CN110394427A - 一种球墨铸铁井盖生产中防止冷隔缺陷的制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种球墨铸铁井盖生产中防止冷隔缺陷的制备工艺，选用含有硅、铈、钙、硫和氧的孕育剂，能使球墨铸铁的显微组织，更为均匀，缩孔倾向较小，使得井盖有较好的加工性能；其次，选用碳当量控制在4.6％‑4.7％，残余稀土含量RE<0.02％，0.03％<Mg<0.04％，Fe3C<3％，2.6％<Si<3.0％，且铁水中不含其他超过通用标准的微量元素的球化铁水，减少成型后的铸铁井盖的冷隔缺陷；再通过严格控制浇注的温度以及浇注方式，降低了粘砂、缩孔、变形等铸造缺陷的几率，使得铁水均匀地充满各个铸型中，从而得到质量优异的球磨铸铁井盖，极大地提高产品质量及成品率，降低成本，提高市场竞争力。

Description

一种球墨铸铁井盖生产中防止冷隔缺陷的制备工艺
技术领域
本发明涉及球墨铸铁井盖技术领域，具体为一种球墨铸铁井盖生产中防止冷隔缺陷的制备工艺。
背景技术
球墨铸铁井盖在国内和国际市场上的需求量日益增大，市场的竞争也日趋激烈，这要求产品在品种和使用功能上要多样化，要求重量轻、强度高、表面质量好、使用寿命长。在井盖设计上，其上皮和壁厚被设计得越来越薄，这就给冷隔缺陷的出现提供了较大的可能性。实践表明，冷隔是球铁井盖生产的第一大缺陷。据统计，冷隔所形成的废品占井盖全部废品的近70％。
其中，冷隔形成主要是：铁水在浇注过程中，通常在最后填充处，从不同方向来的铁水流最后汇集于一点。汇集时，如果出现液流静压头不够或断流液流前端高低不同、温度偏低近乎凝固、型腔有局部气压、或铁液有氧化现象而形成较大表而张力时，铁水流就会不接触或刚刚接触而独汇不到一块，使铸件在此处形成空位或波浪形条纹，造成铸件冷隔现象。例如：在球墨铸铁井盖生产过程中，两个球铁井盖的生产由于其壁厚度薄(4～10)，尺寸范围较大(400～1400)，球铁的铁液残渣较多，使得铁液填充特别困难。冷隔降低了井盖整体强度，影响了铸件表面质量，在井盖生产中，经球化处理的铁水流充型过程中受到静压头的推动作用，同时也受到铸型的阻碍作用和型腔内气体的反压作用。在这几个力的共同作用下，铁液在型腔内向前推进，与型腔接触过程中，铁液温度逐渐降低，达液相线后开始结晶，离内浇口越远的液流温度越低，结晶倾向越大。铸型阻力越大，型腔气体反压力越大，几股液流相遇，最易形成冷隔，还包括型腔情况和压头，是形成冷隔的外部原因。在铁水的充型过程中，球化铁水的成分，残余稀土镁量，终硅含量，以及铁水的温度这些影响铁水充型能力的因素都对冷隔的形成有直接的影响，这是冷隔形成的内部原因，其中铁水浇注温度是内因中的内因。最后，如果浇注过程缓慢或断流也是铸件形成冷隔的重要因素。
发明内容
本发明的目的在于提供一种球墨铸铁井盖生产中防止冷隔缺陷的制备工艺，极大地提高产品质量及成品率，降低成本，提高市场竞争力，以解决现有技术中的不足。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种球墨铸铁井盖生产中防止冷隔缺陷的制备工艺，包括以下步骤：
S1：将生铁与废钢加入炉中进行完全熔化，再加入占铁水量1-2％的含有硅Si、铈Ce、钙Ca、硫S和氧O的孕育剂进行孕育处理；
S2：采用冲入法加入粉体稀土球化剂进行球化，球化铁水的选择：由于球化剂的加入，选择共晶当量的铁水，其中，碳当量控制在4.6％-4.7％，残余稀土含量RE<0.02％，0.03％<Mg<0.04％，Fe3C<3％，2.6％<S i<3.0％，且铁水中不含其他超过通用标准的微量元素；
S3：铸件结构设计：将球墨铸铁井盖设计为皮厚壁厚结构，其小件不小于4-6mm，大件不小于6-8mm，确保承力筋少、间距均匀、过渡平缓、留适中的铸造圆角，不留尖角、芯子少；
S4：铸型条件的选择：选择铸型蓄热系数低、导热能力强、紧实度大、不加冷铁，降低型砂中的含水量和发气物质含量为原来的50％，确保砂箱高度尽量低，在铸型上扎出气眼或在适当的地方留出气冒口；
S5：浇注系统开设：确定直浇道的高度，在砂箱高度不够可增加浇口杯，内浇道控制金属液流动速度的关键组元，其开设数量确保均匀、面积适中，并设出气冒口，出气冒口开设在铁水最后充型部位，整个浇注系统采用封闭式结构；
S6：浇注：使铁水快速充满浇口杯，然后一直保持浇口杯处于充满状态，保证整个浇注系统不断流，浇注温度控制1350-1400℃。
进一步地，S1中孕育剂的各组分含量如下：Si 75-80％、Ce 2-3％、Ca 5-8％、S 3-5％、O 10-15％。
进一步地，S2中铁水的碳当量为4.6％，残余稀土含量RE 0.01％，Mg 0.032％，Fe3C 2％，Si 2％。
进一步地，S2中铁水的碳当量为4.7％％，残余稀土含量RE 0.018％，Mg 0.038％，Fe3C 1％，Si 1％。
进一步地，S2中铁水的碳当量为4.66％，残余稀土含量RE 0.05％，Mg 0.035％，Fe3C 1.5％，Si 1.5％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明提供的一种球墨铸铁井盖生产中防止冷隔缺陷的制备工艺，针对现有球铁井盖的壁厚一般都比较薄存在冷隔现象的问题，通过选用含有硅Si、铈Ce、钙Ca、硫S和氧O的孕育剂，能使球墨铸铁的显微组织，更为均匀，缩孔倾向较小，从而使得井盖有较好的加工性能。
2、本发明提供的一种球墨铸铁井盖生产中防止冷隔缺陷的制备工艺，通过对充型铁水的充型动力，阻力以及铁水温度和自身特性等这些铁水充型能力的研究，选用碳当量控制在4.6％-4.7％，残余稀土含量RE<0.02％，0.03％<Mg<0.04％，Fe3C<3％，2.6％<Si<3.0％，且铁水中不含其他超过通用标准的微量元素的球化铁水，减少成型后的铸铁井盖的冷隔缺陷；再通过严格控制浇注的温度以及浇注方式，降低了粘砂、缩孔、变形等铸造缺陷的几率，使得铁水均匀地充满各个铸型中，从而得到质量优异的球磨铸铁井盖，极大地提高产品质量及成品率，降低成本，提高市场竞争力。
附图说明
图1为本发明的方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。
请参阅图1，本发明实施例中：提供一种球墨铸铁井盖生产中防止冷隔缺陷的制备工艺，包括以下步骤：
第一步：将生铁与废钢加入炉中进行完全熔化，再加入占铁水量1-2％的含有硅Si、铈Ce、钙Ca、硫S和氧O的孕育剂进行孕育处理；
第二步：采用冲入法加入粉体稀土球化剂进行球化，球化铁水的选择：由于球化剂的加入，选择共晶当量的铁水，其中，碳当量控制在4.6％-4.7％，残余稀土含量RE<0.02％，0.03％<Mg<0.04％，Fe3C<3％，2.6％<Si<3.0％，且铁水中不含其他超过通用标准的微量元素；
第三步：铸件结构设计：将球墨铸铁井盖设计为皮厚壁厚结构，其小件不小于4-6mm，大件不小于6-8mm，确保承力筋少、间距均匀、过渡平缓、留适中的铸造圆角，不留尖角、芯子少；
第四步：铸型条件的选择：选择铸型蓄热系数低、导热能力强、紧实度大、不加冷铁，降低型砂中的含水量和发气物质含量为原来的50％，确保砂箱高度尽量低，在铸型上扎出气眼或在适当的地方留出气冒口；
第五步：浇注系统开设：确定直浇道的高度，在砂箱高度不够可增加浇口杯，内浇道控制金属液流动速度的关键组元，其开设数量确保均匀、面积适中，并设出气冒口，出气冒口开设在铁水最后充型部位，整个浇注系统采用封闭式结构；
第六步：浇注：使铁水快速充满浇口杯，然后一直保持浇口杯处于充满状态，保证整个浇注系统不断流，浇注温度控制1350-1400℃。
在上述实施例中，孕育剂的各组分含量如下：Si 75-80％、Ce 2-3％、Ca 5-8％、S3-5％、O 10-15％；该孕育剂中的Ca和Ce的含量能使铸铁的白口倾向最小，并能中和阻碍形成球状石墨的微量元素的作用，孕育剂中还含有少量的s和O，加入铁水后，可以和Ca、Ce反应，其主要作用是在加入金属元素的同时，引进一定浓度的非金属元素(s和O)，孕育剂中反应能力强的Ca和Ce与硫、氧作用后，就会产生较多的石墨晶核，硫有利于形成石墨晶核，氧则对孕育过程有重要的作用，通过瞬时孕育处理，石墨生核过程中，将同时受益于钙、铈、硫、氧的协同作用，孕育处理时，钙是首要反应元素，对共晶石墨生核有决定性的作用，均衡含量的铈，可以中和有害元素的作用，产生稳定的金属间化合物，且对硫和氧有强亲和力，从而生成高度稳定的氧化物、硫化物和硫氧化物，在整个凝固区间内，此类含铈的化合物都有助于改善生核条件，有益于孕育处理过程，能使球墨铸铁的显微组织，更为均匀，缩孔倾向较小，从而有较好的加工性能。
为了进一步更好的解释说明上述发明，提供如下具体实施例：
实施例一：
第一步：铸造手段:采用Z110造型机线生产，铸型强度16N/cm2，透气性90；
第二步：造型工艺:砂箱高度140，一型浇4件，每个铸件都有独立的排气冒口，采用闭式浇注系统；
第三步：将生铁与废钢加入炉中进行完全熔化，再加入占铁水量1-2％的含有硅Si、铈Ce、钙Ca、硫S和氧O的孕育剂进行孕育处理，铸件中，铁水的碳当量为4.6％，残余稀土含量RE 0.01％，Mg 0.032％，Fe3C 2％，Si 2％；
第四步：浇筑：铁水浇筑温度控制1370℃，浇筑时间6-8s；
第五步：浇筑数量：10箱，产品数量40件；
第六步：检验：冷隔废品1件，其他废品1件，废品率5％。
实施例二：
第一步：铸造手段:采用Z110造型机线生产，铸型强度16N/cm2，透气性90；
第二步：造型工艺:砂箱高度140，一型浇4件，每个铸件都有独立的排气冒口，采用闭式浇注系统；
第三步：将生铁与废钢加入炉中进行完全熔化，再加入占铁水量1-2％的含有硅Si、铈Ce、钙Ca、硫S和氧O的孕育剂进行孕育处理，铸件中，铁水的碳当量为4.7％％，残余稀土含量RE 0.018％，Mg 0.038％，Fe3C 1％，Si 1％；
第四步：浇筑：铁水浇筑温度控制1380℃，浇筑时间6-8s；
第五步：浇筑数量：15箱，产品数量60件；
第六步：检验：冷隔废品1件，其他废品1件，废品率3.3％。
实施例三：
第一步：铸造手段:采用Z110造型机线生产，铸型强度16N/cm2，透气性90；
第二步：造型工艺:砂箱高度140，一型浇4件，每个铸件都有独立的排气冒口，采用闭式浇注系统；
第三步：将生铁与废钢加入炉中进行完全熔化，再加入占铁水量1-2％的含有硅Si、铈Ce、钙Ca、硫S和氧O的孕育剂进行孕育处理，铸件中，铁水的碳当量为4.66％，残余稀土含量RE 0.05％，Mg 0.035％，Fe3C 1.5％，Si 1.5％；
第四步：浇筑：铁水浇筑温度控制1380℃，浇筑时间6-8s；
第五步：浇筑数量：25箱，产品数量100件；
第六步：检验：冷隔废品1件，其他废品2件，废品率3.3％。
综上所述：本发明提供的一种球墨铸铁井盖生产中防止冷隔缺陷的制备工艺，针对现有球铁井盖的壁厚一般都比较薄存在冷隔现象的问题，通过选用含有硅Si、铈Ce、钙Ca、硫S和氧O的孕育剂，能使球墨铸铁的显微组织，更为均匀，缩孔倾向较小，从而使得井盖有较好的加工性能；其次，本发明通过对充型铁水的充型动力，阻力以及铁水温度和自身特性等这些铁水充型能力的研究，选用碳当量控制在4.6％-4.7％，残余稀土含量RE<0.02％，0.03％<Mg<0.04％，Fe3C<3％，2.6％<Si<3.0％，且铁水中不含其他超过通用标准的微量元素的球化铁水，减少成型后的铸铁井盖的冷隔缺陷；再通过严格控制浇注的温度以及浇注方式，降低了粘砂、缩孔、变形等铸造缺陷的几率，使得铁水均匀地充满各个铸型中，从而得到质量优异的球磨铸铁井盖，极大地提高产品质量及成品率，降低成本，提高市场竞争力。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种球墨铸铁井盖生产中防止冷隔缺陷的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将生铁与废钢加入炉中进行完全熔化，再加入占铁水量1-2％的含有硅Si、铈Ce、钙Ca、硫S和氧O的孕育剂进行孕育处理；
S2：采用冲入法加入粉体稀土球化剂进行球化，球化铁水的选择：由于球化剂的加入，选择共晶当量的铁水，其中，碳当量控制在4.6％-4.7％，残余稀土含量RE<0.02％，0.03％<Mg<0.04％，Fe3C<3％，2.6％<Si<3.0％，且铁水中不含其他超过通用标准的微量元素；
S3：铸件结构设计：将球墨铸铁井盖设计为皮厚壁厚结构，其小件不小于4-6mm，大件不小于6-8mm，确保承力筋少、间距均匀、过渡平缓、留适中的铸造圆角，不留尖角、芯子少；
S4：铸型条件的选择：选择铸型蓄热系数低、导热能力强、紧实度大、不加冷铁，降低型砂中的含水量和发气物质含量为原来的50％，确保砂箱高度尽量低，在铸型上扎出气眼或在适当的地方留出气冒口；
S5：浇注系统开设：确定直浇道的高度，在砂箱高度不够可增加浇口杯，内浇道控制金属液流动速度的关键组元，其开设数量确保均匀、面积适中，并设出气冒口，出气冒口开设在铁水最后充型部位，整个浇注系统采用封闭式结构；
S6：浇注：使铁水快速充满浇口杯，然后一直保持浇口杯处于充满状态，保证整个浇注系统不断流，浇注温度控制1350-1400℃。
2.如权利要求1所述的一种球墨铸铁井盖生产中防止冷隔缺陷的制备工艺，其特征在于，S1中孕育剂的各组分含量如下：Si 75-80％、Ce 2-3％、Ca 5-8％、S 3-5％、O 10-15％。
3.如权利要求1所述的一种球墨铸铁井盖生产中防止冷隔缺陷的制备工艺，其特征在于，S2中铁水的碳当量为4.6％，残余稀土含量RE 0.01％，Mg 0.032％，Fe3C 2％，Si 2％。
4.如权利要求1所述的一种球墨铸铁井盖生产中防止冷隔缺陷的制备工艺，其特征在于，S2中铁水的碳当量为4.7％％，残余稀土含量RE 0.018％，Mg 0.038％，Fe3C 1％，Si1％。
5.如权利要求1所述的一种球墨铸铁井盖生产中防止冷隔缺陷的制备工艺，其特征在于，S2中铁水的碳当量为4.66％，残余稀土含量RE 0.05％，Mg 0.035％，Fe3C 1.5％，Si1.5％。
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