CN104962802A - 一种凸轮轴用孕育剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种凸轮轴用孕育剂，其配方按重量百分比计包括：Si：65～70％，Al：0.03～0.05％，Ca：0.1～0.3％，Ba：0.2～0.5％，Cr：3.5～4.5％，V：0.03～0.05％，稀土：5.5～7.5％，Fe₃O₄：0.5～1％，余量为Fe。采用本发明提供的凸轮轴用孕育剂，能够改善凸轮轴的综合性能，并提高孕育效率。

Description

一种凸轮轴用孕育剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于孕育剂技术领域，特别涉及一种制备凸轮轴时专用的孕育剂和制备方法，以及该孕育剂在制备凸轮轴方面的应用。

背景技术

孕育剂是一种可促进石墨形成、减少白口倾向、改善石墨形态和分布状况，增加共晶团数量、细化基体组织的添加剂。目前使用最广泛的75硅铁孕育剂。

激冷球铁凸轮轴是汽车发动机的关键部件之一。随着汽车工业的发展，其发动机功率越来越高，对凸轮轴性能要求也越来越高。由于凸轮表面与挺杆之间有很高的接触应力和较快的相对滑动速度，并且在机械运动过程中产生高温，所以在凸轮表面经常出现擦伤、点蚀、磨损、边缘龟裂和剥落等缺陷。激冷球铁凸轮轴要求凸轮(激冷区)具有非常高的耐磨性和抗剥落性，而非加工轴颈(非激冷区)具有一定的韧性、支撑轴颈具有较好的加工性能，因此凸轮轴的生产工艺复杂、难度大。

采用现有铸造业采用的75硅铁孕育剂生产出来的凸轮轴在金相组织、硬度、耐磨性、加工性能等方面都有很多不足之处，造成产品不稳定。为了改善上述不足，部分厂家开始在硅铁孕育剂中增加其它材料制备复合孕育剂，如铬、稀土等。然而，在添加上述材料时，会引入新的问题，不能同时提高凸轮轴的综合性能。如添加铬虽然可以有利于凸轮轴白口组织形成，但其会使凸轮轴的心部产生渗碳体，进而导致凸轮轴硬度下降。

发明内容

本发明的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种同时适用于激冷区和非激冷区，并能够同时改善凸轮轴多方面性能的凸轮轴用孕育剂。

本发明的另一目的在于提供一种上述凸轮轴用孕育剂的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述凸轮轴孕育剂在凸轮轴铸造方面的应用。

为达到上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种凸轮轴用孕育剂，其配方按重量百分比计包括：Si：60～75％，Al：0.01～1.0％，Ca：0.05～0.5％，Ba：0.1～1.0％，Cr：3～5％，V：0.03～0.05％，稀土：5～8％，Fe₃O₄：0.5～1.5％，余量为Fe。

上述凸轮轴用孕育剂，优选的技术方案中，配方按重量百分比计包括：Si：65～70％，Al：0.03～0.05％，Ca：0.1～0.3％，Ba：0.2～0.5％，Cr：3.5～4.5％，V：0.03～0.05％，稀土：5.5～7.5％，Fe₃O₄：0.5～1％，余量为Fe。

上述凸轮轴用孕育剂，优选的技术方案中，进一步包括按重量百分比计0.5～1％的Mn。

上述凸轮轴用孕育剂所用的稀土为La、Ce、Pr中的至少一种。

上述凸轮轴用孕育剂的制备方法包括以下步骤：

(1)按重量百分比计60～75％的Si，0.01～1.0％的Al，0.05～0.5％的Ca，0.1～1.0％的Ba，3～5％的Cr，0.03～0.05％的V，5～8％的稀土，0～1％的Mn以及余量为Fe的原料混合均匀后放入电炉中，重熔后浇注成块体，并将块体粉碎成平均粒径为50～100μm的合金粉末；

(2)将得到的上述合金粉末以及平均粒径在50～100μm的重量百分比为0.5～1.5％的Fe₃O₄粉末加入到混合容器中，混合均匀后与合金粉末和Fe₃O₄粉末总重量3～5％的硅酸钠溶液一起加入到碾压装置中压制成团，最后粉碎成平均粒径为200～500μm即可。

上述凸轮轴用孕育剂在凸轮轴铸造中的应用，按出炉铁水重量计0.05～0.1％进行添加。

本发明提供的上述凸轮轴用孕育剂技术方案具有以下有益效果：

1、通过添加Fe₃O₄能够增加共晶核数，可以在孕育剂添加量低的情况下获得较好的抑制碳化铁的能力，并改善了重现率及稳定性，延长了孕育时间。

2、添加的Cr、V能够降低稳定系共晶温度和介稳定性共晶温度之差，在激冷部位形成致密、均匀、清晰的白口组织，获得更均匀的白口深度。

3、添加的稀土不仅具有防止磷等偏析的现象，还能够阻止异性石墨的产生，获得A型石墨。

4、添加的Al、Ca、Ba、Si等协同作用，可以提高凸轮轴的力学性能，使凸轮轴具有良好的抗拉强度和耐磨性。

5、添加的Al、Ba、Mn改善了凸轮轴的可加工性能和使用性能。

6、添加的Ba能够促进珠光体形成元素，能够增加珠光体量，细化珠光体，提高铸铁强度。

7、细化的孕育剂结构(200～500μm)能够均匀分散在铁水中，增大其余钢水的接触面积，提高孕育效率。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1(制备孕育剂)

按重量百分比计60％的Si，1.0％的Al，0.5％的Ca，1.0％的Ba，5％的Cr，0.05％的V，8％的La，1％的Mn以及21.95％的Fe混合均匀后放入电炉中，重熔后浇注成块体，并将块体粉碎成平均粒径为50μm的合金粉末；将得到的上述合金粉末以及平均粒径在50μm的重量百分比为1.5％的Fe₃O₄粉末加入到混合容器中，混合均匀后与合金粉末和Fe₃O₄粉末总重量5％的硅酸钠溶液一起加入到碾压装置中压制成团，最后粉碎成平均粒径为200μm即可。

实施例2(制备孕育剂)

按重量百分比计75％的Si，0.01％的Al，0.05％的Ca，0.1％的Ba，3％的Cr，0.03％的V，5％的Ce以及16.31％的Fe混合均匀后放入电炉中，重熔后浇注成块体，并将块体粉碎成平均粒径为100μm的合金粉末；将得到的上述合金粉末以及平均粒径在100μm的重量百分比为0.5％的Fe₃O₄粉末加入到混合容器中，混合均匀后与合金粉末和Fe₃O₄粉末总重量3％的硅酸钠溶液一起加入到碾压装置中压制成团，最后粉碎成平均粒径为500μm即可。

实施例3(制备孕育剂)

按重量百分比计65％的Si，0.05％的Al，0.3％的Ca，0.5％的Ba，4.5％的Cr，0.05％的V，7.5％的Pr、1％的Mn以及20.1％的Fe混合均匀后放入电炉中，重熔后浇注成块体，并将块体粉碎成平均粒径为80μm的合金粉末；将得到的上述合金粉末以及平均粒径在80μm的重量百分比为1％的Fe₃O₄粉末加入到混合容器中，混合均匀后与合金粉末和Fe₃O₄粉末总重量3％的硅酸钠溶液一起加入到碾压装置中压制成团，最后粉碎成平均粒径为300μm即可。

实施例4(制备孕育剂)

按重量百分比计70％的Si，0.03％的Al，0.1％的Ca，0.2％的Ba，3.5％的Cr，0.03％的V，5.5％的Ce、0.5％的Mn以及19.64％的Fe混合均匀后放入电炉中，重熔后浇注成块体，并将块体粉碎成平均粒径为75μm的合金粉末；将得到的上述合金粉末以及平均粒径在100μm的重量百分比为0.5％的Fe₃O₄粉末加入到混合容器中，混合均匀后与合金粉末和Fe₃O₄粉末总重量5％的硅酸钠溶液一起加入到碾压装置中压制成团，最后粉碎成平均粒径为250μm即可。

实施例5(孕育剂的应用)

在凸轮轴铸造过程中，冷激铸铁或球铁通过电炉熔化成铁水兵冲入铁水包的过程中加入出炉铁水重量计0.05％的按照实施例1制备的凸轮轴用孕育剂进行孕育，孕育好的铁水浇入凸轮轴铸件模型，经冷却后成为凸轮轴毛坯。

实施例6(孕育剂的应用)

在凸轮轴铸造过程中，冷激铸铁或球铁通过电炉熔化成铁水兵冲入铁水包的过程中加入出炉铁水重量计0.1％的按照实施例4制备的凸轮轴用孕育剂进行孕育，孕育好的铁水浇入凸轮轴铸件模型，经冷却后成为凸轮轴毛坯。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种凸轮轴用孕育剂，其特征在于，其配方按重量百分比计包括：Si：65～70％，Al：0.03～0.05％，Ca：0.1～0.3％，Ba：0.2～0.5％，Cr：3.5～4.5％，V：0.03～0.05％，稀土：5.5～7.5％，Fe₃O₄：0.5～1％，余量为Fe。

2.根据权利要求1所述的凸轮轴用孕育剂，其特征在于，进一步包括按重量百分比计0.5～1％的Mn。

3.根据权利要求1所述的凸轮轴用孕育剂，其特征在于，所述稀土为La、Ce、Pr中的至少一种。

4.根据权利要求2所述的凸轮轴用孕育剂，其特征在于，所述稀土为La、Ce、Pr中的至少一种。

5.一种权利要求1-4任一所述的凸轮轴用孕育剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)按重量百分比计60～75％的Si，0.01～1.0％的Al，0.05～0.5％的Ca，0.1～1.0％的Ba，3～5％的Cr，0.03～0.05％的V，5～8％的稀土，0～1％的Mn以及余量为Fe的原料混合均匀后放入电炉中，重熔后浇注成块体，并将块体粉碎成平均粒径为50～100μm的合金粉末；

(2)将得到的上述合金粉末以及平均粒径在50～100μm的重量百分比为0.5～1.5％的Fe₃O₄粉末加入到混合容器中，混合均匀后与合金粉末和Fe₃O₄粉末总重量3～5％的硅酸钠溶液一起加入到碾压装置中压制成团，最后粉碎成平均粒径为200～500μm即可。

6.权利要求1-4任一所述的凸轮轴用孕育剂在凸轮轴铸造中的应用，按出炉铁水重量计0.05～0.1％进行添加。