CN109576567B - 重型车桥主减速器壳体用球墨铸铁件的制备工艺 - Google Patents

重型车桥主减速器壳体用球墨铸铁件的制备工艺 Download PDF

Info

Publication number
CN109576567B
CN109576567B CN201910130314.6A CN201910130314A CN109576567B CN 109576567 B CN109576567 B CN 109576567B CN 201910130314 A CN201910130314 A CN 201910130314A CN 109576567 B CN109576567 B CN 109576567B
Authority
CN
China
Prior art keywords
percent
iron
less
equal
furnace
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910130314.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109576567A (zh
Inventor
左保堂
张增林
袁振山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
HEBEI XINGSHENG MACHINERY Co Ltd
Original Assignee
HEBEI XINGSHENG MACHINERY Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by HEBEI XINGSHENG MACHINERY Co Ltd filed Critical HEBEI XINGSHENG MACHINERY Co Ltd
Priority to CN201910130314.6A priority Critical patent/CN109576567B/zh
Publication of CN109576567A publication Critical patent/CN109576567A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109576567B publication Critical patent/CN109576567B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C37/00—Cast-iron alloys
    • C22C37/10—Cast-iron alloys containing aluminium or silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C1/00—Refining of pig-iron; Cast iron
    • C21C1/10—Making spheroidal graphite cast-iron
    • C21C1/105—Nodularising additive agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/26—Methods of annealing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D5/00—Heat treatments of cast-iron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/08—Making cast-iron alloys
    • C22C33/10—Making cast-iron alloys including procedures for adding magnesium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C37/00—Cast-iron alloys
    • C22C37/04—Cast-iron alloys containing spheroidal graphite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/005—Ferrite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/009—Pearlite
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)

Abstract

本发明涉及一种重型车桥主减速器壳体用球墨铸铁件的制备工艺，制得的球墨铸铁件含以下质量百分比的元素：C:3.40‑4.0％、Si:1.90‑2.30％、Mn:0.30‑0.50％、Cu:0.30‑0.40％、Mo:0.20‑0.36％、Sn:0.02‑0.04％、Sb:0.01‑0.020％、P:≤0.04％、S:≤0.035％、Mg:0.038‑0.06％、RE:0.02‑0.04％、余量为Fe及不可避免的杂质；其金相组织为：无碳化物的珠光体≥95％+块状铁素体，石墨球数为100‑150个/mm2。所述工艺主要采用废钢、球铁铁屑加增碳剂的炉料配比，添加少量铜、钼、锡、锑合金，控制球化反应过程和热处理铸件的间隙度，配合喷雾及风冷的热处理工艺，获得无碳化物珠光体≥95％+块状铁素体金相组织，铸件具有抗拉强度高、硬度不高、韧性高，加工性好等特点，实现车桥主减速器壳球墨铸铁件优异的力学性能和较低的生产成本。

Description

重型车桥主减速器壳体用球墨铸铁件的制备工艺
技术领域
本发明涉及铸铁冶金技术领域，特别涉及一种重型车桥主减速器壳体用球墨铸铁件的制备工艺。
背景技术
重型工程汽车在国民经济建设和国防运输方面发挥着重要作用。我国南北地域差异较大，路况复杂多变、工作场所环境多变且恶劣。重型汽车工作负荷大，主传动后桥及主减速壳会受到上、下、左、右的动、静以及非对称循环交变复杂的载荷，受力十分复杂多变。为了更好地适应工作场所的多变性，要求主减速壳具有重量轻、体积小的特点、并保证具有较高的机械强度和安全性。
球墨铸铁是20世纪40年代末发展起来的一种铸造合金,它是向铁水中加入球化剂和孕育剂而得到的球状石墨铸铁。由于石墨呈球状，其机械性能远远超过灰铸铁，优于可锻铸铁，甚至接近钢材,而价格低于钢，并且有许多优良使用性能，如应力集中性低、抗冲击性好等。因此，许多重要机械零件，如曲轴、连杆、阀体、缸套等均可采用球墨铸铁，以节约钢材、降低成本。一般车桥减速器壳体采用球墨铸铁料:QT450-10、QT400-15、QT600-3等。而重型工程汽车的主减速器壳需要更高的机械强度与安全性，才能满足使用性要求。等温淬火铸件生产工艺复杂、铸件形状不易过大和复杂、单次热处理生产批量不易过大等生产缺点。通常高强度球墨铸铁件需要加入多种高含量合金元素，易发生合金元素成分偏析，铸件生产成本高。铸件热处理后，因每个铸件所处位置不同散热条件不同，铸件本身壁厚差异，造成铸件与铸件之间、同一个铸件不同壁厚之间冷却速率不同，最终造成热处理后件与件之间力学性能一致性差，铸件热处理后本体力学性能低于试棒(试样)力学性能。上述两种热处理后铸件硬度都较高，存在不易加工技术难题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种重型车桥主减速器壳体用球墨铸铁件及其制备工艺。
本发明一方面优化了锰、铜、钼、锡、锑合金元素的含量，采用了废钢、球铁铁屑在200-240℃烘干后，采用机械挤压方法制的圆柱形铁饼+增碳剂的低成本炉料生产工艺。
本发明另一方面通过独特球化反应室以及上述独特球化剂覆盖方式，可以准确有效控制球化剂起爆时间，降低球化剂加入量。制得铸件氧化物夹渣类缺陷率低。
本发明还根据原铁水中硫含量高低，在球化时采用灰、球铁两种不同铁屑添加，提高铁水孕育活性，球化后三次孕育处理方法，球形石墨形核质点数量多，实现石墨球小，且数量多(100-150个/mm2)。
控制热处铸件与铸件间的间隙度，采用风冷+喷雾冷却方法，实现了热处理后件与件之间力学性能一致性好，铸件本体强度优于试棒(试样)力学性能，获得高的强度性能、良好韧性、且硬度较低的球墨铸铁，可以跟等温淬火件、锻钢件相媲美；制备的重型车桥主减速器壳铸件不仅热处理工艺的周期短、原料生产成本低，而且生产工艺简便易操作。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
本发明提供一种重型车桥主减速器壳体用球墨铸铁件，由以下质量百分比的元素成分组成：C:3.40-4.0％、Si:1.90-2.30％、Mn:0.30-0.50％、Cu:0.30-0.40％、Mo:0.20-0.36％、Sn:0.02-0.04％、Sb:0.01-0.020％、P:≤0.04％、S:≤0.035％、Mg:0.038-0.06％、RE:0.02-0.04％、余量为Fe及不可避免的杂质。
根据本发明一个较佳实施例，所述球墨铸铁件的金相组织为：无碳化物珠光体≥95％+块状铁素体，石墨球数为100-150个/mm2。
本发明还涉及上述质量组成的重型车桥主减速器壳体用球墨铸铁件的制备工艺，所述工艺包括如下处理步骤：
S1：一次熔化：将废钢总量的60％和球铁铁屑总量的60％投入至电炉中，调节电炉功率≤80％最大功率，加热熔化，得铁水A；
S2:二次熔化：将增碳剂、硅铁、锰铁、钼铁、剩余的废钢和剩余的球铁铁屑投入上述电炉中，调节电炉功率＝100％最大功率，升温至1380-1400℃，得B；
S3:精炼：从B中取样检测并根据检测结果调整化学成分为C:3.40-4.0％、Si：0.8-1.2％、Mn:0.30-0.50％、Mo:0.2-0.36％、P:≤0.04％、S:≤0.035％时，使电炉升温至1550-1570℃，保温2-3min后，得D；
S4:球化反应：将硅钡孕育剂按照质量比8：3：1分成三份W1、W2、W3，然后依次进行第一次、第二次、第三次孕育,具体过程如下：
S41:第一次孕育：向球化包底下的球化反应室依次加入球化剂并捣实、加入硅钡孕育剂W1并捣实、加入球铁铁屑或灰铁铁屑并捣实，在球铁铁屑或灰铁铁屑上放置钢玉耐火砖，钢玉耐火砖之上覆盖铸铁板，再加入铜合金、锡合金，将温度为1500-1520℃的D总质量的60～80wt％倒入球化包中，迅速封闭球化包的开口部位，待球化包内反应70-100s，得H；
S42:第二次孕育：向H中加入硅钡孕育剂W2、锑合金，将温度为1500-1520℃的D的剩余部分倒入球化包中，孕育后进行扒渣处理，得K；
S43：第三次孕育：向小浇包中加入硅钡孕育剂W3的1/n份，将温度为1360-1430℃的K的1/n份倒入小浇包孕育后，进行浇注；其中：n＝K总质量/Y，而Y＝小浇包所盛铁水重量；
S5:热处理：对浇注完成的浇铸件，进行如下的热处理工艺：
S51:采用风冷结合喷雾冷却的一次热处理：在退火炉中，将5～15个铸件在高度方向上叠放成一组，并叠置成若干组，每组四周之间的间距为30-50mm；对铸件以90-100℃/h升温速率升温至700℃之后，然后以25℃/h升温速率升至750℃,再以90-100℃升温速率升至870-880℃，保温1.5-2.5小时，将铸件出炉，向铸件正前方及左右侧的任意一侧通入风速10-14m/s进行风冷至600-680℃，再进行风冷结合喷雾冷却至300℃，最后空冷至室温；
S52:二次退火处理：按照S51的摆放规则摆放铸件，对铸件以≤75℃/h升温至550-580℃，保温2-3小时后，随炉降温至300℃，将铸件出炉空冷至室温，制得球墨铸铁件F。
所使用的硅钡孕育剂为市面上成熟的产品，用法用量参见相关标准，在此不再详述。
作为本发明一个较佳实施例，步骤S51喷雾冷却用的冷却液为氯化钙水基混合溶液，其中氯化钙：水质量比＝3：5(温度为5-20℃)。
作为本发明一个较佳实施例，步骤S1～S2两步所使用的废钢与球铁铁屑重量比为3：2，球铁铁屑在烘干炉加热到200-240℃，用时60-90分钟烘干，通过机械挤压方法制成￠200mm×100mm(高)圆柱饼体；所用球铁铁屑化学成分百分数范围如下：C:3.0-4.0％、Si:1.6-2.75％、Mn:＜0.8％、Cu:＜1.0％、Mo:＜0.70％、Sn:＜0.05％、Sb:＜0.03％、P:≤0.04％、S:≤0.025％,余量为Fe。
作为本发明一个较佳实施例，在步骤S3中，使电炉中铁水升温至1550℃，保温3分钟，得D，出炉后1500-1520℃倒包球化。
作为本发明一个较佳实施例，步骤S41中，所述球化反应室为位于球化包底一侧的下凹结构，尺寸为260mm长×260mm宽×280mm深，钢玉耐火砖尺寸230mm长×230mm宽×30mm厚，中心预留
Figure GDA0002279200620000041
通孔；所述球化反应室内从下至上依次覆盖有球化剂、硅钡孕育剂W1、灰铁铁屑或球铁铁屑、钢玉耐火砖、230mm长×230mm宽×(7-10)mm厚铸铁板。且所述钢玉耐火砖上表面低于球化反应室的上口面。借此，可减少球化剂的使用量，氧化镁夹渣少，产品的收缩性缺陷较少。
作为本发明一个较佳实施例，在步骤S41中，所述铸铁板为取自少量步骤S3制得的D浇注而成的厚度为7～10mm的铸铁板；
作为本发明一个较佳实施例，在步骤S41中，当D中S≤0.02％时，球化反应室加入含硫量0.04-0.06wt％的灰铁铁屑并捣实，所述灰铁铁屑为球化包内S42制得的K质量的0.2％；当D中0.02％＜S＜0.035％时，球化反应室加入球铁铁屑并捣实，所述球铁铁屑为球化包内S42制得的K质量的0.2％。
作为本发明一个较佳实施例，在步骤S41中，所用球化剂的堆积密度为1.5-1.7g/cm3，使用市场现有成熟的球化剂，球化剂的用量为铁水D总质量的1.0～1.10％。
作为本发明一个较佳实施例，在步骤S41中，所述球化包在使用前预热至500-600℃。
所述步骤S5中，喷雾冷却用的冷却液为氯化钙水基混合溶液，其中氯化钙：水质量比＝3：5(5-20℃)。
作为本发明一个较佳实施例，步骤S1的具体操作为：将废钢、球铁铁屑分别以等重量分成5等份：m1、m2、m3、m4、m5和n1、n2、n3、n4和n5；投料时，先依次向电炉炉底投入n1的球铁铁屑和m1的废钢，将炉功率调节为炉最大功率的30％；等炉内的投入料熔化而下降20～40％后，再依次投入n2的球铁铁屑和m2的废钢，将炉功率调节为炉最大功率的50％；等炉内的投入料熔化而下降20～40％(指炉内料的高度)后，再依次投入n3的球铁铁屑和m3的废钢，将炉功率调节为炉最大功率的80％，并升温至1050-1100℃，融化得到铁水A；步骤S2的具体操作为：将增碳剂、硅铁、锰铁、钼铁加入所述电炉中，再将m4的废钢和n4的球铁铁屑投入电炉中，调节炉功率为最大功率的90％；等炉内的投入料熔化而下降20～40％(指炉内料的高度)后，再投入m5的废钢和n5的球铁铁屑，调节炉功率为100％，电炉升温至1380-1400℃，得B。按照上述操作可节省大量能耗，可把熔炼用电生产成本降到最低。
在本申请中，喷雾冷却是指液体通过雾化喷管借助高压气体(气体协助雾化喷射)，雾化成小液滴，并以一定的速度喷射到被冷却物体表面，以达到有效冷却的技术称称之为喷雾冷却。喷雾具有更大的换热系数和临界热流密度(CHF)，且可使热源表面温度分布更加均匀，温度梯度更小，因此被誉为最高效、最有发展前景的冷却方式。喷出的是气液混合的小雾滴，雾滴更易于发生相变而增强换热能力。
其中，钢玉耐火砖的化学成分为：Al2O3≥90％、Fe2O3≤0.5％、0＜SiO2≤0.2％、0＜Cr2O3≤1％0＜TiO2≤1％。
锡合金Sn99.99的组成如下：Sn≥99.99％、As≤0.005％、Fe≤0.025％、Cu≤0.0005％、Pb≤0.0035％、Bi≤0.0025％、Sb≤0.002％、Cd≤0.0003％、Zn≤0.0005、Al≤0.0005％,微量元素总和≤0.010％。
锑合金Sb-1的组成如下：Sb≥99.95％、As≤0.05％、Fe≤0.02％、S≤0.04、Cu≤0.01，微量元素总和≤0.15％。
钼合金FeMo60-A的组成如下：Mo:55-65％、Si≤1.0、S≤0.10、P≤0.04、C≤0.10、Cu≤0.50、Sb≤0.04、Sn≤0.04、余量为Fe。
(三)有益效果
(1)本发明的球墨铸铁件采用废钢、球铁铁屑为生产原料，配合增碳剂的炉料配比，添加适量的铜、钼、锡、锑合金，采用本发明的热处理工艺，控制热处理时铸件的摆放空隙度、运用风冷加喷雾冷却方式，制得了无碳化物珠光体≥95％+块状铁素体的金相组织，铸件具有抗拉强度高、硬度不高、延伸率和韧性较好，铸铁加工性好等特点，试样的抗拉强度可达到900Mpa,延伸率4-6％，硬度260HB，铸件本体热处理后强度达到912Mpa-延伸率4％，1029Mpa-延伸率2％，硬度270-290HB，铸件本体力学性能可跟等温淬火热处理后铸件相媲美。
国标GB/T1348-2009《球墨铸铁件》QT800-2硬度245-335HB，T900-2硬度280-360HB,最高牌号为QT900-2，本发明制的铸件不但铸件本体强度远超出国标要求，而且铸件硬度均处于硬度要求下限，铸件加工性能好。
本发明添加少量铜、钼、锡、锑等元素，充分利用各金属元素对球墨铸件提高强度的有利作用，设计合适的加入量，节约了产品成本，还避免各合金元素过量带来的缺陷，下面进行依次分述如下：
本发明的添加少量回收工业废铜板，成本低，加入铜可以增加珠光体，强化铁素体，细化共晶团，使球墨铸铁件在热处理时容易得到珠光体组织，提高铸件淬透性，铜不形成游离渗碳体，不与碳形成碳化物。在温度650℃以下，铜的溶解度为3.5％，多余铜会富积在晶界内缘形成富铜相。但若加入过多的工业废铜板，会因工业废铜板带入Ti、Pb、Bi、Te、As等有害元素。本专利选择0.3-0.5％加入量(Cu)，稍微超过室温0.35％溶解度，在共晶团内产生少量过量铜负偏析，又充分利用工业废铜廉价、来源广的优势、提高力学性、提高热处理淬透性的这些优点。
钼元素在球墨铸铁件凝固过程中，提高Ac3点，降低Ar1点，因而可以提高热处理过程中的淬透性。球墨铸铁中钼质量分数在0.2-0.36％时，钼有促使形成铁素体的作用，它使铁素体圈增厚，钼溶解在铁素体中，可以强化铁素体，提高铁素体和珠光体显微硬度，从而提高铸件强度与硬度。当钼含量超过0.4-0.5％时，其促进铁素体作用将消失。
锡元素在球墨铸铁件中，促进珠光体生成，球化等级提高，球径变小，分布均匀。球墨铸铁加入0.02-0.04％锡，珠光体含量增加，共晶团及珠光体均细化。当含锡量超过0.05％时，易产生锡在晶界偏析而引起脆化。
锑元素有较强珠光体稳定作用，球墨铸铁中加入0.01-0.02％，不会产生碳化物。当锑超0.03％时会出现锑富集相，从而减弱了金属基体之间的联系，导致强度下降。
通过控制锰在0.30-0.50％合适含量，实现不产生锰偏析也不产生锰的碳化物,还能提高铸件强度优点。
通过合理控制上述铜、钼、锡、锑、锰元素，整体地提高球墨铁铸件的强度，又不产生碳化物等负面作用。而本发明的制备工艺在球化、浇注过程采用了三次孕育，使得各金属元素的作用得以充分发挥，充分利用上述金属元素对基体组织的固溶强化作用，细化共晶团、增多石墨球，获得良好铸态基体组织，强度高且没有碳化物生成。
因最终的球墨铁铸件没碳化物生成，热处温度可由常规900℃下降到870-880℃，保温时间可以缩短到1.5-2.5小时。通过合理设计热处理炉内铸件的堆叠摆放方式，控制铸件与铸件的间隙度，以10-14m/s风速进行风冷，保证了出炉后所有铸件冷却率及冷却均匀性；获得了强度高、延伸率高、生产成本低的重型工程车桥主减速壳铸件。本发明的热处工艺热处理时间短，成本低，且能够获得基体组织为无碳化物珠光体≥95+3％块状铁素体，具有热处理周期短、抗拉强度高、硬度不高、易于加工等优异特点。
(2)喷雾冷却用的冷却液为氯化钙水基混合溶液，环保无染，冷却效果好，且成本低。
(3)球化反应室内从下至上依次覆盖有球化剂、硅钡孕育剂W1、之上覆盖灰铁铁屑或球铁铁屑有益技术效果如下：
在球化处理的过程中，S被认为是有害的元素，S含量越低越好。然而，S元素的含量对球墨铸铁有重要双重影响，具体是用稀土镁球化剂处理铁水，硫首选与稀土元素起作用生成稀土硫化物，之后硫又与铁水中镁、锰元素起作用生成硫化镁、硫化锰，同时稀土元素又在还原硫化镁、硫化锰，但此反应不能进行到底。因此，在形成硫化镁硫化锰之后，剩下的镁和稀土元素才能起球化作用，此时硫元素对稀土、镁起消耗的副面作用；但稀土硫化物比重与铁水相当，稀土硫化物可分散成小质点分散到铁水中，与铁水中硫化锰、硫化钙、硫铈或其他硫氧化共同形成球形石墨晶核的最中心基质，此时适度硫化物或硫氧化物更利于形成球型石墨以及增加石墨球数。当硫含量高时，会过多消耗镁、稀土元素不利于球化，当硫含量低时，会影响球型石墨的形核及数量。
原铁水硫含量低时，加入灰铁屑可以促进石墨形核，增加石墨微球的数量；当原铁水硫含量高时，加入球铁屑后因铁屑含硫低可降低对球化剂中镁、稀土的消耗并提高铁液的起伏浓度。铁液存在显微尺度的温度起伏、能量起伏、结构起伏、浓度起伏，当液态金属中含有未熔的固体微粒时，微粒表面及相邻微区可能出现元素偏聚，形成原子浓度和微观浓度双重起伏，在球化过程中，用铁屑覆盖球化剂，未熔石墨微粒直接成为石墨晶核，或形成C—C原子集团，从而促进石墨形核。
所述球化反应室内从下至上依次覆盖有球化剂、硅钡孕育剂W1、灰铁铁屑或球铁铁屑、钢玉耐火砖、铸铁板；且所述钢玉耐火砖上表面低于球化反应室的上口面的有益技术效果如下:
球化时向球化包倾倒如入1500-1520℃铁水D，由铁水D制的230mm长×230mm宽×(7-10)mm厚铸铁板覆盖在钢玉耐火砖之上。铁水D先熔化掉铸铁板之后，铁水会迅速熔化钢玉耐火砖中心预留
Figure GDA0002279200620000091
孔，以及钢玉耐火砖与球化反应室间隙裸露的铁屑，同时铁水会浸入到钢玉耐火砖下面(钢玉耐火砖尺寸230mm长×230mm宽，球化反应室260mm长×260mm宽)，因钢玉耐火砖密度比重轻会自动上浮，此时铁水D才会与铁屑大面积接触，当铁屑熔化掉时将开始球化反应。此种方法可以有效控制球化反应开始时间，提高球化效果，降低球化剂使用量；
(4)本发明以球铁铁屑、废钢、增碳剂为主料，不用生铁作为原料进行生产，不仅可获得更好的力学性能，且使车桥主减速器壳球墨铸铁件的生产成本更低。
(5)本发明使用的球铁铁屑化学成分要求十分宽松，所用球铁铁屑化学成分百分数范围如下：C:3.0-4.0％、Si:1.6-2.75％、Mn:＜0.8％、Cu:＜1.0％、Mo:＜0.70、Sn:＜0.05、Sb:＜0.03、P:≤0.04％、S:≤0.025％,余量为Fe。因此，所有常规球铁加工铁屑都可以回收用作本发明的原料，节约了炉料成本。
(6)球铁铁屑200-240℃烘干后，去除了铁屑中水分与油污，对熔炼设备起到有益保护作用，采用机械挤压方法制的￠200×100mm(高)圆柱形铁饼，提高铁屑炉料堆集密度，提高熔炼效率，节省了成生产在本。
(7)本发明在制备工艺过程中，在一次熔化时，首先向电炉中加球墨铸铁铁屑，保护了电炉熔炼炉底及炉壁，再加入废钢，依此交替加入，避免产生炉料棚料生产事故。优选地，在一次熔化和二次熔化时，分5等份将废钢和球铁铁屑加入到电炉中，且按照加入的量逐级调节电炉功率为最大功率的30％、50％、80％、90％至100％，通过该逐级调节电炉功率可以把熔炼用电生产成本降到最低。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合具体实施例，对本发明作详细描述。
实施例1
一种重型车桥主减速器壳体用球墨铸铁件的制备工艺，所述工艺包括如下处理步骤：
S1：一次熔化：准备废钢240KG的废钢和160KG的球铁铁屑，其中球铁铁屑化学成分百分数满足如下要求：C:3.0-4.0％、Si:1.6-2.75％、Mn:＜0.8％、Cu:＜1.0％、Mo:＜0.70、Sn:＜0.05、Sb:＜0.03、P:≤0.04％、S:≤0.025％,余量为Fe。将废钢分成5等份，每份48KG；球铁铁屑分成5等份，每份32KG。
投料时，按照如下方式操作：先依次向电炉的炉底投入32KG的球铁铁屑和48KG的废钢，将炉功率调节为炉最大功率的30％；等炉内的投入料熔化而下降了20％(指代炉内料的高度)后，再依次投入32KG的球铁铁屑和48KG的废钢，此时将炉功率调节为炉最大功率的50％；等炉内的投入料熔化而下降了20％后，再依次投入32KG的球铁铁屑和48KG的废钢，再将炉功率调节为炉最大功率的80％，并升温至1050-1100℃，融化得到铁水A。
S2:二次熔化：将增碳剂、硅铁、锰铁、钼铁加入所述电炉中，再将48KG的废钢和32KG的球铁铁屑投入电炉中，调节炉功率为最大功率的90％；等炉内的投入料熔化而下降了20％后，再投入的48KG废钢和32KG的球铁铁屑，此时调节炉功率为100％，将电炉升温至1380-1400℃，得B。按照上述操作可节省大量电能，可把熔炼用电生产成本降到最低。
S3:精炼：从B中取样检测并根据检测结果调整化学成分为C:3.40-3.70％、Si：0.8-1.2％、Mn:0.35-0.50％、Mo:0.2-0.36％、P:≤0.04％、S:≤0.025％时，使电炉升温至1550-1570℃，保温2-3min后，得铁水D。
S4:球化反应：硅钡孕育剂的用量为铁水D总质量的1.0～1.2％,优选为1.2％，因而硅钡孕育剂的用量约为4.8KG。
硅钡孕育剂成份指标有两种：(1)Ba 1-2％，Ca 1-2％，Si 70-72％，Al 1-2％；(2)Ba 4-6％，Ca 1-2％，Si 65-70％，Al 1-2％。标准粒度：0.1-0.4mm，0.2-0.7mm，1-3mm，3-6mm。硅钡孕育剂中钡和钙是重要的孕育元素，起脱氧脱氮促进渗碳体分解及石墨析出作用，钙可以提高球化时镁的吸收率。在本实施例中优选第(2)种，粒度为0.2～0.7mm。
将孕育剂按照质量比8：3：1分成三份分为3.2KG、1.2KG、0.4KG，然后依次进行第一次、第二次、第三次孕育,具体过程如下：
S41:第一次孕育：将球化包预热至550℃，然后向球化包底下的球化反应室依次加入球化剂并捣实、加入硅钡孕育剂3.2KG并捣实、覆盖一层球铁铁屑并捣实，铁屑之上放置钢玉耐火砖，其上面现低于球化反应室上平面，钢玉耐火砖之放置铸铁板，再加入铜合金、锡合金，将温度为1500-1520℃的D总质量的70wt％倒入球化包中，迅速封闭球化包的开口部位，待球化包内反应70-100s，得H。
本实施例用的球化剂为含镁量4％、5％、5.5％，RE在1％－2％之间的低镁球化剂，所用球化剂的堆积密度为1.5-1.7g/cm3。铸铁板是用铁水D浇铸得到的230mm长×230mm宽×(7-10)mm厚
S42:第二次孕育：向H中加入硅钡孕育剂1.2KG、锑合金，将温度为1500-1520℃的、剩余的D全部倒入球化包中，孕育后进行扒渣处理，得K；
S43：第三次孕育：向每个小浇包中加入硅钡孕育剂0.4KG的1/10份40g，将温度为1360-1430℃的400千克K的1/10倒入小浇包孕育后，进行浇注；
S5:热处理：对浇注完成的浇铸件，进行如下的热处理工艺：
S51:一次退火：在退火炉中，将10个铸件在高度方向上叠放成一组，并叠置成若干组，每组四周之间的间距为45mm；对铸件以90-100℃/h升温速率升温至700℃之后，然后以25℃/h升温速率升至750℃,再以90-100℃升温速率升至870-880℃，保温1.5-2.5小时；
S52:将铸件出炉，向铸件正前方及左右侧的任意一侧通入风速13.9m/s进行风冷至680℃，再进行风冷结合喷雾冷却至300℃，最后空冷至室温；喷雾冷却的冷却液为氯化钙水基混合溶液，其中氯化钙：水质量比＝3：5(5-20℃)。
S53:二次退火：按照S51的摆放规则摆放铸件，对铸件以≤75℃/h升温至550-580℃，保温2-3小时后，使降炉温至300℃，将铸件出炉空冷至室温，制得球墨铸铁件F。
根据球墨铸铁件的标准检测方法，测得球墨铸铁件F由以下质量百分比的元素成分组成：C:3.5％、Si:2.10％、Mn:0.4％、Cu:0.35％、Mo:0.30％、Sn:0.03％、Sb:0.018％、P:0.02％、S:0.028％、Mg:0.045％、RE:0.03％、余量为Fe及不可避免的杂质。金相检测结果为，所述球墨铸铁件的金相组织为：无碳化物的97％珠光体+3％块状铁素体，石墨球数约为100-150个/mm2。
球墨铸铁件F具有抗拉强度高、延伸率和韧性好、易加工等特点，其抗拉强度可达到912Mpa,延伸率达4％,硬度285HB。
实施例2
本实施例与实施例1区别主要在步骤S41:所述球化反应室为位于球化包底的下凹结构，尺寸为260mm长×260mm宽×280mm深，钢玉耐火砖尺寸230mm长×230mm宽×30mm厚，中心预留
Figure GDA0002279200620000121
通孔。先将球化包预热至550℃，然后球化反应室加料顺序依次为：加入球化剂并捣实、加入硅钡孕育剂1.331KG并捣实、加入灰铁铁屑并捣实、覆盖钢玉耐火砖、覆盖由球铁铁屑机械压合的铁饼(230mm长×230mm宽),铁饼的质量为球化包内质量的0.15％。最终，使钢玉耐火砖上面要低于球化反应室上口面，然后再加入铜合金、锡合金，将温度为1500-1520℃的D总质量的70wt％倒入球化包中，迅速封闭球化包的开口部位，待球化包内反应70-100s，得H。
钢玉耐火砖化学成分：Al2O3≥90％、Fe2O3≤0.5％、SiO2≤0.2％、Cr2O3≤1％TiO2≤1％。借此，可减少球化剂的使用量，氧化镁夹渣少，产品内部收缩性缺陷少。
其他各步骤和操作条件均参照实施例1。
根据球磨铸铁件的标准检测方法，测得球墨铸铁件F由以下质量百分比的元素成分组成：C:3.6％、Si:2.0％、Mn:0.42％、Cu:0.37％、Mo:0.34％、Sn:0.03％、Sb:0.015％、P:0.026％、S:0.022％、Mg:0.05％、RE:0.035％、余量为Fe及不可避免的杂质。金相检测结果为，所述球墨铸铁件的金相组织为：无碳化物的97％珠光体+3％块状铁素体，石墨球数约为100-150个/mm2。
球墨铸铁件F具有抗拉强度高、延伸率和韧性好、易加工等特点，其抗拉强度可达到910Mpa,延伸率达6％。

Claims (8)

1.一种重型车桥主减速器壳体用球墨铸铁件的制备工艺，所述球墨铸铁件由以下质量百分比的元素成分组成：C:3.40-4.0％、Si:1.90-2.30％、Mn:0.30-0.50％、Cu:0.30-0.40％、Mo:0.20-0.36％、Sn:0.02-0.04％、Sb:0.01-0.020％、P:≤0.04％、S:≤0.035％、Mg:0.038-0.06％、RE:0.02-0.04％、余量为Fe及不可避免的杂质；
其特征在于，所述工艺包括如下处理步骤：
S1：一次熔化：将废钢总量的60％和球铁铁屑总量的60％投入至电炉中，调节电炉功率≤80％最大功率，加热熔化，得铁水A；
S2:二次熔化：将增碳剂、硅铁、锰铁、钼铁、剩余的废钢和剩余的球铁铁屑投入上述电炉中，调节电炉功率＝100％最大功率，升温至1380-1400℃，得B；
S3:精炼：从B中取样检测并根据检测结果调整化学成分为C:3.40-4.0％、Si：0.8-1.2％、Mn:0.30-0.50％、Mo:0.2-0.36％、P:≤0.04％、S:≤0.035％时，使电炉升温至1550-1570℃，保温2-3min后，得D；
S4:球化反应：将硅钡孕育剂按照质量比8：3：1分成三份W1、W2、W3，然后依次进行第一次、第二次、第三次孕育,具体过程如下：
S41:第一次孕育：向球化包底下的球化反应室依次加入球化剂并捣实、加入硅钡孕育剂W1并捣实、加入球铁铁屑或灰铁铁屑并捣实，在球铁铁屑或灰铁铁屑上放置钢玉耐火砖，钢玉耐火砖之上覆盖铸铁板，再加入铜合金、锡合金，将温度为1500-1520℃的D总质量的60～80wt％倒入球化包中，迅速封闭球化包的开口部位，待球化包内反应70-100s，得H；
S42:第二次孕育：向H中加入硅钡孕育剂W2、锑合金，将温度为1500-1520℃的D的剩余部分倒入球化包中，孕育后进行扒渣处理，得K；
S43：第三次孕育：向小浇包中加入硅钡孕育剂W3的1/n份，将温度为1360-1430℃的K的1/n份倒入小浇包孕育后，进行浇注，其中：n＝K总质量/Y，而Y＝小浇包所盛铁水重量；
S5:热处理：对浇注完成的铸件，进行如下的热处理工艺：
S51:采用风冷结合喷雾冷却的一次热处理：在热处炉中，将5～15个铸件在高度方向上叠放成一组，并叠置成若干组，每组四周之间的间距为30-50mm；对铸件以90-100℃/h升温速率升温至700℃之后，然后以25℃/h升温速率升至750℃，再以90-100℃升温速率升至870-880℃，保温1.5-2.5小时，将铸件出炉，向铸件正前方及左右侧的任意一侧通入风速10-14m/s进行风冷至600-680℃，再进行风冷结合喷雾冷却至300℃，最后空冷至室温；
S52:二次退火处理：按照S51的摆放规则摆放铸件，对铸件以≤75℃/h升温至550-580℃，保温2-3小时后，随炉降温至300℃，将铸件出炉空冷至室温，制得球墨铸铁件；
所述球墨铸铁件的金相组织为：无碳化物的珠光体≥95％+块状铁素体，石墨球数为100-150个/mm2。
2.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，步骤S51喷雾冷却用的冷却液为氯化钙水基混合溶液，在5-20℃下，其中氯化钙：水质量比＝3：5。
3.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，步骤S1～S2两步所使用的废钢与球铁铁屑重量比为3：2；所用球铁铁屑化学成分百分数范围如下：C:3.0-4.0％、Si:1.6-2.75％、Mn:＜0.8％、Cu:＜1.0％、Mo:＜0.70％、Sn:＜0.05％、Sb:＜0.03％、P:≤0.04％、S:≤0.025％,余量为Fe。
4.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，步骤S41中，所述球化反应室为位于球化包底一侧的下凹结构，尺寸为260mm长×260mm 宽×280mm深，钢玉耐火砖尺寸230mm长×230mm宽×30mm厚，中心预留通孔；所述球化反应室内从下至上依次覆盖有球化剂、硅钡孕育剂W1、灰铁铁屑或球铁铁屑、钢玉耐火砖、230mm长×230mm宽×(7-10)mm厚铸铁板，且所述钢玉耐火砖上表面低于球化反应室的上口面。
5.根据权利要求1或4所述的制备工艺，其特征在于，在步骤S41 中，所述铸铁板为取自少量步骤S3制得的D浇注而成的厚度为7～10mm的铸铁板。
6.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，在步骤S41中，当D中S≤0.02％时，球化反应室加入含硫量0.04-0.06wt％的灰铁铁屑并捣实，所述灰铁铁屑为球化包内S42制得的K质量的0.2％；当D中0.02％＜S＜0.035％时，球化反应室加入球铁铁屑并捣实，所述球铁铁屑为球化包内S42制得的K质量的0.2％。
7.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，在步骤S41中，所述球化包在使用前预热至500-600℃。
8.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，
步骤S1的具体操作为：将废钢、球铁铁屑分别以等重量分成5等份：m1、m2、m3、m4、m5和n1、n2、n3、n4、n5；投料时，先依次向电炉炉底投入n1的球铁铁屑和m1的废钢，将炉功率调节为炉最大功率的30％；等炉内的投入料熔化而下降20～40％后，再依次投入n2的球铁铁屑和m2的废钢，将炉功率调节为炉最大功率的50％；等炉内的投入料熔化而下降20～40％后，再依次投入n3的球铁铁屑和m3的废钢，将炉功率调节为炉最大功率的80％，并升温至1050-1100℃，融化得到铁水A；
步骤S2的具体操作为：将增碳剂、硅铁、锰铁、钼铁加入所述电炉中，再将m4的废钢和n4的球铁铁屑投入电炉中，调节炉功率为最大功率的90％；等炉内的投入料熔化而下降20～40％后，再投入m5的废钢和n5的球铁铁屑，调节炉功率为100％，电炉升温至1380-1400℃，得B。
CN201910130314.6A 2019-02-21 2019-02-21 重型车桥主减速器壳体用球墨铸铁件的制备工艺 Active CN109576567B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910130314.6A CN109576567B (zh) 2019-02-21 2019-02-21 重型车桥主减速器壳体用球墨铸铁件的制备工艺

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910130314.6A CN109576567B (zh) 2019-02-21 2019-02-21 重型车桥主减速器壳体用球墨铸铁件的制备工艺

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109576567A CN109576567A (zh) 2019-04-05
CN109576567B true CN109576567B (zh) 2020-01-14

Family

ID=65918823

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910130314.6A Active CN109576567B (zh) 2019-02-21 2019-02-21 重型车桥主减速器壳体用球墨铸铁件的制备工艺

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109576567B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019109972A1 (de) * 2019-04-16 2020-10-22 Knorr-Bremse Systeme für Nutzfahrzeuge GmbH Positionserfassungseinheit, Kupplungssteller mit Positionserfassungseinheit und Fahrzeugkupplung mit Positionserfassungseinheit
CN116103474A (zh) * 2020-03-02 2023-05-12 中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司 球墨铸铁件的热处理方法及由此得到的球墨铸铁件
CN111893372A (zh) * 2020-08-10 2020-11-06 安徽恒升铸业有限公司 一种低温冲击韧性球墨铸铁的铸态生产工艺
CN112063915A (zh) * 2020-09-16 2020-12-11 宁德际福机械制造有限公司 汽车配件生产用qt700-8球墨铸铁件及其生产工艺
CN113600804A (zh) * 2021-08-04 2021-11-05 泛凯斯特汽车零部件(江苏)有限公司 一种汽车用制动器轻量化生产工艺
CN114790501B (zh) * 2022-05-20 2024-03-12 武汉武重铸锻有限公司 一种大吨位球墨铸铁铸件的制备方法
CN115592105B (zh) * 2022-12-16 2023-03-10 河北兴盛机械有限公司 低温高韧球墨铸铁生产用浇铸设备

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104060151A (zh) * 2014-05-28 2014-09-24 安徽省瑞顺铸造科技有限公司 一种qt600铸件及其生产方法
CN103343279B (zh) * 2013-06-28 2015-11-18 上海圣德曼铸造有限公司 一种曲轴用铸态珠光体球铁材料及其制备方法
JP2016030843A (ja) * 2014-07-28 2016-03-07 株式会社リケン 鋳鉄及びブレーキ部品
CN108085580A (zh) * 2017-12-31 2018-05-29 山东汇金股份有限公司 一种高强度、高韧性铸态球墨铸铁及其生产方法
CN108950364A (zh) * 2018-07-12 2018-12-07 佛山市高明康得球铁有限公司 一种高耐磨球墨铸铁制件的制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103343279B (zh) * 2013-06-28 2015-11-18 上海圣德曼铸造有限公司 一种曲轴用铸态珠光体球铁材料及其制备方法
CN104060151A (zh) * 2014-05-28 2014-09-24 安徽省瑞顺铸造科技有限公司 一种qt600铸件及其生产方法
JP2016030843A (ja) * 2014-07-28 2016-03-07 株式会社リケン 鋳鉄及びブレーキ部品
CN108085580A (zh) * 2017-12-31 2018-05-29 山东汇金股份有限公司 一种高强度、高韧性铸态球墨铸铁及其生产方法
CN108950364A (zh) * 2018-07-12 2018-12-07 佛山市高明康得球铁有限公司 一种高耐磨球墨铸铁制件的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109576567A (zh) 2019-04-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109576567B (zh) 重型车桥主减速器壳体用球墨铸铁件的制备工艺
CN101660097B (zh) 高硼高铬低碳耐磨合金钢及其制备方法
CN100434558C (zh) 一种含颗粒状硼化物的高硼铸钢及其制备方法
CN100415923C (zh) 高强度铸造空冷贝氏体耐磨钢及其制备方法
CN103498107A (zh) 耐高温高硼高铬低碳耐磨合金钢及其制备方法
CN105506440B (zh) 一种高强度高延展性球墨铸铁卷筒及其制备方法
CN103981434A (zh) 一种高强韧球墨铸铁的制备方法
CN105401066A (zh) 低锡硅钼蠕墨铸铁及其制备方法
CN108611551A (zh) 高硅固溶强化铁素体球墨铸铁件及其制造方法
CN103572166A (zh) 具有良好红硬性的含硼高速钢及其制备方法
CN105506442B (zh) 一种Si‑Mn合金化耐磨球铁磨球及其制备方法
CN103060668B (zh) 一种含碳化物球铁及其制备方法
CN103498108A (zh) 具有良好红硬性的高硼高铬低碳耐磨合金钢及其制备方法
CN103484753A (zh) 一种新型铸态500-7球墨铸铁
CN103627971B (zh) 大规格钎具用合金结构钢及其冶炼方法
CN104532130B (zh) 一种湿式球磨机用高强韧性耐蚀衬板及制备方法
CN102400032B (zh) 一种大断面球墨铸铁
CN103602878A (zh) 高强韧球墨铸铁制备方法
CN105331874B (zh) 一种球墨铸铁铸造齿轮
CN112680650A (zh) 一种高强度球墨铸铁及其制备方法
CN105349873A (zh) 一种球墨铸铁的制备方法
CN103290299B (zh) 一种钒钛球墨铸铁熔炼方法
CN1084579A (zh) 球墨铸铁用多元复合球化剂
CN104862450A (zh) 纳米铁水净化变质剂用于奥铁体球铁耐磨铸件的方法
CN105803300B (zh) 一种抗零下40℃低温冲击cadi球墨铸铁的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant