步骤中，熔炼设备为中频感应电炉，原料为低碳废钢、增碳剂和硅铁，通过调整原料的配比，使铁水的炉前成分含量控制在：C：3.75wt％，Si：1.45wt％，Mn：0.35wt％，P：0.05wt％，S：0.02wt％；

在所述球化处理步骤中，添加剂为稀土球化剂、合金体、一次孕育剂和覆盖剂；所述稀土球化剂的粒度为5mm，Hg含量为4.5wt％，Re含量为0.5wt％，Ca含量为1.5wt％；所述合金体为铋、硅钡合金和镧的混合物；所述一次孕育剂可选用现有的含钡的一次孕育剂，其粒度为1mm，Ba含量为1wt％；所述添加剂的配比为：按铁水处理量，加入占铁水重量1％的稀土球化剂，0.5％的一次孕育剂，0.02％的铋，0.1％的硅钡合金，0.02％的镧，0.5％的覆盖剂；球化设备为底部带堤坝的球化包，球化包的高度为球化包的平均直径的1.5倍；球化时，先在球化包底部的堤坝一侧放入合金体，另一侧放入稀土球化剂、一次孕育剂和覆盖剂，所述一次孕育剂覆盖在稀土球化剂上，所述覆盖剂覆盖在一次孕育剂上，然后将熔炼好的铁水从放有合金体的堤坝一侧冲入球化包中直至铁水漫过堤坝与另一侧的稀土球化剂、一次孕育剂和覆盖剂混合；

在所述浇注步骤中，添加剂为二次孕育剂，所述二次孕育剂与一次孕育剂的成分相同而粒度为0.9mm；浇注温度为1450℃，浇注时随浇注流加入占铁水重量0.1％的二次孕育剂，每吨铁水在10分钟以内浇注完。

实施例2

本发明的球墨铸铁件的脱蜡铸造工艺，可参照现有的工艺流程进行，其中包括熔炼步骤、球化处理步骤和浇注步骤，

在所述熔炼步骤中，熔炼设备为中频感应电炉，原料为低碳废钢、增碳剂和硅铁，通过调整原料的配比，使铁水的炉前成分含量控制在：C：3.85wt％，Si：1.55wt％，Mn：0.45wt％，P：0.04wt％，S：0.01wt％；

在所述球化处理步骤中，添加剂为稀土球化剂、合金体、一次孕育剂和覆盖剂；所述稀土球化剂的粒度为20mm，Hg含量为5.0wt％，Re含量为1.5wt％，Ca含量为2.5wt％；所述合金体为铋、硅钡合金和镧的混合物；所述一次孕育剂可选用现有的含钡的一次孕育剂，其粒度为3mm，Ba含量为3wt％；所述添加剂的配比为：按铁水处理量，加入占铁水重量2.5％的稀土球化剂，1.5％的一次孕育剂，0.05％的铋，0.1％的硅钡合金，0.05％的镧，0.5％的覆盖剂；球化设备为底部带堤坝的球化包，球化包的高度为球化包的平均直径的2倍；球化时，先在球化包底部的堤坝一侧放入合金体，另一侧放入稀土球化剂、一次孕育剂和覆盖剂，所述一次孕育剂覆盖在稀土球化剂上，所述覆盖剂覆盖在一次孕育剂上，然后将熔炼好的铁水从放有合金体的堤坝一侧冲入球化包中直至铁水漫过堤坝与另一侧的稀土球化剂、一次孕育剂和覆盖剂混合；

在所述浇注步骤中，添加剂为二次孕育剂，所述二次孕育剂与一次孕育剂的成分相同而粒度为0.6mm；浇注温度为1450℃，浇注时随浇注流加入占铁水重量0.1％的二次孕育剂，每吨铁水在10分钟以内浇注完。

实施例3

本发明的球墨铸铁件的脱蜡铸造工艺，可参照现有的工艺流程进行，其中包括熔炼步骤、球化处理步骤和浇注步骤，

在所述熔炼步骤中，熔炼设备为中频感应电炉，原料为低碳废钢、增碳剂和硅铁，通过调整原料的配比，使铁水的炉前成分含量控制在：C：3.80wt％，Si：1.50wt％，Mn：0.40wt％，P：0.01wt％，S：0.005wt％；

在所述球化处理步骤中，添加剂为稀土球化剂、合金体、一次孕育剂和覆盖剂；所述稀土球化剂的粒度为10mm，Hg含量为4.8wt％，Re含量为1.0wt％，Ca含量为2.0wt％；所述合金体为铋、硅钡合金和镧的混合物；所述一次孕育剂可选用现有的含钡的一次孕育剂，其粒度为2mm，Ba含量为2wt％；所述添加剂的配比为：按铁水处理量，加入占铁水重量2.0％的稀土球化剂，1.0％的一次孕育剂，0.03％的铋，0.1％的硅钡合金，0.03％的镧，0.5％的覆盖剂；球化设备为底部带堤坝的球化包，球化包的高度为球化包的平均直径的2倍；球化时，先在球化包底部的堤坝一侧放入合金体，另一侧放入稀土球化剂、一次孕育剂和覆盖剂，所述一次孕育剂覆盖在稀土球化剂上，所述覆盖剂覆盖在一次孕育剂上，然后将熔炼好的铁水从放有合金体的堤坝一侧冲入球化包中直至铁水漫过堤坝与另一侧的稀土球化剂、一次孕育剂和覆盖剂混合；

在所述浇注步骤中，添加剂为二次孕育剂，所述二次孕育剂与一次孕育剂的成分相同而粒度为0.1mm；浇注温度为1450℃，浇注时随浇注流加入占铁水重量0.1％的二次孕育剂，每吨铁水在10分钟以内浇注完。

测试分析：

1、化学成分检测

通过对实施例1～3所制得的球墨铸铁件进行化学成分检测得到，球墨铸铁件的最终成分为：C：3.7～3.75wt％，Si：2.5～2.6wt％，Hu：0.35～0.45wt％，P≤0.05wt％，S≤0.02wt％，Hg：0.035～0.045wt％，Re：0.015～0.025wt％。

2、金相分析

通过对实施例1～3所制得的球墨铸铁件进行取样金相分析得到，在球墨铸铁件中，珠光体约占30％，铁素体约占70％，球化率大于80％，球墨大小级数为5.6级，游离渗碳体和碳化物的总和小于1％。

3、力学性能测试

通过对实施例1～3所制得的球墨铸铁件进行力学性能测试得到，球墨铸铁件的抗拉强度可达541MPa，屈服强度可达365MPa，延伸度可达11.8％，硬度可达HB182。

通过实验1～3可知，采用本发明的球墨铸铁件的脱蜡铸造工艺所制得的球墨铸铁件完全达到了球墨铸铁QT500-10的要求标准。

4、球化衰退对比

对比例：在球化处理步骤中，添加剂不包含合金体；球化时，熔炼好的铁水直接冲入放有稀土球化剂、一次孕育剂和覆盖剂的球化包中。其他步骤均与本发明相同。

将实施例1～3的球化处理步骤中所测得的球化衰退曲线与对比例的球化处理步骤中所测得的球化衰退曲线进行对比，对比结果如图1所示，其中实线表示实施例1～3的球化衰退曲线，虚线表示对比例的球化衰退曲线。

由图1所示可知，在球化处理步骤中，加入本发明的合金体进行预处理之后，球化率可以保持18分钟不衰退，而不经过合金体预处理的对比例，球化率从一开始就衰退，不能保持球化率，不能保证球化级数和铸件球化质量。

从上述分析可知，本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、熔炼原料全部采用低碳废钢而不用生铁，大大降低了生产成本；

2、通过将出炉前的铁水成分含量控制在特定范围内，有利于提高球墨铸铁的球化和孕育效果，并使球墨铸铁件的最终成分含量控制在一定范围内，从而提高球墨铸铁件的力学性能；

3、通过优化球化添加剂的配方，促进球化和孕育效果，通过设计合金体并优化球化顺序，使铁水在球化前与合金体进行预处理来延缓球化衰退，使球化后析出的石墨往晶面发展，避免析出团片状或厚片状石墨，通过在浇注步骤中进行二次孕育，促进石墨化，减少白口倾向，改善石墨形态和分布状况，增加共晶团数量，细化基体组织，从而提高球墨铸铁件的力学性能。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (1)

1.球墨铸铁件的脱蜡铸造工艺，包括熔炼步骤、球化处理步骤和浇注步骤，其特征在于：

在所述熔炼步骤中，熔炼设备为中频感应电炉，原料为低碳废钢、增碳剂和硅铁，原料配比应使铁水的炉前成分含量控制在以下范围：C：3.75～3.85wt％，Si：1.45～1.55wt％，Mn：0.35～0.45wt％，P≤0.05wt％，S≤0.02wt％；

在所述球化处理步骤中，添加剂为稀土球化剂、合金体、一次孕育剂和覆盖剂；所述稀土球化剂的粒度为5～20mm，Hg含量为4.5～5.0wt％，Re含量为0.5～1.5wt％，Ca含量为1.5～2.5wt％；所述合金体为铋、硅钡合金和镧的混合物；所述一次孕育剂是粒度为1～3mm，Ba含量为1～3wt％的一次孕育剂；所述添加剂的配比为：按铁水处理量，加入占铁水重量1～2.5％的稀土球化剂，0.5～1.5％的一次孕育剂，0.02～0.05％的铋，0.1％的硅钡合金，0.02～0.05％的镧，0.5％的覆盖剂；球化设备为底部带堤坝的球化包，球化包的高度大于或等于球化包的平均直径的1.5倍；球化时，先在球化包底部的堤坝一侧放入合金体，另一侧放入稀土球化剂、一次孕育剂和覆盖剂，所述一次孕育剂覆盖在稀土球化剂上，所述覆盖剂覆盖在一次孕育剂上，然后将熔炼好的铁水从放有合金体的堤坝一侧冲入球化包中直至铁水漫过堤坝与另一侧的稀土球化剂、一次孕育剂和覆盖剂混合；

在所述浇注步骤中，添加剂为二次孕育剂，所述二次孕育剂与一次孕育剂的成分相同而粒度小于1mm；浇注温度为1450℃，浇注时随浇注流加入占铁水重量0.1％的二次孕育剂，每吨铁水在10分钟以内浇注完。

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