CN107801426B - 一种深松铲及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种CADI深松铲的成分和生产工艺。通过使用高纯生铁、净化铁水降低了铁水中的夹杂物含量，采用变质处理改善了碳化物的形态，从而提高了材料冲击韧性；通过补加碳化物形成元素，增加组织中碳化物的数量，提高了深松铲的抗磨性；等温淬火后获得了奥铁体基体，提高了深松铲的使用寿命。最终获得了强度大于1200MPa，冲击韧性大于12J，硬度大于54HRC的高强韧耐磨深松铲新产品。

Description

一种深松铲及其生产方法
技术领域
本发明产品应用于农机，方法涉及铸造领域，具体的说是采用一种铸造方法生产出一种新型深松铲产品。
背景技术
深松铲是农机深松耕机械上的核心部件，也是易损件，有凿型、箭型（鸭掌型）和双翼型。深松铲由楔子演变而来，应用楔子的原理来使土壤破裂，造成土壤的反复剪切失效，最后形成许多小颗粒。深松铲产品标准目前只有机械行业的《JB/T9788-1999 深松铲和深松铲柄》，该标准中深松铲采用65Mn铸钢制造，而且只规定了硬度要求，没有强度和冲击韧性的性能指标。市场上销售的深松铲也有采用35CrMo铸钢材质生产，热处理后硬度硬度超过《JB/T9788-1999 深松铲和深松铲柄》的要求，虽然其抗磨性比65Mn好，但由于淬硬层的限制，使用寿命仍没有达到用户的期望。
CADI是由ADI派生出的一种新型抗磨球铁材料。ADI又称作奥铁体球墨铸铁，是球墨铸铁等温淬火后的产物，组织主要是球状石墨、残余奥氏体和铁素体，是一种高强度、塑韧性好、吸振性好、耐磨性和耐疲劳强度高、质量轻（比钢轻10%）的节能节材、成本低的新型工程材料。CADI是含有碳化物的奥铁体球磨铸铁，是在ADI中添加一定量的碳化物形成元素，使铁水在凝固时产生一定量的碳化物，经等温淬火而成。CADI不但拥有ADI的优越性能，还表现出了比ADI更加优越的耐磨性，是重点推广和发展的新型耐磨材料。
由于CADI在大批量生产过程中工艺控制还存在一些难题,造成产品质量不稳定,因此没有得到广泛推广。这些问题主要表现在一是原材料的影响，我国铸造生铁中P、S含量较高，严重影响了球化质量，最重要的是影响了材料的冲击韧性；二是球化好的铁水浇铸时间一般不超过10-12分钟,时间长了就会产生球化衰退,球化率下降；三是等温淬火或连续淬火的设备、冷却介质、淬火温度和冷却速度控制存在不少技术难题,比如加热炉炉温偏差大，冷却介质质量不稳定等造成CADI中碳化物数量、形状和分布存在较大波动,造成CADI产品性能不稳定。
发明内容
本发明解决的技术问题是：通过CADI成分和生产工艺的改进，将CADI用于深松铲产品的批量生产，生产出高强韧的深松铲。
为解决上述技术问题，本发明的技术思路是：降低CADI中的S、P含量，通过铁水变质处理改变碳化物的形态和分布，使用铁砂壳型造型工艺快速冷却，经等温淬火后获得高强度、高韧性、高寿命的深松铲产品。
本发明所采用的技术措施和步骤包括：
深松铲采用CADI材料制作，所述CADI材料的质量百分比元素含量为：3.3-3.7%C、2.2-3.2%Si、1.2-2.2%Mn、0.5-2.0%Cr、0.1-0.8%Mo、0.1-1.0%Ni、0.04-0.1%Ti、0.02-0.2%V，0.03-0.05%Mg、0.02-0.04%RE、≤0.03%P，≤0.010%S；所述CADI材料经配料熔化、球化孕育处理、变质处理和净化处理后，铁砂壳型浇注成型，冷却后等温淬火；所述CADI材料的性能为：抗拉强度≥1200MPa，冲击韧性≥12J，硬度≥54HRC；所述孕育处理包括浇注时随流补加孕育剂；所述变质处理采用TiFe和VFe，粒度为1-5mm，加入量为铁水重量的1.2-3%；所述铁砂壳型是用铁砂将覆膜砂制作的深松铲壳型填埋在砂箱内；所述冷却包括在浇注后的水冷或风冷，即在浇注后迅速使用冷却水或雾化水冷却铁砂，或者使用风冷冷却铁砂；所述等温淬火工艺为： 880-920℃保温1-4小时，出炉后将高温工件翻入放置在水池内的料框中，水冷0.5-2分钟，出水迅速放入220-320℃的等温盐浴炉中，深松铲表面出水温度不低于220℃，在等温盐浴炉中保温1-4小时，出炉空冷。
本发明的有益效果是：将新型CADI材料应用于深松铲，生产出高强韧深松铲新产品，通过使用高纯生铁、净化铁水降低了铁水中的夹杂物含量，采用变质处理改善了碳化物的形态，从而提高了材料冲击韧性。通过补加碳化物形成元素，增加组织中碳化物的数量，提高了深松铲的抗磨性。等温淬火后获得了奥铁体基体，提高了深松铲的使用寿命。
附图说明
无。
具体实施方式
实施例1。
CADI深松铲产品成分控制范围见表1，在球铁成分的基础上，增加了Mn的含量，添加了Cr、Mo、Ti、V等碳化物形成元素，Ni的作用主要用于提高CADI的淬透性，Mg和RE元素是保障球化的残留元素。
表1
元素 C Si Mn Cr Mo Ni
含量 3.3-3.7 2.2-3.2 1.2-2.2 0.5-2.0 0.1-0.8 0.1-1.0
元素 Mg RE P S Ti V
含量 0.03-0.05 0.02-0.04 ≤0.03 ≤0.015 0.04-0.1 0.02-0.2
冶炼配料成分控制范围见表2，入炉主要原材料有优质废钢、高纯生铁、CADI回炉料，使用SiFe、MnFe、高碳CrFe、MoFe和镍板合金化。为了充分降低铁水中的S、P含量，减小S、P夹杂物对CADI性能的不利影响，使用了高纯生铁替代了铸造用生铁。
表2
元素 C Si Mn Cr Mo Ni P S
含量 3.3-3.7 1.6-2.2 1.5-2.5 0.5-2.0 0.1-0.8 0.1-1.0 ≤0.03 ≤0.015
铁水合金化完成后，升温到1420-1480℃，出炉进行铁水处理。铁水处理包括球化处理、孕育处理、变质处理、净化处理等。球化使用市场上销售的Mg8RE5球化剂，加入量为铁水重量的0.8-1.2%，孕育使用常用的75SiFe孕育剂，加入量为为铁水重量的0.4-1.0%。铁水球化采用冲入法，孕育剂一部分覆盖在球化剂上，一部分在出铁的后期随流孕育。变质处理采用TiFe和VFe复合变质剂，同时作为合金化的手段，补加铁水中的Ti、V含量，TiFe和VFe粒度为1-5mm，加入量按照合金化成分范围加入，覆盖在包底的球化剂和孕育剂上。铁水的球化处理、孕育处理、变质处理是在同时进行的，铁水球化反应平静后，立即进行净化处理。铁水净化处理使用铁水精炼剂和/或聚渣剂，将铁水球化孕育后的夹杂物吸附，通过扒渣操作去除，也可以配合使用包底通入氩气或氮气搅拌，以利于夹杂物上浮。整个铁水处理时间最好不超过3分钟，经处理好的铁水需要在不超过10分钟内全部浇筑完毕。
造型采用铁砂壳型，先用覆膜砂制作好壳型，将壳型组合成完整的深松铲型腔，然后放入钢铁材料制作的砂箱中，加入铁砂震动填实，安置好浇冒口等待浇注。
浇注温度为1320-1370℃，如果铁水处理时间稍长，可以随流补加孕育剂，以防止孕育衰退。对于使用砂箱壁中空的砂箱，铁水浇注后，可以给砂箱通冷却水冷却，对于不是中空的砂箱，可以直接喷雾化水或少量的冷却水冷却铁砂，加速工件的冷却速度，有利于增加形核，细化晶粒，改善工件的韧性。冷却水或雾化水冷却1-3分钟，停止冷却。
工件铸造组织为球状石墨、合金碳化物、珠光体和铁素体组织，需要进行等温淬火处理以改善性能。深松铲工件经开箱、去浇冒口、清理后放入台车热处理炉内加热进行奥氏体化处理，加热温度为880-920℃，保温1-4小时，根据入炉量确定保温时间。出炉后迅速放入220-320℃的等温盐浴炉中，保温1-4小时，然后出炉空冷。
实施例2。
本实施例CADI深松铲产品成分控制范围见表3，与实施例1的区别是去掉了贵重的Ni元素，使用了B元素增加淬透性。
表3
元素 C Si Mn Cr Mo B
含量 3.3-3.7 2.2-3.2 1.2-2.2 0.5-2.0 0.1-0.8 0.003-0.01
元素 Mg RE P S Ti V
含量 0.03-0.05 0.02-0.04 ≤0.03 ≤0.015 0.04-0.1 0.02-0.2
本实施例冶炼配料与实施例1基本相同，区别是去掉了镍板合金化，熔化配比成分见表4。
表4
元素 C Si Mn Cr Mo P S
含量 3.3-3.7 1.6-2.2 1.5-2.5 0.5-2.0 0.1-0.8 ≤0.03 ≤0.015
本实施例铁水处理操作与实施例1基本相同，区别是将BFe加入包内，与TiFe和VFe一起进行变质处理和合金化。其他的球化、孕育、净化处理均与实施例1相同。
造型采用铁砂壳型，与实施例1一样，浇注和冷却也与实施例1一样。
等温淬火工艺与实施例1相同，但考虑奥氏体化后，880-920℃高温出炉，工件红热，烘烤严重，操作条件恶劣，常常因为操作不及时造成组织不合格，产生次品，需要重新热处理。深松铲在880-920℃高温从台车炉出来后，台车翻转，将高温工件翻入放置在水池内的料框中，水冷0.5-2分钟，吊起料框，出水迅速放入220-320℃的等温盐浴炉中，工件表面出水温度不低于220℃。这样操作有两个好处，一是改善了劳动条件，避免了高温烘烤，二是快速预冷获得了满意的组织，合格率提高。等温盐浴炉中保温1-4小时，然后出炉空冷。
本发明通过对ADI材料的改进，将新型CADI材料应用于深松铲，生产出深松铲新产品，通过使用高纯生铁、净化铁水降低了铁水中的夹杂物含量，采用变质处理改善了碳化物的形态，从而提高了材料冲击韧性。通过补加碳化物形成元素，增加组织中碳化物的数量，提高了深松铲的抗磨性。等温淬火后获得了奥铁体基体，提高了基体冲击韧性，延长了深松铲的使用寿命。最终获得了强度大于1200MPa，冲击韧性大于12J，硬度大于54HRC的高强韧耐磨深松铲新产品。

Claims (1)

1.一种深松铲，其特征在于：采用CADI材料制作，所述CADI材料的质量百分比元素含量为：3.3-3.7%C、2.2-3.2%Si、1.2-2.2%Mn、0.5-2.0%Cr、0.1-0.8%Mo、0.1-1.0%Ni、0.04-0.1%Ti、0.02-0.2%V，0.03-0.05%Mg、0.02-0.04%RE、≤0.03%P，≤0.010%S；所述CADI材料经配料熔化、球化孕育处理、变质处理和净化处理后，铁砂壳型浇注成型，冷却后等温淬火；所述CADI材料的性能为：抗拉强度≥1200MPa，冲击韧性≥12J，硬度≥54HRC；所述孕育处理包括浇注时随流补加孕育剂；所述变质处理采用TiFe和VFe，粒度为1-5mm，加入量为铁水重量的1.2-3%；所述铁砂壳型是用铁砂将覆膜砂制作的深松铲壳型填埋在砂箱内；所述冷却包括在浇注后的水冷或风冷，即在浇注后迅速使用冷却水或雾化水冷却铁砂，或者使用风冷冷却铁砂；所述等温淬火工艺为： 880-920℃保温1-4小时，出炉后将高温工件翻入放置在水池内的料框中，水冷0.5-2分钟，出水迅速放入220-320℃的等温盐浴炉中，深松铲表面出水温度不低于220℃，在等温盐浴炉中保温1-4小时，出炉空冷。
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