CN103924149A - 一种压缩机球墨铸铁曲轴及其制造方法 - Google Patents

一种压缩机球墨铸铁曲轴及其制造方法 Download PDF

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郑巨澜
黄为
廖成智
陈建平
童攀
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Abstract

本发明提供了一种压缩机球铁曲轴及其制备方法。产品珠光体量在40~70%范围,整体珠光体含量偏差值小于20%。硬度在180~230HB范围;整体硬度差值小于35HB。通过控制Ni、Mo含量,稳定细化珠光体,改善组织均匀性,提高综合力学性能。采用封闭式浇注系统。曲轴本体硬度差值小,整体硬度下降,加工性能好;提高了产品珠光体量值;减少了产品中气孔和夹渣缺陷的产生,降低了废品率,提高了市场竞争力。

Description

一种压缩机球墨铸铁曲轴及其制造方法
技术领域
本发明涉及冶金与球墨铸铁合金领域,具体指一种压缩机球墨铸铁曲轴及其制造方法。
背景技术
曲轴是旋转式压缩机的重要零件之一,是传递电动机动能进行高速旋转,在气缸中将套在偏心轴上的活塞与阀片进行高速接触滑动,引起气室容积变化,形成具有一定压力的压缩性气体。曲轴铸件要求有高的抗拉强度和疲劳强度,同时要有高的冲击韧性,且要有均匀的硬度,这些性能在曲轴铸件产品上都必须具备。
中国专利03116954.6公开了一种空调压缩机球铁曲轴及其制备方法,其抗拉强度≥560MPa,延伸率≥6%,球化率≥80%,珠光体量在30~70%范围,整体珠光量差值小于20%,硬度值175~240HB范围,整体硬度差值小于38HB。然而,虽然记载了珠光体量为30~70%的范围,根据实施例的数据,该空调压缩机球铁曲轴的珠光体含量仅为35~40%之间。
发明内容
本发明的目的在于提供铁曲轴及其制造方法,使曲轴整体的珠光体量差值及硬度差值小于现有技术的曲轴,曲轴的材质全面达到技术条件,机械加工性能良好。
即提供一种压缩机球墨铸铁曲轴,其抗拉强度≥550MPa,优选550~600MPa,延伸率≥7%,优选7.0~7.5%,球化率≥85%,优选85~90%,特点在于,珠光体量在40%-70%之间,优选稳定在40~50%的范围,整体珠光体量差值小于20%,优选≤5%,硬度在180-230HB之间,整体硬度差值小于35HB,所述球墨铸铁曲轴的组成成份质量比为C:3.5%-3.8%、Si:2.4%-2.8%、Mn:0.2%-0.4%、P:≤0.07%、S:≤0.02%、Mg:0.03%-0.05%、Ni:0.5%-0.7%、Mo:0.2%-0.4%、Re:0.02%-0.04%,余量为Fe。
压缩机球墨铸铁曲轴技术要求:
1、曲轴材料技术要求:
1)、材质:QT550-7
2)、金相组织:球化率≥85%,珠光体量:40%-70%
3)、化学成分列表(%):
C Si Mn P S Mg RE Ni Mo
3.5-3.8 2.4-2.8 0.2-0.4 ≤0.07 ≤0.02 0.03-0.05 0.02-0.04 0.5-0.7 0.2-0.4
4)、机械性能:抗拉强度≥550MPa,延伸率≥7%,硬度在180-230HB。
本发明通过1)把Ni含量控制在0.5%-0.7%之间,把Mo含量控制在0.2%-0.4%之间;2)、降低Mn含量,控制在0.4%以内,可以获得上述性能的压缩机球墨铸铁曲轴。
根据本发明的另一个方面,提供了上述压缩机球墨铸铁曲轴的制造方法,其特征在于,使用例如年产10000吨消失模柔性自动造型生产线铸造,用例如3000Kg中频感应电炉熔炼铁水,球化孕育处理后用封闭式浇注系统进行浇注,其中,控制铁水组成,使得球墨铸铁曲轴的组成成份质量比为C:3.5%-3.8%、Si:2.4%-2.8%、Mn:0.2%-0.4%、P:≤0.07%、S:≤0.02%、Mg:0.03%-0.05%、Ni:0.5%-0.7%、Mo:0.2%-0.4%、Re:0.02%-0.04%,余量为Fe。
本发明通过把Ni含量控制在0.5%-0.7%之间,把Mo含量控制在0.2%-0.4%之间;降低Mn含量,控制在0.4%以内,可以将珠光体量稳定在40~70%,优选40~50%。
另外,通过采用封闭式浇注系统,在有一定的浇注压力的情况下,使曲轴避免产生夹渣、气孔等诸多铸造缺陷,降低铸造废品率。
本发明具有如下效果:
1、选择控制Ni、Mo元素含量作为稳定细化珠光体量的措施;
2、在保证珠光体含量40%~50%的同时,降低Mn含量,降低曲轴整体硬度,进一步改善机械加工性能;
3、本发明采用消失模真空铸造浇注系统,减少曲轴极易产生的气孔和夹渣现象,大大降低了废品率;
4、本发明曲轴产品各项技术指标全面达标,产品加工废品率小于1%,综合铸造废品率小于3%。
附图说明
图1为本发明曲轴解剖检测点图。
图2为本发明曲轴白模在砂箱中布置简图。
图3为本发明曲轴产品生产工艺流程图。
具体实施方式
结合附图对本发明的实施方式做详细说明。
实施例1
制备方法按照图3所示的步骤来进行。如图3所示,主要包括配料、电炉熔炼、球化处理、孕育处理、浇注,真空保压冷却、浇冒口去除、化学成分及材质检验,抛丸处理、打磨、抛丸处理,成品检验入库。本曲轴选用消失模造型生产线进行浇注,用3000Kg中频感应电炉熔炼铁水,球化孕育处理后进行浇注。
1、造型工艺方案
1)如图2所示,沙砂箱尺寸为1400×1200×1200,根据曲轴尺寸尽可能多的安排去曲轴白模。
2)为使进入型腔的铁水减少冲击力,浇口杯与直浇道错开。为使型腔内气体彻底排出,在浇注时真空排气要进行4-5分钟;
3)因为采用了消失模造型工艺,大大减少了曲轴的气孔、夹渣缺陷,使产品废品率控制在1%以下;
2、熔炼工艺方案
1)铁水是用3000Kg中频感应电炉熔炼的,当铁料熔清后,温度达到1450℃时,取样分析化学成分,当铁水成份达到要求后,在铁水温度达到工艺规定时,就进入球化孕育及浇注工序;
2)化学成份中,选择中碳和众硅。碳当量控制在3.5-3.8%之间,Mn含量控制在0.20-0.40%之间,把Ni含量控制在0.5%-0.7%之间,把Mo含量控制在0.2%-0.4%之间保证有40%~50%左右的珠光体,使曲轴硬度不至于过高,化学成分选择如下表所示:曲轴化学成分(%)
元素 C Si Mn P S Mg Re Ni Mo
铁水 3.6-3.9 1.8-2.0 0.2-0.4 ≤0.07 ≤0.02
成品 3.5-3.8 2.4-2.8 0.2-0.4 ≤0.07 ≤0.02 0.03-0.05 0.02-0.04 0.5-0.7 0.2-0.4
3)球化与孕育处理因为是电炉熔炼铁水,为防止产生气孔、夹渣缺陷,需有较高的球化处理和浇注温度,所以选用低镁低稀土球化剂。球化剂粒度在3-10mm之间。球化剂化学成分如下图所示
元素 Mg Re Ca Si Al Fe
含量% 5.3-5.5 1.4-2.3 1.2-2.3 40-45 ≤1.0 余量
为了保证孕育剂中含铝量较低,防止产生气孔缺陷,选择FeSi75孕育剂,其粒度为1-3mm。
球化和孕育处理工艺:球化处理在包底有堤坝的250Kg球化包进行。球化剂放入预热过的球化包反应室中椿紧后再覆盖厚度3-5mm的球铁销(干净、无锈、无油)并预热,在椿紧后即可进行球化处理。球化处理时铁水流向反应室对面,第一次加铁水150-180Kg,待球化反应结束后,扒掉浮渣加入孕育剂进行搅拌,接着补加铁水70-100Kg。最后再搅拌、扒渣二次后,盖上覆盖剂进行浇注。
球化、孕育及浇注的工艺参数是:球化剂加入量1.4-1.5%,孕育剂加入量0.5-0.8%,球化处理温度1550-1560℃,浇注温度1400-1450℃。
曲轴经取样检测,其硬度和珠光体检测结果如下表所示,曲轴检测点见附图1。
4)曲轴硬度和珠光体检测结果
5)在上表浇注的曲轴中,各抽取一件已加工成∮11的实棒,进行机械性能试验,结果为一批抗拉强度565MPa,延伸率为7.2%,另一批抗拉强度572MPa,延伸率为7.5%。另经检测,产品无气孔和夹渣缺陷,成品率100%。
以上在限制Mn含量小于0.40%的条件下,用控制Ni、Mo来调整曲轴珠光体量的方法效果很好,测试结果符合曲轴技术条件。
对比例1
按照与实施例1同样的方法,只是曲轴化学成分(%)如下:
元素 C Si Mn P S Mg Re Ni Mo
铁水 3.6-3.9 1.8-2.0 0.2-0.4 ≤0.07 ≤0.02
成品 3.5-3.8 2.4-2.8 0.2-0.4 ≤0.07 ≤0.02 0.03-0.05 0.02-0.04 0.3 0
其硬度和珠光体检测结果如下表所示:

Claims (2)

1.一种压缩机球墨铸铁曲轴,其特征在于,抗拉强度≥550MPa,延伸率≥7%,球化率≥85%,珠光体含量范围在40%-70%之间,优选40~50%,整体珠光体量差值小于20%,硬度在180-230HB之间,整体硬度差值小于35HB,所述球墨铸铁曲轴的组成成份质量比为C:3.5%-3.8%、Si:2.4%-2.8%、Mn:0.2%-0.4%、P:≤0.07%、S:≤0.02%、Mg:0.03%-0.05%、Ni:0.5%-0.7%、Mo:0.2%-0.4%、Re:0.02%-0.04%,余量为Fe。
2.权利要求1所述的压缩机球墨铸铁曲轴的制造方法,其特征在于,使用消失模柔性自动造型生产线铸造,用中频感应电炉熔炼铁水,球化孕育处理后用封闭式浇注系统进行浇注,其中,控制铁水组成,使得球墨铸铁曲轴的组成成份质量比为C:3.5%-3.8%、Si:2.4%-2.8%、Mn:0.2%-0.4%、P:≤0.07%、S:≤0.02%、Mg:0.03%-0.05%、Ni:0.5%-0.7%、Mo:0.2%-0.4%、Re:0.02%-0.04%,余量为Fe。
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