CN105779856A - 一种农用机械用球墨铸铁深松铲尖及其制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于农用机械领域，具体为一种农用机械用球墨铸铁深松铲尖，所述深松铲尖的材质为球墨铸铁，其中包括的成分有：C：3.6%～4.2%；Si：2.3%～3.0%：Mn：0.4%～0.7%；P≤0.05%；S≤0.02%；Cu：0.2%～0.5%。还包括所述深松铲尖的制造工艺，该制造工艺采用加入量为1.5%～2.5%的钙硅铝稀土镁合金作为球化剂；加入量为0.5%～1.5%的钙钡铝硅铁合金作为一次孕育剂；球化和一次孕育方式为包底冲入法，球化温度为1520℃～1590℃；采用加入量在0.3%～0.8%的硅铁锆锶合金作为二次孕育剂，二次孕育方式为随流孕育。
Description
技术领域
本发明属于农用机械领域，具体为一种农用机械用球墨铸铁深松铲尖及其制造工艺。
背景技术
深松铲尖是农业耕作生产中的最广泛使用的农具，其在工作过程中直接与土地接触，受到土壤的腐蚀与摩擦磨损双重作用，属于极易损坏的耗材。从技术层面讲，深松铲尖在使用过程中要求其应具有一定耐磨擦磨损性能和抗冲击性能，前者满足其寿命要求，后者会满足其使用要求。
目前，国内外各大农用机械制造厂商所配套的深松铲尖大多以碳钢、合金钢以及高铬铸铁等材质，采用树脂砂及铁模覆砂作为铸造工艺，其中碳钢以及合金钢产品在铸造成形后还需经过复杂的热处理工艺，导致其生产成本大幅提升。采用高铬铸铁为材质的深松铲尖在制造成本和耐摩擦磨损方面有着较明显的优势，但由于其自身脆性导致在实际应用中非正常损坏率极高。
发明内容
发明目的：本发明是一种农用机械用球墨铸铁深松铲尖及其制造工艺，本发明的目的在于对现有的农机用深松铲尖提供一种新的材质选择，并且与现有技术相比具有更好的抗折断、耐摩擦性能及低廉的价格和较短的生产周期。
技术方案：
一种农用机械用球墨铸铁深松铲尖，其特征在于：该深松铲尖的材质为球墨铸铁，其中包括以下重量百分比的成分：
C：3.6%～4.2%；
Si：2.3%～3.0%：
Mn：0.4%～0.7%；
P≤0.05%；
S≤0.02%；
Cu：0.2%～0.5%。
所述的农用机械用球墨铸铁深松铲尖的制造工艺，其特征在于：该制造工艺采用加入量为1.5%～2.5%的钙硅铝稀土镁合金作为球化剂；加入量为0.5%～1.5%的钙钡铝硅铁合金作为一次孕育剂；所述球化和一次孕育方式为包底冲入法，所述球化温度为1520℃～1590℃；采用加入量在0.3%～0.8%的硅铁锆锶合金作为二次孕育剂，所述二次孕育方式为随流孕育。
所述的农用机械用球墨铸铁深松铲尖的制造工艺，其特征在于：该制造工艺的二次孕育步骤后包括负压消失模铸造工艺，工艺参数为：
浇注温度：1400℃～1500℃；
负压压力：0.04MPa～0.08MPa；
保压时间：3min～10min；
开箱时间：15min～45min；
在所述负压消失模铸造工艺后进行淬火处理。
所述的农用机械用球墨铸铁深松铲尖的制造工艺，其特征在于：所述硅铁锆锶合金由以下重量百分比的成分组成：
Si：70%～78%；
Al：0.2%～0.5%；
Zr：0.5%～3%；
Sr：0.5%～3%；
Ca：0.2%～0.5%；
余量：Fe。
所述的农用机械用球墨铸铁深松铲尖的制造工艺，其特征在于：所述的钙硅铝稀土镁合金的成分包括：
Mg：5.5%～6.5%；
Al：0.5%～1.0%：
Si：45%～50%；
Ca：1.5%～2.5%：
Re：0.5%～1.5%；
余量：Fe。
所述的农用机械用球墨铸铁深松铲尖的制造工艺，其特征在于：所述的钙钡铝硅铁合金的成分包括：
Al：0.5%～1.5%；
Si：70%～75%；
Ca：1.0%～2.0%：
Ba：2.0%～2.5%；
余量：Fe。
优点及效果：
本发明所述的采用负压消失模铸造的深松铲尖拥有具有高强韧的特点，并且其更优秀的铸造性能和相对低廉的价格，使得在农用机械用深松铲尖材料的选择上得到了扩充。本发明减小了铲尖根部应力集中缺陷，解决了铲尖工作过程中易折断的问题，提高了产品的使用寿命；同时耐摩擦磨损性能和产品的生产效率都得到大幅改善。
附图说明：
图1为农用机械用球墨铸铁深松铲尖示意图；
图2为制造工艺流程图。
具体实施方式：
本发明是一种农用机械用球墨铸铁深松铲尖及其制造工艺，该深松铲尖的材质为球墨铸铁，所述球墨铸铁材料的主要化学成分按重量百分比计为：C3.6%～4.2%，Si2.3%～3.0%，Mn0.4%～0.7%，P0～0.05%，S0～0.02%，Cu0.2%～0.5%，其余为Fe和制造工艺过程中球化剂、孕育剂等带来的杂质。
该深松铲尖的制造流程如图2所示，在制造时分别采用加入量为1.5%～2.5%的钙硅铝稀土镁合金作为球化剂和加入量为0.5%～1.5%的钙钡铝硅铁合金作为一次孕育剂，球化孕育方式为包底冲入法，球化温度为1520℃～1590℃；二次孕育采用加入量在0.3%～0.8%的硅铁锆锶合金进行随流孕育，其化学成分按重量百分比为：Si70%～78%，Al0.2%～0.6%，Zr0.5%～3%，Sr0.5%～3%，Ca0.2%～0.5%，其余为Fe。
该深松铲尖采用负压消失模铸造工艺，浇注温度为1400℃～1500℃，负压压力为0.04MPa～0.08MPa，保压时间为3min～10min，开箱时间控制在15min～45min，之后进行淬火处理。
所述的钙硅铝稀土镁合金的成分包括：
Mg：5.5%～6.5%；
Al：0.5%～1.0%：
Si：45%～50%；
Ca：1.5%～2.5%：
Re：0.5%～1.5%；
余量：Fe。
所述的钙钡铝硅铁合金的成分包括：
Al：0.5%～1.5%；
Si：70%～75%；
Ca：1.0%～2.0%：
Ba：2.0%～2.5%；
余量：Fe。
下面结合具体实施方式对本发明进行进一步说明。
以下是具体实施案例，本发明的内容并不局限于此。
实施例1：按照本发明所述技术方案，在中频感应电炉中分别放入Q235B废钢、Q18生铁、低碳锰铁以及电解铜作为炉料，并采用高纯度电极增碳剂进行增碳。
在球化孕育时，采用包底冲入法并分别放入2.0%的钙硅铝稀土镁合金和0.8%的钙钡铝硅铁合金作为球化孕育剂，球化温度为1550℃；浇注时，采用0.5%的硅铁锆锶合金进行随流孕育，浇注温度为1470℃，随流孕育剂成分为Si75.21%、Al0.5%、Zr1.15%、Sr2.03%、Ca0.25%，其余为Fe；最终铁液中主要化学成分按重量百分比为：C4.0%，Si2.6%，Mn0.5%，P≦0.05%，S≦0.02%，Cu0.3%。
采用负压消失模铸造工艺进行铸造，负压压力为0.06MPa，保压时间为5min，开箱时间为15min。
按照上述过程制备出的深松铲尖，在室温条件下，布氏硬度值为450HB，夏比V型缺口冲击值为3.5J；在一万米相同土质条件下，深松铲尖使用正常，磨损减重为0.2千克。
实施例2：在中频感应电炉中分别放入Q235B废钢、Q18生铁、低碳锰铁以及电解铜作为炉料，并采用高纯度电极增碳剂进行增碳。
在球化孕育时，采用包底冲入法并分别放入2.0%的钙硅铝稀土镁合金和0.8%的钙钡铝硅铁合金作为球化孕育剂，球化温度为1550℃；浇注时，采用0.5%的硅铁锆锶合金进行随流孕育，浇注温度为1450℃，随流孕育剂成分为Si75.21%、Al0.5%、Zr1.15%、Sr2.03%、Ca0.25%，其余为Fe；最终铁液中主要化学成分按重量百分比为：C4.0%，Si2.6%，Mn0.5%，P≦0.05%，S≦0.02%，Cu0.3%。
采用呋喃树脂砂造型进行铸造，浇注系统采用底注工艺，开箱时间为6小时。
按照上述过程制备出的深松铲尖，在室温条件下，布氏硬度值为270HB，夏比V型缺口冲击值为5.1J；在一万米相同土质条件下，深松铲尖磨损严重，磨损减重为0.8千克。
实施例3：在中频感应电炉中分别放入Q235B废钢、Q18生铁、低碳锰铁以及电解铜作为炉料，并采用高纯度电极增碳剂进行增碳。
在球化孕育时，采用包底冲入法并分别放入2.0%的钙硅铝稀土镁合金和0.8%的钙钡铝硅铁合金作为球化孕育剂，球化温度为1550℃；浇注时，采用0.5%的75%硅铁粒进行随流孕育，浇注温度为1430℃；最终铁液中主要化学成分按重量百分比为：C4.0%，Si2.6%，Mn0.5%，P≦0.05%，S≦0.02%，Cu0.3%。
采用负压消失模铸造工艺进行铸造，负压压力为0.06MPa，保压时间为5min，开箱时间为15min。
按照上述过程制备出的深松铲尖，在室温条件下，布氏硬度值为435HB，夏比V型缺口冲击值为1.9J；在一万米相同土质条件下，深松铲尖损坏折断。
实施例4：在中频感应电炉中分别放入Q235B废钢、Q18生铁、低碳锰铁以及电解铜作为炉料，并采用高纯度电极增碳剂进行增碳。
在球化孕育时，采用包底冲入法并分别放入2.0%的钙硅铝稀土镁合金和0.8%的钙钡铝硅铁合金作为球化孕育剂，球化温度为1550℃；浇注时，采用0.5%的硅铁锆锶合金进行随流孕育，浇注温度为1490℃，随流孕育剂成分为Si75.21%、Al0.5%、Zr1.15%、Sr2.03%、Ca0.25%，其余为Fe；最终铁液中主要化学成分按重量百分比为：C4.0%，Si2.6%，Mn0.5%，P≦0.05%，S≦0.02%，Cu0.3%。
采用负压消失模铸造工艺进行铸造，负压压力为0.06MPa，保压时间为5min，开箱时间为6小时。
按照上述过程制备出的深松铲尖，在室温条件下，布氏硬度值为332HB，夏比V型缺口冲击值为4.5J；在一万米相同土质条件下，深松铲尖磨损较为严重，磨损减重为0.5千克。
实施例5：在中频感应电炉中分别放入Q235B废钢、Q18生铁、低碳锰铁以及电解铜作为炉料，并采用高纯度电极增碳剂进行增碳。
在球化孕育时，采用包底冲入法并分别放入2.0%的钙硅铝稀土镁合金和0.4%的钙钡铝硅铁合金作为球化孕育剂，球化温度为1530℃；浇注时，采用0.3%的硅铁锆锶合金进行随流孕育，浇注温度为1450℃，随流孕育剂成分为Si75.21%、Al0.5%、Zr1.15%、Sr2.03%、Ca0.25%，其余为Fe；最终铁液中主要化学成分按重量百分比为：C3.2%，Si2.0%，Mn0.5%，P≦0.05%，S≦0.02%，Cu0.3%。
采用负压消失模铸造工艺进行铸造，负压压力为0.06MPa，保压时间为5min，开箱时间为15min。
按照上述过程制备出的深松铲尖，在室温条件下，布氏硬度值为493HB，夏比V型缺口冲击值为1.2J；在一万米相同土质条件下，深松铲尖损坏折断。
实施例6：在中频感应电炉中分别放入Q235B废钢、Q18生铁、低碳锰铁以及电解铜作为炉料，并采用高纯度电极增碳剂进行增碳。
在球化孕育时，采用包底冲入法并分别放入2.0%的钙硅铝稀土镁合金和0.8%的钙钡铝硅铁合金作为球化孕育剂，球化温度为1430℃；浇注时，采用0.5%的硅铁锆锶合金进行随流孕育，浇注温度为1350℃，随流孕育剂成分为Si75.21%、Al0.5%、Zr1.15%、Sr2.03%、Ca0.25%，其余为Fe；最终铁液中主要化学成分按重量百分比为：C4.0%，Si2.6%，Mn0.5%，P≦0.05%，S≦0.02%，Cu0.3%。
采用负压消失模铸造工艺进行铸造，负压压力为0.06MPa，保压时间为5min，开箱时间为15min。
按照上述过程制备出的深松铲尖，在室温条件下，布氏硬度值为365HB，夏比V型缺口冲击值为无效值；在一万米相同土质条件下，深松铲尖表面缺陷严重、损坏折断。
依据本发明的实施例1的产物与实施例2-6的产物相比，性能提升明显。
通过上述实施例可见，本发明可以起到的效果有：
本发明所述的采用负压消失模铸造的深松铲尖拥有具有高强韧的特点，抗拉强度可达527MPa～550MPa、夏比V型缺口冲击功为2.7J～3.9J，并且其更优秀的铸造性能和相对低廉的价格，使得在农用机械用深松铲尖材料的选择上得到了扩充。
本发明所述的深松铲尖采用负压干砂消失模铸造技术，型砂100%回收利用，无需任何固化剂、粘结剂等化学物质；同时，由于该技术取消了覆膜砂等以往深松铲尖制造工艺在分型和浇注系统设计上对产品结构的限制，可以实现铲尖的根部平滑过渡+尖端凸缘结构的结构优化，减小了铲尖根部应力集中缺陷，解决了铲尖工作过程中易折断的问题，提高了产品的使用寿命。
本发明所述的深松铲尖在浇注后可以通过控制负压保压时间和开箱时间，在表面温度降至750℃至900℃时落砂，然后直接将铸件进行淬火，进一步提高其表面硬度，表面硬度由不淬火的298HB提高到490HB，耐摩擦磨损性能和产品的生产效率都得到大幅改善。
Claims (6)
1.一种农用机械用球墨铸铁深松铲尖，其特征在于：该深松铲尖的材质为球墨铸铁，其中包括以下重量百分比的成分：
C：3.6%～4.2%；
Si：2.3%～3.0%；
Mn：0.4%～0.7%；
P≤0.05%；
S≤0.02%；
Cu：0.2%～0.5%。
2.一种如权利要求1所述的农用机械用球墨铸铁深松铲尖的制造工艺，其特征在于：该制造工艺采用加入量为1.5%～2.5%的钙硅铝稀土镁合金作为球化剂；加入量为0.5%～1.5%的钙钡铝硅铁合金作为一次孕育剂；所述球化和一次孕育方式为包底冲入法，所述球化温度为1520℃～1590℃；采用加入量在0.3%～0.8%的硅铁锆锶合金作为二次孕育剂，所述二次孕育方式为随流孕育。
3.根据权利要求2所述的农用机械用球墨铸铁深松铲尖的制造工艺，其特征在于：该制造工艺的二次孕育步骤后包括负压消失模铸造工艺，工艺参数为：
浇注温度：1400℃～1500℃；
负压压力：0.04MPa～0.08MPa；
保压时间：3min～10min；
开箱时间：15min～45min；
在所述负压消失模铸造工艺后进行淬火处理。
4.根据权利要求2所述的农用机械用球墨铸铁深松铲尖的制造工艺，其特征在于：所述硅铁锆锶合金由以下重量百分比的成分组成：
Si：70%～78%；
Al：0.2%～0.5%；
Zr：0.5%～3%；
Sr：0.5%～3%；
Ca：0.2%～0.5%；
余量：Fe。
5.根据权利要求2所述的农用机械用球墨铸铁深松铲尖的制造工艺，其特征在于：所述的钙硅铝稀土镁合金的成分包括：
Mg：5.5%～6.5%；
Al：0.5%～1.0%：
Si：45%～50%；
Ca：1.5%～2.5%：
Re：0.5%～1.5%；
余量：Fe。
6.根据权利要求2所述的农用机械用球墨铸铁深松铲尖的制造工艺，其特征在于：所述的钙钡铝硅铁合金的成分包括：
Al：0.5%～1.5%；
Si：70%～75%；
Ca：1.0%～2.0%：
Ba：2.0%～2.5%；
余量：Fe。
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