CN111304522A - 提高大型高牌号灰铸铁柴油机机体本体硬度的方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种高大型高牌号灰铸铁柴油机机体本体硬度的方法，本发明铸造工艺过程是在选取高碳当量，高碳低硅、多级强化孕育处理下，铸态通过孕育改善铸铁的显微组织和性能，减少过冷石墨和自由渗碳体的产生，促进铁液按照稳定系共晶进行凝固，降低灰铸铁的铸造应力和脆性，使机体在铸态下获得一定范围的机体硬度，再通过正火态获得较高的本体硬度，从而保证大型高牌号灰铸铁柴油机机体在达到硬度要求的前提下，还能避免灰铸铁机体热处理开裂风险等质量问题，提高机体质量，提高机体合格率。

Description

提高大型高牌号灰铸铁柴油机机体本体硬度的方法
技术领域
本发明属于铸造工艺技术领域，具体涉及一种提高大型高牌号灰铸铁柴油机机体本体硬度的方法。
背景技术
大型高牌号灰铸铁EY26机体，重量9吨，材质为HT300，要求炉前试样抗拉强度300～350Mpa，硬度＜260HB，热处理后本体硬度达到180HB～240HB。灰铸铁机体成型过程中，通过现在使用的熔化工艺参数控制，无法使铸态达到机体本体硬度范围的要求，只能通过控制机体的炉前化学成分、多级孕育、打箱时间等工艺参数，使铸态的本体硬度达到140～160HB的范围，再通过正火处理达到本体硬度180HB～240HB的范围，但如何对上述工艺参数进行控制却还是一个难题，如若工艺参数控制不当，容易导致机体开裂，降低机体质量，降低产品合格率。因此有必要提出改进。
发明内容
本发明解决的技术问题：提供一种提高大型高牌号灰铸铁柴油机机体本体硬度的方法，本发明铸造工艺过程是在选取高碳当量，高碳低硅、多级强化孕育处理下，铸态通过孕育改善铸铁的显微组织和性能，在铸态下获得一定范围的机体硬度，减少过冷石墨和自由渗碳体的产生，促进铁液按照稳定系共晶进行凝固，降低灰铸铁的铸造应力和脆性；再通过正火态获得较高的本体硬度，从而保证大型高牌号灰铸铁柴油机机体在达到硬度要求的前提下，还能避免灰铸铁机体热处理开裂风险等质量问题，提高机体质量，提高机体合格率。
本发明采用的技术方案：提高大型高牌号灰铸铁柴油机机体本体硬度的方法，包括以下步骤；
步骤一：配料:按照高碳当量、高碳低硅的原则确定炉前配料的化学成分，其中各化学组分所占重量百分比为：C：3.0～3.5，Si：1.5～2.5，Mn：0.7～1.00，P：＜0.1，S：＜0.15，Sn：0.060～0.080，其余为Fe，碳当量在3.6～4.0范围内；
步骤二：将步骤一中配置好的原料进行熔炼，其中，在保证Si总量确定不变的前提下，将Si分两次加入，在熔炼环节中，先向炉内一次加Si量比总量降低0.5％；
步骤三：孕育处理：采用炉前冲入孕育方法，将熔炼好的铁水倒入铁水包的过程中加入孕育剂进行孕育处理，同时在炉前冲入孕育剂的同时二次加入剩余的0.5％的Si量；
步骤四：瞬时孕育：在浇注过程中进行瞬时孕育，将1/2瞬时孕育剂撒入浇口杯而随铁水冲入后搅拌均匀，将剩余的1/2瞬时孕育剂放入漏斗随铁水导入浇口杯，使铁水得到充分孕育；
步骤五：初测硬度：浇注后，当铸型内温度降低至350～400℃温度时进行打箱清理，检查机体的本体硬度，重复测定，机体本体硬度算术平均值在140HB～160HB范围；
步骤六：热处理：
①将浇注成型的机身缸孔面朝侧面在台车上垫平，当炉内温度小于200℃时机体入炉，以≤50℃/小时的速度进行缓慢加热至800～850℃进行高温石墨化处理以消除自由渗碳体；
②以每小时热透25mm计算确定机体的保温时间为3～4小时，使原始组织转化为奥氏体后出炉；
③根据机体体积选用风冷冷却，风冷至室温，促进机体组织生成珠光体，减少铁素体含量，将机体珠光体组织含量提高到70％以上；
④对机体进行回火处理，以≤50℃/小时的速度进行缓慢加热至600～630℃，保温3～4小时，随炉冷却至200℃以下出炉，降低机体的白口倾向；
步骤七：再测硬度：检查机身本体硬度，确定测定值保留整数，重复测定，测定值的算术平均值达到180～240HB范围内。
上述步骤三中，所述炉前冲入采用的孕育剂为牌号YFY-150的硅钡系列孕育剂，加入量0.5％。
上述步骤四中，所述瞬时孕育剂为牌号YFY-280的硅锆锰系列孕育剂，加入量0.1％。
上述步骤六中，针对大型高牌号灰铸铁柴油机机体，所述风冷冷却采用风机，所述风机采用两台功率2.2KW、18700m3/小时风量、转速1440转/分钟的轴流式风机，所述风机放置位置能够覆盖机体，并保证机体周围空气通畅无阻碍。
本发明与现有技术相比的优点：
1、本方案中对大型高牌号灰铸铁柴油机机体的铸造过程选取高碳当量，高碳低硅、多级强化孕育处理，铸态通过孕育改善铸铁的显微组织和性能，减少过冷石墨和自由渗碳体的产生，促进铁液按照稳定系共晶进行凝固，降低灰铸铁的铸造应力和脆性，使机体在铸态下就获得一定范围的硬度；
2、本方案对大型高牌号灰铸铁柴油机机体的热处理工艺中，首先将机体加热到800～850℃，能够进行高温石墨化处理以消除自由渗碳体，接着以每小时热透25mm计算确定保温时间，使原始组织转化为奥氏体后出炉，通过控制风冷位置及风冷量，控制风冷的风速和风量，促进机体生成珠光体，提高机体组织的珠光体含量，减少铁素体量，将机体组织的珠光体含量提高到70％以上，从而达到提高灰铸铁的硬度的目的；
3、本方案中机体在成型过程中，先是在铸态下获得一定范围的机体硬度，再通过正火态获得较高的本体硬度，从而保证大型高牌号灰铸铁柴油机机体在达到硬度要求的前提下，还能避免灰铸铁机体热处理开裂风险等质量问题，提高机体质量，提高机体合格率。
附图说明
图1为本发明中的热处理工艺过程图。
具体实施方式
下面结合附图1描述本发明的实施例。
实施例1：提高大型高牌号灰铸铁柴油机机体本体硬度的方法，包括以下步骤；
步骤一：配料:按照高碳当量、高碳低硅的原则确定炉前配料的化学成分，其中各化学组分所占重量百分比为：C：3.0～3.5，Si：1.5～2.5，Mn：0.7～1.00，P：＜0.1，S：＜0.15，Sn：0.060～0.080，其余为Fe，碳当量在3.6～4.0范围内；
步骤二：将步骤一中配置好的原料进行熔炼，其中，在保证Si总量确定不变的前提下，将Si分两次加入，在熔炼环节中，先向炉内一次加Si量比总量降低0.5％；
步骤三：孕育处理：采用炉前冲入孕育方法，将熔炼好的铁水倒入铁水包的过程中加入孕育剂进行孕育处理，将所述炉前冲入采用的孕育剂为牌号YFY-150硅钡系列孕育剂，加入量0.5％；同时在炉前冲入孕育剂的同时二次加入剩余的0.5％的Si量。此孕育处理加入YFY-150的含钡孕育剂的作用是减缓孕育衰退，具有很强的促进石墨化的能力，能有效的控制石墨形态及石墨的长短，可改善铸件中的石墨组织和分布状况，避免出现渗碳体的产生，减少厚薄部位的硬度差，显著降低铸铁的白口倾向。
步骤四：瞬时孕育：在浇注过程中进行瞬时孕育，将1/2瞬时孕育剂撒入浇口杯而随铁水冲入后搅拌均匀，将剩余的1/2瞬时孕育剂放入漏斗随铁水导入浇口杯，使铁水得到充分孕育；其中，所述瞬时孕育剂采用牌号YFY-280的硅锆锰系列孕育剂，加入量0.1％。加入YFY-280的含锆孕育剂可提高抗孕育衰退能力，有利于消除铸件中的气孔，减小白口倾向，消除过冷石墨，得到均匀分布的A型石墨，还能改善断面敏感性和组织均匀性，增加铸铁中的共晶团数，有效地减少铸件的热裂倾向。
步骤五：初测硬度：浇注后，当铸型内温度降低至350～400℃温度时进行打箱清理，检查机体的本体硬度，重复测定，机体本体硬度算术平均值在140HB～160HB范围；
上述步骤中，对大型高牌号灰铸铁柴油机机体的铸造过程选取高碳当量，高碳低硅、多级强化孕育处理，铸态通过孕育改善铸铁的显微组织和性能，减少过冷石墨和自由渗碳体的产生，促进铁液按照稳定系共晶进行凝固，降低灰铸铁的铸造应力和脆性，使机体在铸态下就获得一定范围的硬度。
步骤六：热处理过程如图1所示，
①将浇注成型的机身缸孔面朝侧面在台车上垫平，当炉内温度小于200℃时机体入炉，以≤50℃/小时的速度进行缓慢加热至800～850℃进行高温石墨化处理以消除自由渗碳体；
②以每小时热透25mm计算确定机体的保温时间为3～4小时，使原始组织转化为奥氏体后出炉；
③根据机体体积选用风冷冷却，风冷至室温，促进机体组织生成珠光体，减少铁素体含量，将机体珠光体组织含量提高到70％以上；
④对机体进行回火处理，以≤50℃/小时的速度进行缓慢加热至600～630℃，保温3～4小时，随炉冷却至200℃以下出炉，降低机体的白口倾向；
本步骤在对大型高牌号灰铸铁柴油机机进行的热处理工艺中，首先对机体加热工艺，能够进行高温石墨化处理以消除自由渗碳体，接着以每小时热透25mm计算确定保温时间，使原始组织转化为奥氏体后出炉，再通过控制风冷位置及风冷量，控制风冷的风速和风量，促进机体生成珠光体，提高机体组织的珠光体含量，减少铁素体量，将机体组织的珠光体含量提高到70％以上，从而达到提高灰铸铁的硬度的目的；
步骤七：再测硬度：检查机身本体硬度，确定测定值保留整数，重复测定，测定值的算术平均值达到180～240HB范围内。
实施例2：本实施例是在实施例1的基础上，在上述步骤六中，针对大型高牌号灰铸铁柴油机机体，将所述风冷冷却采用风机，具体的所述风机采用两台功率2.2KW、18700m3/小时风量、转速1440转/分钟的轴流式风机，所述风机放置位置能够覆盖机体，并保证机体周围空气通畅无阻碍，使风冷冷却工艺结构简单化。
本发明中机体先是在铸态下获得一定范围的机体硬度，再通过正火态获得较高的本体硬度，从而保证大型高牌号灰铸铁柴油机机体在达到硬度要求的前提下，还能避免灰铸铁机体热处理开裂风险等质量问题，提高机体质量，提高机体合格率。
上述实施例，只是本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明实施范围，故凡以本发明权利要求所述内容所做的等效变化，均应包括在本发明权利要求范围之内。

Claims (4)

1.提高大型高牌号灰铸铁柴油机机体本体硬度的方法，其特征在于：包括以下步骤；
步骤一：配料:按照高碳当量、高碳低硅的原则确定炉前配料的化学成分，其中各化学组分所占重量百分比为：C：3.0～3.5，Si：1.5～2.5，Mn：0.7～1.00，P：＜0.1，S：＜0.15，Sn：0.060～0.080，其余为Fe，碳当量在3.6～4.0范围内；
步骤二：将步骤一中配置好的原料进行熔炼，其中，在保证Si总量确定不变的前提下，将Si分两次加入，在熔炼环节中，先向炉内一次加Si量比总量少0.5％；
步骤三：孕育处理：采用炉前冲入孕育方法，将熔炼好的铁水倒入铁水包的过程中加入孕育剂进行孕育处理，同时在炉前冲入孕育剂的同时二次加入剩余的0.5％的Si量；
步骤四：瞬时孕育：在浇注过程中进行瞬时孕育，将1/2瞬时孕育剂撒入浇口杯而随铁水冲入后搅拌均匀，将剩余的1/2瞬时孕育剂放入漏斗随铁水导入浇口杯，使铁水得到充分孕育；
步骤五：初测硬度：浇注后，当铸型内温度降低至350～400℃温度时进行打箱清理，检查机体的本体硬度，重复测定，机体本体硬度算术平均值在140HB～160HB范围；
步骤六：热处理：
①将浇注成型的机身缸孔面朝侧面在台车上垫平，当炉内温度小于200℃时机体入炉，以≤50℃/小时的速度进行缓慢加热至800～850℃进行高温石墨化处理以消除自由渗碳体；
②以每小时热透25mm计算确定机体的保温时间为3～4小时，使原始组织转化为奥氏体后出炉；
③根据机体体积选用风冷冷却，风冷至室温，促进机体组织生成珠光体，减少铁素体含量，将机体珠光体组织含量提高到70％以上；
④对机体进行回火处理，以≤50℃/小时的速度进行缓慢加热至600～630℃，保温3～4小时，随炉冷却至200℃以下出炉，降低机体的白口倾向；
步骤七：再测硬度：检查机身本体硬度，确定测定值保留整数，重复测定，测定值的算术平均值达到180～240HB范围内。
2.根据权利要求1所述的提高大型高牌号灰铸铁柴油机机体本体硬度的方法，其特征在于：上述步骤三中，所述炉前冲入采用的孕育剂为牌号YFY-150的硅钡系列孕育剂，加入量0.5％。
3.根据权利要求1所述的提高大型高牌号灰铸铁柴油机机体本体硬度的方法，其特征在于：上述步骤四中，所述瞬时孕育剂为牌号YFY-280的硅锆锰系列孕育剂，加入量0.1％。
4.根据权利要求1所述的提高大型高牌号灰铸铁柴油机机体本体硬度的方法，其特征在于：上述步骤六中，针对大型高牌号灰铸铁柴油机机体，所述风冷冷却采用风机，所述风机采用两台功率2.2KW、18700m3/小时风量、转速1440转/分钟的轴流式风机，所述风机放置位置能够覆盖机体，并保证机体周围空气通畅无阻碍。
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