CN106834901B - 一种具有高耐磨性高使用寿命的球墨铸铁以及采用该铸铁的下汽缸的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有高耐磨性高使用寿命的球墨铸铁，包括以下重量百分比组分：C：3.80‑3.88％，Si：2.20‑2.30％，Mn：0.55‑0.65％，P≤0.020％，S≤0.010％，Cu：0.45‑0.55％，Mo：0.30‑0.40％，La：0.0040‑0.0060％，Mg：0.035‑0.045％，余量的铁以及不可除杂质。本发明的目的在于提供了一种较高的刚性和疲劳强度、能够实现抗拉强度、塑性双重提高的具有高耐磨性高使用寿命球墨铸铁以及采用该铸铁的下汽缸的制备方法。

Description

一种具有高耐磨性高使用寿命的球墨铸铁以及采用该铸铁的 下汽缸的制备方法
技术领域
本发明涉及球墨铸铁加工领域，更具体地说，尤其涉及一种具有高耐磨性高使用寿命的球墨铸铁以及采用该铸铁的下汽缸的制备方法。
背景技术
筒式柴油打桩机是一种高性能的桩基基础施工设备，其适用于混凝土桩，预制桩，钢管桩，钢板桩，木桩等桩型的基础施工。下汽缸是筒式柴油打桩机的重要组成部分，使用时不仅作为整机的锤座，而且材质为QT600-3的活塞(硬度达到220-260HB)在其缸内上下运动，运动时纵向产生巨大摩擦力，同时要承受柴油燃烧时高温高压的作用；因此要求下汽缸具有较高的刚性和疲劳强度以及高的耐磨性能。
并且现有技术中，球墨铸铁存在着抗拉强度、塑性无法统一的问题，要么抗拉强度大，但是塑性低，要么抗拉强度小，但是塑性高。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种较高的刚性和疲劳强度、能够实现抗拉强度、塑性双重提高的具有高耐磨性高使用寿命的球墨铸铁以及采用该铸铁的下汽缸的制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种具有高耐磨性高使用寿命的球墨铸铁，包括以下重量百分比组分：C：3.80-3.88％，Si：2.20-2.30％，Mn：0.55-0.65％，P≤0.020％，S≤0.010％，Cu：0.45-0.55％，Mo：0.30-0.40％，La：0.0040-0.0060％，Mg：0.035-0.045％，余量的铁以及不可除杂质。
该球墨铸铁的制备方法为：
步骤1：将原料熔化后在1380-1400℃浇注，同时加入硫氧孕育剂，使铁液组分如上所述；
步骤2：将铁液浇注成为铸件，15-18小时后将铸件从树脂砂型中拆离出来，此时铸件温度为500-550℃，直接将铸件转入电阻炉内进行去应力退火即可。
本发明中，去应力退火的具体操作是继续按照50℃/h升温至600℃，并保温一段时间，然后随炉冷却至200℃出炉空冷。
同时，本发明还公开了一种如上述的采用具有高耐磨性高使用寿命球墨铸铁的下汽缸的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：将原料熔化后在1380-1400℃浇注，同时加入硫氧孕育剂，使铁液组分如上所述；
步骤2：将铁液浇注成为下汽缸铸件，15-18小时后将铸件从树脂砂型中拆离出来，此时铸件温度为500-550℃，直接将铸件转入电阻炉内进行去应力退火；去应力退火的具体操作是继续按照50℃/h升温至600℃，并保温一段时间，然后随炉冷却至200℃出炉空冷；
步骤3：将下汽缸铸件的下汽缸内孔经粗加工后，留0.5mm的精加工衍磨余量；内孔进行表面高频淬火，高频淬火工艺为：电流频率为4000-5000HZ，功率密度：12.3-15.8w/mm2，淬火介质为油；淬火温度：930-955℃，淬硬层深度为：2.5-3.5mm；
步骤4：步骤3结束后对下汽缸进行低温回火，低温回火工艺为：以40-50℃/h升温至160-180℃，并保温2-3小时，然后随炉冷至50℃以下出炉空冷；
步骤5：下汽缸内孔经精加工，并衍磨后，淬层硬度达到：HRC45-50。
在上述的具有高耐磨性高使用寿命球墨铸铁的下汽缸的制备方法中，所述的步骤1中的原料为：
50重量份汽车边角料、50重量份五金冲压件余料、4.09-4.30重量份增碳剂、1重量份镧系球化剂，0.6重量份高钙钡孕育剂、0.46-0.56重量份铜、0.15-0.2重量份硫氧孕育剂、1.92-2.22重量份硅铁、0.35-0.75重量份锰铁、0.54-0.73重量份钼铁。
在上述的具有高耐磨性高使用寿命球墨铸铁的下汽缸的制备方法中，所述的步骤1具体为：
在熔化汽车边角料、五金冲压件余料、增碳剂的过程中，加入的硅铁，锰铁，钼铁，
球化孕育处理过程：加入镧系球化剂、高钙钡孕育剂、铜，在1380-1400℃浇注，同时加入硫氧孕育剂。
在上述的具有高耐磨性高使用寿命球墨铸铁的下汽缸的制备方法中，所述的汽车边角料的重量百分比组成为：C：0.005-0.010％；Si：0.010-0.10％；Mn：0.10-0.20％；P≤0.020％；S：0.002-0.008％；Ti≤0.025％，余量铁和不可除去杂质。
在上述的具有高耐磨性高使用寿命球墨铸铁的下汽缸的制备方法中，所述的五金冲压件余料的重量百分比组成为：C：0.15-0.30％；Si：0.10-0.20％；Mn：0.30-0.50％；P≤0.020％；S≤0.015％：Ti≤0.0010％，余量铁和不可除去杂质。
在上述的具有高耐磨性高使用寿命球墨铸铁的下汽缸的制备方法中，增碳剂的重量百分比组成为：固定碳≥99％，灰份≤0.50％，挥发份≤0.50％，硫含量≤0.020％。
在上述的具有高耐磨性高使用寿命球墨铸铁的下汽缸的制备方法中，镧系球化剂的重量百分比组成为：Mg：5.87％，Al：0.75％，Si：45.99％，Ca：3.09％，La：0.51％，余Fe；粒度：3-25mm；
高钙钡孕育剂的重量百分比组成为：Si：72.99％，Ca：1.25％，Ba：2.21％，Al：1.22％，余Fe；粒度：3-8mm；
硫氧孕育剂的重量百分比组成为：Si：74％，Ca：0.92％，Ce：1.68％，Al：0.94％，S、O适量，余Fe；粒度：0.2-0.7mm。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
在本发明的球墨铸铁的成份中：Mo+Cu组份的良好配合，促进形成珠光体，同时具有优良的综合力学性能，即高的抗拉强度和高的断后伸长率(高的塑性)；Mn促进形成珠光体；从而保证能形成65-75％的珠光体。本发明的球墨铸铁球化率大于90％；抗拉强度Rm：600-670MPa，断后生长率A：9-12％，硬度为200-220HB。
使用镧系球化剂球化处理后，不仅可以提高球墨铸铁件内在质量，如提高球化率，增加石墨球数，消除碎块状石墨，减少缩松倾向，提供优质的球墨铸铁铁液。
合适的去应力退火，不仅消除铸造应力，而且环保节能。粗加工后表面高频淬火+低温回火，确保淬硬层的硬度。
本发明的球墨铸铁铸造的下汽缸内孔有一层2-3mm淬硬层，确保高耐磨性；外层具有优质的综合力学性能，具有高的使用寿命。整体使用寿命比常规下汽缸提高了4-5倍。
附图说明
图1为本发明的实施例1的下汽缸铸件腐蚀前放大100倍图；
图2为本发明的实施例1的下汽缸铸件腐蚀后放大100倍图；
图3为本发明的实施例1的下汽缸的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，对本发明的技术方案作进一步的详细说明，但不构成对本发明的任何限制。
实施例1
具有高耐磨性高使用寿命球墨铸铁的下汽缸的制备方法
1.1原料准备：
下汽缸的总体原料要求为C：3.80％，Si：2.20％，Mn：0.65％，P：0.017％，S：0.005％，Cu：0.55％，Mo：0.30％，La：0.0041％，Mg：0.038％，余量的铁以及不可除杂质。在本实施例中，为了达到上述的原料要求，本发明的具体原料配比为：
50重量份汽车边角料、50重量份五金冲压件余料、4.10重量份增碳剂、1重量份镧系球化剂，0.6重量份高钙钡孕育剂、0.56重量份铜、0.2重量份硫氧孕育剂、1.92重量份硅铁、0.75重量份锰铁、0.54重量份钼铁。
本发明采用汽车边角料、五金冲压件余料作为主要原材料的目的在于：汽车边角料具有优质的性能，且含杂质少；但表面有镀锌。为减少锌对球墨铸铁的影响，故加入五金冲压件余料。采用全废钢增碳的合成球墨铸铁工艺，可以使铁液遗传钢的良好塑性，提供纯净的原铁液。
其中，汽车边角料的重量百分比组成为：C：0.005-0.010％；Si：0.010-0.10％；Mn：0.10-0.20％；P≤0.020％；S：0.002-0.008％；Ti≤0.025％，余量铁和不可除去杂质；
五金冲压件余料的重量百分比组成为：C：0.15-0.30％；Si：0.10-0.20％；Mn：0.30-0.50％；P≤0.020％；S≤0.015％：Ti≤0.0010％，余量铁和不可除去杂质；
增碳剂的重量百分比组成为：固定碳≥99％，灰份≤0.50％，挥发份≤0.50％，硫含量≤0.020％；
镧系球化剂的重量百分比组成为：Mg：5.87％，Al：0.75％，Si：45.99％，Ca：3.09％，La：0.51％，余Fe；粒度：3-25mm；
高钙钡孕育剂的重量百分比组成为：Si：72.99％，Ca：1.25％，Ba：2.21％，Al：1.22％，余Fe；粒度：3-8mm；
硫氧孕育剂的重量百分比组成为：Si：74％，Ca：0.92％，Ce：1.68％，Al：0.94％，S、O适量，余Fe；粒度：0.2-0.7mm；
2.1、制备步骤：
步骤1：将汽车边角料、五金冲压件余料、增碳剂熔化，加入的硅铁，锰铁，钼铁，
球化孕育处理过程：加入镧系球化剂、高钙钡孕育剂、铜，在1380℃浇注，同时加入0.2重量份硫氧孕育剂；
步骤2：将铁液浇注成为下汽缸铸件，15小时后将铸件从树脂砂型中拆离出来，此时铸件温度为542℃，直接将铸件转入电阻炉内进行去应力退火；去应力退火的具体操作是：继续按照50℃/h升温至600℃，并保温一段时间，然后随炉冷却至200℃出炉空冷。
步骤3：将下汽缸铸件的下汽缸内孔经粗加工后，留0.5mm的精加工衍磨余量；内孔进行表面高频淬火，高频淬火工艺为：电流频率为4000-5000HZ，功率密度：12.3-15.8w/mm2，淬火介质为油；淬火温度：930-955℃，淬硬层深度为：2.5-3.5mm；
步骤4：步骤3结束后对下汽缸进行低温回火，低温回火工艺为：以40-50℃/h升温至160-180℃，并保温2-3小时，然后随炉冷至50℃以下出炉空冷；
步骤5：下汽缸内孔经精加工，并衍磨后，淬层硬度达到：HRC45-50。
如图3所示，下汽缸标示为1，下汽缸内孔标示为2。
通过上述步骤处理后得到了具有高耐磨性高使用寿命球墨铸铁的下汽缸；其下汽缸主体性能参数如下：
球化率≥92％，珠光体数量75％，抗拉强度Rm:655MPa,断后生长率A：9.5％，硬度：215HB。
下图为本实施例的下汽缸主体的显微放大图，其放大比例为100倍；
图1为：下汽缸铸件腐蚀前放大图；球化率为92％，石墨大小:6级，石墨球数：125个/mm2(腐蚀前100倍)；
图2为：下汽缸铸件腐蚀后放大图；基体组织：珠光体数量：75％，铁素体数量：25％(腐蚀后100倍)。
实施例2
具有高耐磨性高使用寿命球墨铸铁的下汽缸的制备方法
1.1原料准备：
下汽缸的总体原料要求为C：3.88％，Si：2.30％，Mn：0.55％，P：0.015％，S：0.008％，Cu：0.45％，Mo：0.40％，La：0.0059％，Mg：0.045％，余量的铁以及不可除杂质。在本实施例中，为了达到上述的原料要求，本发明的具体原料配比为：
50重量份汽车边角料、50重量份五金冲压件余料、4.30重量份增碳剂、1重量份镧系球化剂，0.6重量份高钙钡孕育剂、0.46重量份铜、0.15重量份硫氧孕育剂、2.22重量份硅铁、0.50重量份锰铁、0.73重量份钼铁。
本发明采用汽车边角料、五金冲压件余料作为主要原材料的目的在于：汽车边角料具有优质的性能，且含杂质少；但表面有镀锌。为减少锌对球墨铸铁的影响，故加入五金冲压件余料。采用全废钢增碳的合成球墨铸铁工艺，可以使铁液遗传钢的良好塑性，提供纯净的原铁液。
其中，汽车边角料的重量百分比组成为：C：0.005-0.010％；Si：0.010-0.10％；Mn：0.10-0.20％；P≤0.020％；S：0.002-0.008％；Ti≤0.025％，余量铁和不可除去杂质；
五金冲压件余料的重量百分比组成为：C：0.15-0.30％；Si：0.10-0.20％；Mn：0.30-0.50％；P≤0.020％；S≤0.015％：Ti≤0.0010％，余量铁和不可除去杂质；
增碳剂的重量百分比组成为：固定碳≥99％，灰份≤0.50％，挥发份≤0.50％，硫含量≤0.020％；
镧系球化剂的重量百分比组成为：Mg：5.87％，Al：0.75％，Si：45.99％，Ca：3.09％，La：0.51％，余Fe；粒度：3-25mm；
高钙钡孕育剂的重量百分比组成为：Si：72.99％，Ca：1.25％，Ba：2.21％，Al：1.22％，余Fe；粒度：3-8mm；
硫氧孕育剂的重量百分比组成为：Si：74％，Ca：0.92％，Ce：1.68％，Al：0.94％，S、O适量，余Fe；粒度：0.2-0.7mm；
2.1、制备步骤：
步骤1：将汽车边角料、五金冲压件余料、增碳剂熔化，加入的硅铁，锰铁，钼铁，
球化孕育处理过程：加入镧系球化剂、高钙钡孕育剂、铜，在1390℃浇注，同时加入硫氧孕育剂；
步骤2：将铁液浇注成为下汽缸铸件，16小时后将铸件从树脂砂型中拆离出来，此时铸件温度为530℃，直接将铸件转入电阻炉内进行去应力退火；去应力退火的具体操作是：继续按照50℃/h升温至600℃，并保温一段时间，然后随炉冷却至200℃出炉空冷。
步骤3：将下汽缸铸件的下汽缸内孔经粗加工后，留0.5mm的精加工衍磨余量；内孔进行表面高频淬火，高频淬火工艺为：电流频率为4000-5000HZ，功率密度：12.3-15.8w/mm2，淬火介质为油；淬火温度：930-955℃，淬硬层深度为：2.5-3.5mm；
步骤4：步骤3结束后对下汽缸进行低温回火，低温回火工艺为：以40-50℃/h升温至160-180℃，并保温2-3小时，然后随炉冷至50℃以下出炉空冷；
步骤5：下汽缸内孔经精加工，并衍磨后，淬层硬度达到：HRC45-50。
通过上述步骤处理后得到了具有高耐磨性高使用寿命球墨铸铁的下汽缸；其下汽缸主体性能参数如下：
球化率≥95％，珠光体数量65％，抗拉强度Rm:640MPa,断后生长率A：11.5％，硬度：210HB。
实施例3
具有高耐磨性高使用寿命球墨铸铁的下汽缸的制备方法
1.1原料准备：
下汽缸的总体原料要求为C：3.85％，Si：2.25％，Mn：0.60％，P：0.018％，S：0.010％，Cu：0.50％，Mo：0.35％，La：0.0050％，Mg：0.0040％，余量的铁以及不可除杂质。
在本实施例中，为了达到上述的原料要求，本发明的具体原料配比为：
50重量份汽车边角料、50重量份五金冲压件余料、4.19重量份增碳剂、1重量份镧系球化剂，0.6重量份高钙钡孕育剂、0.51重量份铜、0.2重量份硫氧孕育剂、2.12重量份硅铁、0.60重量份锰铁、0.64重量份钼铁。
本发明采用汽车边角料、五金冲压件余料作为主要原材料的目的在于：汽车边角料具有优质的性能，且含杂质少；但表面有镀锌。为减少锌对球墨铸铁的影响，故加入五金冲压件余料。采用全废钢增碳的合成球墨铸铁工艺，可以使铁液遗传钢的良好塑性，提供纯净的原铁液。
其中，汽车边角料的重量百分比组成为：C：0.005-0.010％；Si：0.010-0.10％；Mn：0.10-0.20％；P≤0.020％；S：0.002-0.008％；Ti≤0.025％，余量铁和不可除去杂质；
五金冲压件余料的重量百分比组成为：C：0.15-0.30％；Si：0.10-0.20％；Mn：0.30-0.50％；P≤0.020％；S≤0.015％：Ti≤0.0010％，余量铁和不可除去杂质；
增碳剂的重量百分比组成为：固定碳≥99％，灰份≤0.50％，挥发份≤0.50％，硫含量≤0.020％；
镧系球化剂的重量百分比组成为：Mg：5.87％，Al：0.75％，Si：45.99％，Ca：3.09％，La：0.51％，余Fe；粒度：3-25mm；
高钙钡孕育剂的重量百分比组成为：Si：72.99％，Ca：1.25％，Ba：2.21％，Al：1.22％，余Fe；粒度：3-8mm；
硫氧孕育剂的重量百分比组成为：Si：74％，Ca：0.92％，Ce：1.68％，Al：0.94％，S、O适量，余Fe；粒度：0.2-0.7mm；
2.1、制备步骤：
步骤1：将汽车边角料、五金冲压件余料、增碳剂熔化，加入的硅铁，锰铁，钼铁，
球化孕育处理过程：加入镧系球化剂、高钙钡孕育剂、铜，在1400℃浇注，同时加入硫氧孕育剂；
步骤2：将铁液浇注成为下汽缸铸件，18小时后将铸件从树脂砂型中拆离出来，此时铸件温度为512℃，直接将铸件转入电阻炉内进行去应力退火；去应力退火的具体操作是：继续按照50℃/h升温至600℃，并保温一段时间，然后随炉冷却至200℃出炉空冷。
步骤3：将下汽缸铸件的下汽缸内孔经粗加工后，留0.5mm的精加工衍磨余量；内孔进行表面高频淬火，高频淬火工艺为：电流频率为4000-5000HZ，功率密度：12.3-15.8w/mm2，淬火介质为油；淬火温度：930-955℃，淬硬层深度为：2.5-3.5mm；
步骤4：步骤3结束后对下汽缸进行低温回火，低温回火工艺为：以40-50℃/h升温至160-180℃，并保温2-3小时，然后随炉冷至50℃以下出炉空冷；
步骤5：下汽缸内孔经精加工，并衍磨后，淬层硬度达到：HRC45-50。
通过上述步骤处理后得到了具有高耐磨性高使用寿命球墨铸铁的下汽缸；其下汽缸主体性能参数如下：
球化率≥93％，珠光体数量75％，抗拉强度Rm:667MPa,断后生长率A：10.2％，硬度：219HB。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡在本发明的精神和原则范围内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种采用具有高耐磨性高使用寿命球墨铸铁的下汽缸的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：将原料熔化后在1380-1400℃浇注，同时加入硫氧孕育剂，使铁液包括以下重量百分比组分：C：3.80-3.88％，Si：2.20-2.30％，Mn：0.55-0.65％，P≤0.020％，S≤0.010％，Cu：0.45-0.55％，Mo：0.30-0.40％，La：0.0040-0.0060％，Mg：0.035-0.045％，余量的铁以及不可除杂质；
步骤2：将铁液浇注成为下汽缸铸件，15-18小时后将铸件从树脂砂型中拆离出来，此时铸件温度为500-550℃，直接将铸件转入电阻炉内进行去应力退火；
步骤3：将下汽缸铸件的下汽缸内孔经粗加工后，留0.5mm的精加工衍磨余量；内孔进行表面高频淬火，高频淬火工艺为：电流频率为4000-5000HZ，功率密度：12.3-15.8w/mm2，淬火介质为油；淬火温度：930-955℃，淬硬层深度为：2.5-3.5mm；
步骤4：步骤3结束后对下汽缸进行低温回火，低温回火工艺为：以40-50℃/h升温至160-180℃，并保温2-3小时，然后随炉冷至50℃以下出炉空冷；
步骤5：下汽缸内孔经精加工，并衍磨后，淬层硬度达到：HRC45-50。
2.根据权利要求1所述的具有高耐磨性高使用寿命球墨铸铁的下汽缸的制备方法，其特征在于，所述的步骤1中的原料为：
50重量份汽车边角料、50重量份五金冲压件余料、4.09-4.30重量份增碳剂、1重量份镧系球化剂，0.6重量份高钙钡孕育剂、0.46-0.56重量份铜、0.15-0.2重量份硫氧孕育剂、1.92-2.22重量份硅铁、0.35-0.75重量份锰铁、0.54-0.73重量份钼铁。
3.根据权利要求2所述的具有高耐磨性高使用寿命球墨铸铁的下汽缸的制备方法，其特征在于，所述的步骤1具体为：
在熔化汽车边角料、五金冲压件余料、增碳剂的过程中，加入的硅铁，锰铁，钼铁；
球化孕育处理过程：加入镧系球化剂、高钙钡孕育剂、铜，在1380-1400℃浇注，同时加入硫氧孕育剂，使铁液包括以下重量百分比组分：C：3.80-3.88％，Si：2.20-2.30％，Mn：0.55-0.65％，P≤0.020％，S≤0.010％，Cu：0.45-0.55％，Mo：0.30-0.40％，La：0.0040-0.0060％，Mg：0.035-0.045％，余量的铁以及不可除杂质。
4.根据权利要求2所述的具有高耐磨性高使用寿命球墨铸铁的下汽缸的制备方法，其特征在于，所述的汽车边角料的重量百分比组成为：C：0.005-0.010％；Si：0.010-0.10％；Mn：0.10-0.20％；P≤0.020％；S：0.002-0.008％；Ti≤0.025％，余量铁和不可除去杂质。
5.根据权利要求2所述的具有高耐磨性高使用寿命球墨铸铁的下汽缸的制备方法，其特征在于，所述的五金冲压件余料的重量百分比组成为：C：0.15-0.30％；Si：0.10-0.20％；Mn：0.30-0.50％；P≤0.020％；S≤0.015％：Ti≤0.0010％，余量铁和不可除去杂质。
6.根据权利要求2所述的具有高耐磨性高使用寿命球墨铸铁的下汽缸的制备方法，其特征在于，增碳剂的重量百分比组成为：固定碳≥99％，灰份≤0.50％，挥发份≤0.50％，硫含量≤0.020％。
7.根据权利要求2所述的具有高耐磨性高使用寿命球墨铸铁的下汽缸的制备方法，其特征在于，镧系球化剂的重量百分比组成为：Mg：5.87％，Al：0.75％，Si：45.99％，Ca：3.09％，La：0.51％，余Fe；粒度：3-25mm；
高钙钡孕育剂的重量百分比组成为：Si：72.99％，Ca：1.25％，Ba：2.21％，Al：1.22％，余Fe；粒度：3-8mm；
硫氧孕育剂的重量百分比组成为：Si：74％，Ca：0.92％，Ce：1.68％，Al：0.94％，S、O适量，余Fe；粒度：0.2-0.7mm。
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