CN109321813B - 一种高强度高韧性蠕墨铸铁转向器前盖铸件铸造工艺 - Google Patents

一种高强度高韧性蠕墨铸铁转向器前盖铸件铸造工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高强度高韧性蠕墨铸铁转向器前盖铸件铸造工艺，涉及铸件生产技术领域。包括以下步骤：原料混炼、原料除杂、成分分析、成分补充、蠕化孕育、降压脱气、浇注成型、冷却成型、落砂处理。本发明在铁水中添加多种化学成分大大提高了铸件的强度和韧性，使铸件的抗冲击性能好，方便使用，并且对蠕化剂和孕育剂的多次混合使用有效提高了铁水的蠕化孕育效果，同时通过对铁水进行降压脱气处理，大大提高了铸件的致密性，减少腐蚀。

Description

一种高强度高韧性蠕墨铸铁转向器前盖铸件铸造工艺
技术领域
本发明涉及铸件生产技术领域，具体涉及一种高强度高韧性蠕墨铸铁转向器前盖铸件铸造工艺。
背景技术
作为工程机械转向系统的转向器，属转向保安元件，工作环境恶劣，承受无规则交变冲击应力，其铸件质量要求Ⅰ类。目前，转向器体壳均采用灰铸铁材料，实际使用过程中表明，用灰铸铁生产转向器体壳，其铸造性能差。为了保证转向器体壳承受无规则交变冲击应力，从安全设计原理角度，材料强度越低，要求转向器体壳具有更大安全壁厚，而增加转向器重量，无法适应工程机械整车降重需要。
蠕墨铸铁力学性能介于灰铸铁和球墨铸铁之间，蠕墨铸铁的断面敏感性较普通灰铸铁小得多，故其厚大截面上的力学性能仍比较均匀。此外它的耐磨性优于孕育铸铁和高磷耐磨铸铁。突出的优点是屈强比在铸造合金中最高，导热性和耐热疲劳性比球墨铸铁高得多，这是蠕墨铸铁的突出优点。抗生长性和抗氧化性均较其它铸铁都高。切削加工性优于球墨铸铁，铸造性能接近低牌号灰铸铁，其缩孔、缩松倾向小于球墨铸铁，故铸造工艺比较简单。
但由于本铸件的生产工艺不合理，导致铸件的强度和韧性较低，因此制得的转向器前盖通常较为厚重，这样导致工程机械整车重量较重，不便使用，较薄的转向器前盖由于其较低的强度和韧性，导致其抗冲击性较差，给工作人员带来了较大的麻烦。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供一种高强度高韧性蠕墨铸铁转向器前盖铸件铸造工艺，本发明在铁水中添加多种化学成分大大提高了铸件的强度和韧性，使铸件的抗冲击性能好，方便使用，并且对蠕化剂和孕育剂的多次混合使用有效提高了铁水的蠕化孕育效果，同时通过对铁水进行降压脱气处理，大大提高了铸件的致密性，减少腐蚀。
为实现以上目的，本发明的技术方案通过以下技术方案予以实现：
一种高强度高韧性蠕墨铸铁转向器前盖铸件铸造工艺，包括以下步骤：
（1）将Q10生铁、废钢、电解铜、高碳锰铁和蠕铁回炉料加入熔炼炉中，并且升温至1520-1540℃进行熔炼，熔炼50-60min后进行除杂，得到原铁水备用；
（2）对上述步骤（1）中原铁水的化学成分进行光谱分析，检测其各成分的含量，根据检测结果添加硅铁、锆铁、钇铁、增碳剂和碳化硅，继续熔炼10-20min后得铁水备用；
（3）将蠕化剂、孕育剂和覆盖剂放入研磨盘内研磨混合形成混合剂，研磨至粒度为3-4mm，将研磨的混合剂预热至940-960℃后，取一半量覆盖在铁水包底，再加入上述步骤（2）中的铁水进行第一次蠕化孕育处理，保持铁水的温度为1480-1500℃；
（4）将上述步骤（3）中的铁水蠕化孕育30-60s后，将上述步骤（3）中的铁水包加盖密封，通过真空泵将铁水包中的空气抽出，除去铁水中的气泡，保压脱气30-40min后缓慢升压，得脱气铁水备用；
（5）将上述步骤（4）中的脱气铁水除渣并浇注到转向器前盖模具内，浇注时加入剩下的一半混合剂进行随流蠕化孕育，浇注时间控制在5min以内，冷却成型至室温后进行落砂处理得到产品。
优选的，所述转向器前盖铸件各材料的质量百分比为：Q10生铁39-43%、废钢24-28%、电解铜 0.9-1.1%、高碳锰铁3-5%、蠕铁回炉料20-24%、硅铁2.8-3.2%、锆铁0.03-0.07%、钇铁0.03-0.07%、增碳剂1.3-1.7%、90碳化硅1.3-1.7%。
优选的，所述转向器前盖铸件按照质量百分比由以下化学成分组成：C 3.4-3.8%、Cu 0.3-0.7%、Mn 2.4-2.8%、Si 1.0-1.4%、Zr 0.006-0.1%、Y 0.006-0.1%、S 0.02-0.03%、P0.1-0.2%，余量为Fe。
优选的，步骤（3）中蠕化剂、孕育剂和覆盖剂的量分别为铁水质量的0.8-1.2%、0.5-0.9%和0.2-0.4%。
优选的，步骤（3）中蠕化剂按照质量百分比由以下化学成分组成：Mg 4-6%、Si 38-42%、Cr 2.3-2.7%、Mo 1.6-2.0%、Sr 1.8-2.2%、In 1.5-2.5%，其余为Fe。
优选的，步骤（3）中孕育剂按照质量百分比由以下化学成分组成：Si 32-36%、Ba24-28%、Ti 1.2-1.6%、Co 0.8-1.0%、V 0.4-0.6%、W 1.4-1.6%，其余为Fe。
优选的，步骤（3）中覆盖剂按照质量百分比由以下化学成分组成：二氧化硅46-50％，三氧化二铝12-16％，氧化镁3-4％，氧化钙2-3％，其余为Fe。
优选的，步骤（4）中抽出空气使铁水包内的气压降至40-50kPa，脱气后升压至100-110kPa。
本发明提供一种高强度高韧性蠕墨铸铁转向器前盖铸件铸造工艺，与现有技术相比优点在于：
（1）本发明在铁水原料中添加Mn、Si、Zr和Y等化学成分，使制得的铸件的强度高且韧性高，同时Zr和Y的相互配合大大提高了铸件的强度和韧性，抗冲击性能好，不需要增加其重量，方便使用；
（2）本发明将蠕化剂、孕育剂和覆盖剂研磨混合后进行预热，再将其混合物分成两组分别对铁水进行二次不同的蠕化孕育，促进铁水内物质石墨化，达到细化晶粒，同时对各组分的添加量进行精确控制，使得铁水蠕化孕育效果好；
（3）本发明在铁水浇注前对其进行进行降压脱气处理，从而除去铁水内的气泡，提高铸件的致密性，使各组分联结紧密无缝隙，从而减少外界腐蚀。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种高强度高韧性蠕墨铸铁转向器前盖铸件铸造工艺，包括以下步骤：
（1）将Q10生铁、废钢、电解铜、高碳锰铁和蠕铁回炉料加入熔炼炉中，并且升温至1520-1540℃进行熔炼，熔炼50-60min后进行除杂，得到原铁水备用；
（2）对上述步骤（1）中原铁水的化学成分进行光谱分析，检测其各成分的含量，根据检测结果添加硅铁、锆铁、钇铁、增碳剂和碳化硅，继续熔炼10-20min后得铁水备用；
（3）将蠕化剂、孕育剂和覆盖剂放入研磨盘内研磨混合形成混合剂，研磨至粒度为3-4mm，将研磨的混合剂预热至940-960℃后，取一半量覆盖在铁水包底，再加入上述步骤（2）中的铁水进行第一次蠕化孕育处理，保持铁水的温度为1480-1500℃；
（4）将上述步骤（3）中的铁水蠕化孕育30-60s后，将上述步骤（3）中的铁水包加盖密封，通过真空泵将铁水包中的空气抽出，除去铁水中的气泡，保压脱气30-40min后缓慢升压，得脱气铁水备用；
（5）将上述步骤（4）中的脱气铁水除渣并浇注到转向器前盖模具内，浇注时加入剩下的一半混合剂进行随流蠕化孕育，浇注时间控制在5min以内，冷却成型至室温后进行落砂处理得到产品。
其中，转向器前盖铸件各材料的质量百分比为：Q10生铁39%、废钢28%、电解铜0.9%、高碳锰铁4%、蠕铁回炉料22%、硅铁3.1%、锆铁0.03%、钇铁0.07%、增碳剂1.3%、90碳化硅1.7%；转向器前盖铸件按照质量百分比由以下化学成分组成：C 3.8%、Cu 0.3%、Mn 2.6%、Si 1.4%、Zr 0.006%、Y 0.01%、S 0.02%、P 0.2%，余量为Fe；步骤（3）中蠕化剂、孕育剂和覆盖剂的量分别为铁水质量的0.8-1.2%、0.5-0.9%和0.2-0.4%；步骤（3）中蠕化剂按照质量百分比由以下化学成分组成：Mg 4-6%、Si 38-42%、Cr 2.3-2.7%、Mo 1.6-2.0%、Sr 1.8-2.2%、In 1.5-2.5%，其余为Fe；步骤（3）中孕育剂按照质量百分比由以下化学成分组成：Si 32-36%、Ba 24-28%、Ti 1.2-1.6%、Co 0.8-1.0%、V 0.4-0.6%、W 1.4-1.6%，其余为Fe；步骤（3）中覆盖剂按照质量百分比由以下化学成分组成：二氧化硅46-50％，三氧化二铝12-16％，氧化镁3-4％，氧化钙2-3％，其余为Fe；步骤（4）中抽出空气使铁水包内的气压降至40-50kPa，脱气后升压至100-110kPa。
实施例2：
一种高强度高韧性蠕墨铸铁转向器前盖铸件铸造工艺，包括以下步骤：
（1）将Q10生铁、废钢、电解铜、高碳锰铁和蠕铁回炉料加入熔炼炉中，并且升温至1520-1540℃进行熔炼，熔炼50-60min后进行除杂，得到原铁水备用；
（2）对上述步骤（1）中原铁水的化学成分进行光谱分析，检测其各成分的含量，根据检测结果添加硅铁、锆铁、钇铁、增碳剂和碳化硅，继续熔炼10-20min后得铁水备用；
（3）将蠕化剂、孕育剂和覆盖剂放入研磨盘内研磨混合形成混合剂，研磨至粒度为3-4mm，将研磨的混合剂预热至940-960℃后，取一半量覆盖在铁水包底，再加入上述步骤（2）中的铁水进行第一次蠕化孕育处理，保持铁水的温度为1480-1500℃；
（4）将上述步骤（3）中的铁水蠕化孕育30-60s后，将上述步骤（3）中的铁水包加盖密封，通过真空泵将铁水包中的空气抽出，除去铁水中的气泡，保压脱气30-40min后缓慢升压，得脱气铁水备用；
（5）将上述步骤（4）中的脱气铁水除渣并浇注到转向器前盖模具内，浇注时加入剩下的一半混合剂进行随流蠕化孕育，浇注时间控制在5min以内，冷却成型至室温后进行落砂处理得到产品。
其中，转向器前盖铸件各材料的质量百分比为：Q10生铁41%、废钢26%、电解铜1.0%、高碳锰铁4%、蠕铁回炉料22%、硅铁3.0%、锆铁0.05%、钇铁0.05%、增碳剂1.5%、90碳化硅1.5%；转向器前盖铸件按照质量百分比由以下化学成分组成：C 3.6%、Cu 0.5%、Mn 2.6%、Si 1.2%、Zr 0.008%、Y 0.008%、S 0.025%、P 0.15%，余量为Fe；步骤（3）中蠕化剂、孕育剂和覆盖剂的量分别为铁水质量的0.8-1.2%、0.5-0.9%和0.2-0.4%；步骤（3）中蠕化剂按照质量百分比由以下化学成分组成：Mg 4-6%、Si 38-42%、Cr 2.3-2.7%、Mo 1.6-2.0%、Sr 1.8-2.2%、In 1.5-2.5%，其余为Fe；步骤（3）中孕育剂按照质量百分比由以下化学成分组成：Si32-36%、Ba 24-28%、Ti 1.2-1.6%、Co 0.8-1.0%、V 0.4-0.6%、W 1.4-1.6%，其余为Fe；步骤（3）中覆盖剂按照质量百分比由以下化学成分组成：二氧化硅46-50％，三氧化二铝12-16％，氧化镁3-4％，氧化钙2-3％，其余为Fe；步骤（4）中抽出空气使铁水包内的气压降至40-50kPa，脱气后升压至100-110kPa。
实施例3：
一种高强度高韧性蠕墨铸铁转向器前盖铸件铸造工艺，包括以下步骤：
（1）将Q10生铁、废钢、电解铜、高碳锰铁和蠕铁回炉料加入熔炼炉中，并且升温至1520-1540℃进行熔炼，熔炼50-60min后进行除杂，得到原铁水备用；
（2）对上述步骤（1）中原铁水的化学成分进行光谱分析，检测其各成分的含量，根据检测结果添加硅铁、锆铁、钇铁、增碳剂和碳化硅，继续熔炼10-20min后得铁水备用；
（3）将蠕化剂、孕育剂和覆盖剂放入研磨盘内研磨混合形成混合剂，研磨至粒度为3-4mm，将研磨的混合剂预热至940-960℃后，取一半量覆盖在铁水包底，再加入上述步骤（2）中的铁水进行第一次蠕化孕育处理，保持铁水的温度为1480-1500℃；
（4）将上述步骤（3）中的铁水蠕化孕育30-60s后，将上述步骤（3）中的铁水包加盖密封，通过真空泵将铁水包中的空气抽出，除去铁水中的气泡，保压脱气30-40min后缓慢升压，得脱气铁水备用；
（5）将上述步骤（4）中的脱气铁水除渣并浇注到转向器前盖模具内，浇注时加入剩下的一半混合剂进行随流蠕化孕育，浇注时间控制在5min以内，冷却成型至室温后进行落砂处理得到产品。
其中，转向器前盖铸件各材料的质量百分比为：Q10生铁43%、废钢24%、电解铜1.1%、高碳锰铁4%、蠕铁回炉料22%、硅铁2.9%、锆铁0.07%、钇铁0.03%、增碳剂1.7%、90碳化硅1.3%；转向器前盖铸件按照质量百分比由以下化学成分组成：C 3.4%、Cu 0.7%、Mn 2.6%、Si 1.0%、Zr 0.01%、Y 0.006%、S 0.03%、P 0.1%，余量为Fe；步骤（3）中蠕化剂、孕育剂和覆盖剂的量分别为铁水质量的0.8-1.2%、0.5-0.9%和0.2-0.4%；步骤（3）中蠕化剂按照质量百分比由以下化学成分组成：Mg 4-6%、Si 38-42%、Cr 2.3-2.7%、Mo 1.6-2.0%、Sr 1.8-2.2%、In 1.5-2.5%，其余为Fe；步骤（3）中孕育剂按照质量百分比由以下化学成分组成：Si 32-36%、Ba 24-28%、Ti 1.2-1.6%、Co 0.8-1.0%、V 0.4-0.6%、W 1.4-1.6%，其余为Fe；步骤（3）中覆盖剂按照质量百分比由以下化学成分组成：二氧化硅46-50％，三氧化二铝12-16％，氧化镁3-4％，氧化钙2-3％，其余为Fe；步骤（4）中抽出空气使铁水包内的气压降至40-50kPa，脱气后升压至100-110kPa。
实施例4：
检测本发明铸件的强度和韧性，选取上述实施例1-3所制得的铸件和市面上普通的铸件，采用三点抗弯测试铸件的抗弯强度（弯曲强度：MPa），采用压痕法检测铸件的断裂韧性（断裂韧性数值：MPa/m2），以实施例1-3所得铸件为实验组1-3，普通铸件为对照组，结果如下表所示：
组别 实验组1 实验组2 实验组3 对照组
弯曲强度 430 420 460 270
断裂韧性数值 600 580 630 450
由上表可知，本发明所制得铸件的强度和韧性远远优于普通铸件，且实施例3所制得的铸件的强度和韧性最高。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种高强度高韧性蠕墨铸铁转向器前盖铸件铸造工艺，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将Q10生铁、废钢、电解铜、高碳锰铁和蠕铁回炉料加入熔炼炉中，并且升温至1520-1540℃进行熔炼，熔炼50-60min后进行除杂，得到原铁水备用；
（2）对上述步骤（1）中原铁水的化学成分进行光谱分析，检测其各成分的含量，根据检测结果添加硅铁、锆铁、钇铁、增碳剂和碳化硅，继续熔炼10-20min后得铁水备用；
（3）将蠕化剂、孕育剂和覆盖剂放入研磨盘内研磨混合形成混合剂，研磨至粒度为3-4mm，将研磨的混合剂预热至940-960℃后，取一半量覆盖在铁水包底，再加入上述步骤（2）中的铁水进行第一次蠕化孕育处理，保持铁水的温度为1480-1500℃；
（4）将上述步骤（3）中的铁水蠕化孕育30-60s后，将上述步骤（3）中的铁水包加盖密封，通过真空泵将铁水包中的空气抽出，除去铁水中的气泡，保压脱气30-40min后缓慢升压，得脱气铁水备用；
（5）将上述步骤（4）中的脱气铁水除渣并浇注到转向器前盖模具内，浇注时加入剩下的一半混合剂进行随流蠕化孕育，浇注时间控制在5min之内，冷却成型至室温后进行落砂处理得到转向器前盖铸件，所述转向器前盖铸件按照质量百分比由以下化学成分组成：C3.4-3.8%、Cu 0.3-0.7%、Mn 2.4-2.8%、Si 1.0-1.4%、Zr 0.006-0.01%、Y 0.006-0.1%、S0.02-0.03%、P 0.1-0.2%，余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的一种高强度高韧性蠕墨铸铁转向器前盖铸件铸造工艺，其特征在于：所述转向器前盖铸件各材料的质量百分比为：Q10生铁39-43%、废钢24-28%、电解铜0.9-1.1%、高碳锰铁3-5%、蠕铁回炉料20-24%、硅铁2.8-3.2%、锆铁0.03-0.07%、钇铁0.03-0.07%、增碳剂1.3-1.7%、90碳化硅1.3-1.7%。
3.根据权利要求1所述的一种高强度高韧性蠕墨铸铁转向器前盖铸件铸造工艺，其特征在于：步骤（3）中蠕化剂、孕育剂和覆盖剂的量分别为铁水质量的0.8-1.2%、0.5-0.9%和0.2-0.4%。
4.根据权利要求1所述的一种高强度高韧性蠕墨铸铁转向器前盖铸件铸造工艺，其特征在于：步骤（3）中蠕化剂按照质量百分比由以下化学成分组成：Mg 4-6%、Si 38-42%、Cr2.3-2.7%、Mo 1.6-2.0%、Sr 1.8-2.2%、In 1.5-2.5%，其余为Fe。
5.根据权利要求1所述的一种高强度高韧性蠕墨铸铁转向器前盖铸件铸造工艺，其特征在于：步骤（3）中孕育剂按照质量百分比由以下化学成分组成：Si 32-36%、Ba 24-28%、Ti1.2-1.6%、Co 0.8-1.0%、V 0.4-0.6%、W 1.4-1.6%，其余为Fe。
6.根据权利要求1所述的一种高强度高韧性蠕墨铸铁转向器前盖铸件铸造工艺，其特征在于：步骤（3）中覆盖剂按照质量百分比由以下化学成分组成：二氧化硅46-50％，三氧化二铝12-16％，氧化镁3-4％，氧化钙2-3％，其余为Fe。
7.根据权利要求1所述的一种高强度高韧性蠕墨铸铁转向器前盖铸件铸造工艺，其特征在于：步骤（4）中抽出空气使铁水包内的气压降至40-50kPa，脱气后升压至100-110kPa。
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