CN103388112B - 球墨铸铁曲轴的组份及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
一种墨铸铁曲轴的生产方法，其组成成份按质量百分比计：C为3.6％-4.0％，Si为1.9％-2.4％，S为≤0.020％，P为≤0.025％，Mn为0.25％-0.65％，Cu为0.50％-0.85％，Sb为0.002％-0.008％，Sn为0.01％-0.02％，余量为Fe，通过加料熔化、保温、球化、孕育及浇注等步骤获得的球墨铸铁曲轴的熔炼组份，其熔炼后铸造成型的成品球墨铸铁曲轴的强度、硬度及韧性同时提高。克服了现有的球墨铸铁曲轴材料在具有很高的强度的同时，不能具备高的韧性；或者具有高的韧性的同时，强度却不能满足使用要求的缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及由球墨铸铁制成的曲轴的组成成份，具体地说是一种具有高强度、高韧性的球墨铸铁曲轴的组份以及提供其生产方法。
背景技术
曲轴是发动机的关键部件之一，曲轴在工作时承受大的负荷和不断变化的弯矩及扭矩作用，曲轴的强度和刚度对发动机的可靠性有决定性影响。曲轴常见的失效形式有强度值不足导致的疲劳断裂及硬度值低造成的磨损，因此在曲轴的生产制造过程中对其强度、硬度及韧性提出了很高的要求。
球墨铸铁曲轴因具有良好的耐磨性、减震性、可加工性以及高的性价比，目前在柴油机械等重型设备中广泛采用，所用球墨铸铁曲轴的硬度值在240HB-260HB之间，抗拉强度为815MPa，延伸率为2.3％。为实现节能减排的要求，目前中等功率的发动机在向着高速、高功率、增压方向发展，这样使曲轴所承受的载荷增加，传送的弯矩及扭矩更大而且变化更加频繁，所以对曲轴材料的综合机械性能提出更高的要求。现有的球墨铸铁曲轴存在突出的问题在于不能在保证高强度的同时兼有高的韧性，所以现有的球墨铸铁曲轴的制造材料本身的特性成为制约高速化、高功率化，实现节能减排发展目的的首要因素。
发明内容
本发明解决了球墨铸铁曲轴不能兼有高强度、高韧性的技术问题，从而提供一种球墨铸铁曲轴的组份。
本发明解决其技术问题所采取的具体方案是：
一种球墨铸铁曲轴的生产方法，所述球墨铸铁曲轴含有的化学元素包括C、Si、S、P、Mn、Cu、Sb、Sn、Fe，所述各组份按质量百分比计：C 为3.6％-4.0％，Si为1.9％-2.4％，S为≤0.020％，P为≤0.025％，Mn为0.25％-0.65％，Cu为0.50％-0.85％，Sb为0.002％-0.008％ ，Sn为0.01％-0.02 ％，余量为Fe；其生产方法为：
（1）加料熔化
将原料加入冶炼炉中进行熔化，熔化过程的温度确保保持在1300℃至1380℃；熔化后进行成份检测和成份调整，进行成份检测和成份调整时的温度要小于1465℃，成份调整合格后升温至1475℃至1510℃进行过热处理，过热处理3min至10min后出铁，同时启动另一冶炼炉；
（2）保温
将上述冶炼好的铁水倒进保温包内进行保温，后熔化的铁水调整好成份和温度后倒进一重型保温包内，在将保温包内的铁水回炉加热后也倒进该重型保温包内；
（3）球化
将上述集中在重型保温包内的铁水运送到浇注现场，将球化剂加入到球化包中，然后进行包对包出铁，铁水倒出60%后停止倾倒，球化反应开始，球化开始3min后，将剩余的铁水倒出，铁水倒出后吹入惰性气体；
（4）孕育
球化反应进行至2min至3min再次倒出剩余铁水时，向专用孕育槽中加入含Cu的孕育剂；
（5）浇注。
进一步，所述球墨铸铁曲轴组份中所含的C、Si、S、P、Mn、Cu、Sb、Sn、Fe，按质量百分比计：C为3.8％-4.0％，Si为2.0％-2.4％，S为≤0.012％，P为≤0.02％，Mn为0.36％-0.65％，Cu为0.60％-0.85％，Sb为0.0045％-0.0055％ ，Sn为0.01％-0.015 ％，余量为Fe。
进一步，所述球墨铸铁曲轴组份中所含的C、Si、S、P、Mn、Cu、Sb、Sn、Fe，其按质量百分比计：C为3.8％-4.0％，Si为2.0％-2.31％，S为≤0.012％，P为≤0.02％，Mn为0.36％-0.52％，Cu为0.60％-0.85％，Sb为0.0045％-0.0055％ ，Sn为0.01％-0.015％，余量为Fe。
进一步，所述球墨铸铁曲轴组份中所含的C、Si、S、P、Mn、Cu、Sb、Sn、Fe，其按质量百分比计：C为3.8％，Si为2.0％，S为0.012％，P为0.02％，Mn为0.36％，Cu为0.60％，Sb为0.005％，Sn为0.013％，余量为Fe。
进一步，所述球墨铸铁曲轴组份中还包括Bi，其质量百分比为0.002％-0.005％。
进一步，所述球墨铸铁曲轴组份中还包括Ca、Mg和稀土，它们的质量百分比依次是：Ca为0.003％-0.004％、Mg为0.0025％-0.003％、稀土为0.006％-0.01％。
进一步，所述球墨铸铁曲轴组份中还包括Bi，其质量百分比为0.001％-0.0035％。
本发明的优点在于：通过本发明提供的球墨铸铁曲轴的生产方法，铸造成型的成品球墨铸铁曲轴的强度、硬度及韧性同时提高，克服了现有的球墨铸铁曲轴材料在具有很高的强度的同时，不能具备高的韧性；或者具有高的韧性的同时，强度却不能满足使用要求的缺陷。
具体实施方式
为进一步说明本发明的技术方案，下面结合具体实施例对其作详细说明。
实施方式一，球墨铸铁曲轴的生产方法，该球墨铸铁曲轴的组份为C、Si、S、P、Mn、Cu、Sb、Sn、Fe，所述各组份按质量百分比计：C为3.6％-4.0％，Si为1.9％-2.4％，S为≤0.020％，P为≤0.025％，Mn为0.25％-0.65％，Cu为0.50％-0.85％，Sb为0.002％-0.008％ ，Sn为0.01％-0.02 ％，余量为Fe。
本发明的具体实现方法如下：
（1）加料熔化
将原料加入冶炼炉中进行熔化，熔化过程的温度确保保持在1300℃至1380℃；熔化后进行成份检测和成份调整，进行成份检测和成份调整时的温度要小于1465℃，成份调整合格后升温至1475℃至1510℃进行过热处理，过热处理3min至10min后出铁，同时启动另一冶炼炉。
（2）保温
将上述冶炼好的铁水倒进保温包内进行保温，后熔化的铁水调整好成份和温度后倒进一重型保温包内，在将保温包内的铁水回炉加热后也倒进该重型保温包内。
（3）球化
将上述集中在重型保温包内的铁水运送到浇注现场，将Sb和Sn加入到球化包中，然后进行包对包出铁，铁水倒出60%后停止倾倒，球化反应开始，球化开始3min后，将剩余的铁水倒出，铁水倒出后吹入惰性气体。
（4）孕育
球化反应进行至2min至3min再次倒出剩余铁水时，向专用孕育槽中加入含Cu的孕育剂。
（5）浇注
将Sb和Sn加入到球化包中，Cu配置到孕育包中，充分发挥合金化作用，加强孕育效果，能使石墨球圆整度提高、数量增加，同时能够稳定、细化球光体数量，提高材料的综合机械性能。
铸造成型后对曲轴按照现有技术中的实际标准热处理工艺处理：首先，在900摄氏度温度下保温2个小时；然后进行正火处理，正火处理时要确保曲轴各部位冷却均匀一致，以提高正火后的材料组织的一致性，保证了材料性能均匀一致；正火处理后在580摄氏度条件下回火处理，保温2小时。
所得球墨铸铁曲轴产品的最佳组份比，按质量百分比计为：C为3.8％，Si为2.0％，S为0.012％，P为0.02％，Mn为0.36％，Cu为0.60％，Sb为 0.005％，Sn 为0.013％，余量为 Fe
①对所得曲轴的机械性能进行检测，检测结果如下：
抗拉强度（MPa） 延伸率（％） 硬度（HB） 备注
1080 5.5 280-330 QT900-5
②原有的曲轴材质的机械性能检测结果为：
抗拉强度（MPa） 延伸率（％） 硬度（HB） 备注
815 2.3 240-260 QT800-2
实施方式二，在上述实施方式中，向球化包中加入Sb和Sn的同时可以加入质量百分比为0.002％-0.005％的Bi，来进一步改善球化效果。
实施方式三，本发明所涉及的球墨铸铁曲轴的生产方法，其球墨铸铁曲轴的组份中还可以包括Ca、Mg和稀土，其中稀土宜选用Ce基或者Y基稀土矿，它们的质量百分比依次是：Ca为0.003％-0.004％、Mg为0.0025％-0.003％、稀土为0.006％-0.01％。Ca、Mg和稀土三者是作为复合球化剂来使用的。此外，在实施方式二的基础上，结合本实施方式，将Bi的质量百分比设为0.001％-0.0035％。球墨铸铁中因为有稀土及微量的Bi和Sb，所以使得石墨球数显著增加，石墨球变得更细小、圆整，性能进一步得以改善。
Claims (7)
1.一种球墨铸铁曲轴的生产方法，所述球墨铸铁曲轴含有的化学元素包括C、Si、S、P、Mn、Cu、Sb、Sn、Fe，所述各组份按质量百分比计：C 为3.6％-4.0％，Si为1.9％-2.4％，S为≤0.020％，P为≤0.025％，Mn为0.25％-0.65％，Cu为0.50％-0.85％，Sb为0.002％-0.008％ ，Sn为0.01％-0.02 ％，余量为Fe；其生产方法为：
（1）加料熔化
将原料加入冶炼炉中进行熔化，熔化过程的温度确保保持在1300℃至1380℃；熔化后进行成份检测和成份调整，进行成份检测和成份调整时的温度要小于1465℃，成份调整合格后升温至1475℃至1510℃进行过热处理，过热处理3min至10min后出铁，同时启动另一冶炼炉；
（2）保温
将上述冶炼好的铁水倒进保温包内进行保温，后熔化的铁水调整好成份和温度后倒进一重型保温包内，在将保温包内的铁水回炉加热后也倒进该重型保温包内；
（3）球化
将上述集中在重型保温包内的铁水运送到浇注现场，将球化剂加入到球化包中，然后进行包对包出铁，铁水倒出60%后停止倾倒，球化反应开始，球化开始3min后，将剩余的铁水倒出，铁水倒出后吹入惰性气体；
（4）孕育
球化反应进行至2min至3min再次倒出剩余铁水时，向专用孕育槽中加入含Cu的孕育剂；
（5）浇注。
2.根据权利要求1所述的球墨铸铁曲轴的生产方法，其特征是：所述球墨铸铁曲轴组份中所含的C、Si、S、P、Mn、Cu、Sb、Sn、Fe，按质量百分比计：C为3.8％-4.0％，Si为2.0％-2.4％，S为≤0.012％，P为≤0.02％，Mn为0.36％-0.65％，Cu为0.60％-0.85％，Sb为0.0045％-0.0055％ ，Sn为0.01％-0.015 ％，余量为Fe。
3.根据权利要求2所述的球墨铸铁曲轴的生产方法，其特征是：所述球墨铸铁曲轴组份中所含的C、Si、S、P、Mn、Cu、Sb、Sn、Fe，其按质量百分比计：C为3.8％-4.0％，Si为2.0％-2.31％，S为≤0.012％，P为≤0.02％，Mn为0.36％-0.52％，Cu为0.60％-0.85％，Sb为0.0045％-0.0055％ ，Sn为0.01％-0.015％，余量为Fe。
4.根据权利要求3所述的球墨铸铁曲轴的生产方法，其特征是：所述球墨铸铁曲轴组份中所含的C、Si、S、P、Mn、Cu、Sb、Sn、Fe，其按质量百分比计：C为3.8％，Si为2.0％，S为0.012％，P为0.02％，Mn为0.36％，Cu为0.60％，Sb为0.005％，Sn为0.013％，余量为Fe。
5.根据权利要求1或2或3所述的球墨铸铁曲轴的生产方法，其特征是：所述球墨铸铁曲轴组份中还包括Bi，其质量百分比为0.002％-0.005％。
6.根据权利要求1或2或3所述的球墨铸铁曲轴的生产方法，其特征是：所述球墨铸铁曲轴组份中还包括Ca、Mg和稀土，它们的质量百分比依次是：Ca为0.003％-0.004％、Mg为0.0025％-0.003％、稀土为0.006％-0.01％。
7.根据权利要求6所述的球墨铸铁曲轴的生产方法，其特征是：所述球墨铸铁曲轴组份中还包括Bi，其质量百分比为0.001％-0.0035％。
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PP01 | Preservation of patent right |
Effective date of registration: 20201215 Granted publication date: 20150902 |
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| PP01 | Preservation of patent right | ||
| PD01 | Discharge of preservation of patent |
Date of cancellation: 20231215 Granted publication date: 20150902 |
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| PD01 | Discharge of preservation of patent |