CN111531129B - 一种提高铸铁抽油机减速器箱体硬度的方法 - Google Patents

一种提高铸铁抽油机减速器箱体硬度的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111531129B
CN111531129B CN202010378191.0A CN202010378191A CN111531129B CN 111531129 B CN111531129 B CN 111531129B CN 202010378191 A CN202010378191 A CN 202010378191A CN 111531129 B CN111531129 B CN 111531129B
Authority
CN
China
Prior art keywords
casting
molten iron
pouring
iron
ingate
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
CN202010378191.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111531129A (zh
Inventor
晁革新
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.)
Shannxi Diesel Engine Heavy Industry Co Ltd
Original Assignee
Shannxi Diesel Engine Heavy Industry 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 Shannxi Diesel Engine Heavy Industry Co Ltd filed Critical Shannxi Diesel Engine Heavy Industry Co Ltd
Priority to CN202010378191.0A priority Critical patent/CN111531129B/zh
Publication of CN111531129A publication Critical patent/CN111531129A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111531129B publication Critical patent/CN111531129B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/08—Features with respect to supply of molten metal, e.g. ingates, circular gates, skim gates
    • B22C9/082—Sprues, pouring cups
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/22—Moulds for peculiarly-shaped castings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D1/00—Treatment of fused masses in the ladle or the supply runners before casting
    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C37/00—Cast-iron alloys
    • C22C37/06—Cast-iron alloys containing chromium
    • 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

Landscapes

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

Abstract

提供一种提高铸铁抽油机减速器箱体硬度的方法，采用设计浇注系统‑制作浇注系统‑铁液熔化‑高温静置‑炉前冲入‑瞬时孕育‑铸件保温及落砂‑铸件检查及测定‑解剖验证的工艺步骤生产铸铁抽油机减速器箱体。本发明实现了灰铸铁复杂箱体铸件的单铸、附铸试样及随机解剖；实验验证显示：采用本工艺方案生产的铸件强度、硬度、金相均符合国际要求；与其它方法相比，在灰铸铁铸件采用分散、多股、底注、开放式充型、铁水过滤组成的浇注系统，及高碳当量、高碳低硅、控制Mn/S比、Cr和Sn相配合低合金化的熔化工艺方案，铸件质量符合国际要求，同时降低了铸件成本。

Description

一种提高铸铁抽油机减速器箱体硬度的方法
技术领域
本发明属化学冶金铁的铸造工艺技术领域，具体涉及一种提高铸铁抽油机减速器箱体硬度的方法。
背景技术
目前，对标LUFKIN公司生产的抽油机减速器912D箱体(如图1所示)，材料为ASTMA48 CLASS 25B/25C，该产品箱体在铸造生产时，20炉以上的样品铸件至少每炉需要在法兰外侧规定位置设置两块大小
Figure GDA0003787682590000011
的附铸试棒。批量生产后，每20炉带一炉附铸试样，并检测产品以下性能参数指标：该产品的性能指标要求为：抗拉强度≥175Mpa，硬度介于160-229HBW，金相：A型石墨≥80％，珠光体≥85％，碳化物≤3％。检测时：用插销式布氏硬度机检测毛坯的本体硬度介于160-229HBW；工艺确定后，每20件产品，需对912D箱体的1#～6#关键位置点进行检测；批量生产后，只需检测位置点4#和位置点5#。其中912D箱体的硬度检测位置1#～6#及附铸试样位置7如图1所示。
现有技术下，具有复杂结构的抽油机912D箱体在浇注时：由于箱体壁厚差异大(0.75-3.23英寸，换算后为19-82mm)，内部隔板数量多、尺寸小；高速轴、低速轴部位尺寸厚大；且不允许有任何缺陷，同时对铸件本体的硬度要求高，因此现有的浇注方法，容易出现夹渣、缩松、裂纹缺陷，以及本体硬度不足等问题。对此提出如下新的技术方案。
发明内容
本发明解决的技术问题：提供一种提高铸铁抽油机减速器箱体硬度的方法，解决现有技术中912D铸铁抽油机减速器箱体的浇铸模具设计以及浇注方法容易产生夹渣、缩松、裂纹缺陷，箱体硬度不足的技术问题。
本发明采用的技术方案：一种提高铸铁抽油机减速器箱体硬度的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、设计浇注系统：所述浇注系统为一型两件抽油机减速器箱体铸造模具；并具有开放式浇注系统，所述浇注系统包括连通的直浇道、横浇道、内浇道、铁液上升通道、聚渣凹坑以及铁液过滤装置；
步骤2、制作浇注系统：
所述直浇道用耐火陶瓷管制成；所述直浇道包括圆台；所述圆台上部设有定位搭子；所述直浇道下部设有直浇道窝；所述直浇道窝与圆台下部连接处圆角过渡；
所述横浇道设于模型外并用于撇渣；所述横浇道为梯形，并制有聚渣凹坑；所述横浇道中的吸动区域大小与内浇道的液流速度成正比，且吸动区域随着内浇道断面的增大，以及内浇道、横浇道的高度比值增大而增大；所述横浇道末端加长，且加长底部设置聚渣凹坑；
所述内浇道包括第一内浇道、第二内浇道和第三内浇道；所述第一内浇道与横浇道连通；且第一内浇道的金属液流程L内与横浇道的最大剩余压头高度H横满足L内≥5H横；所述第三内浇道与横浇道的连接处加长处理；所述第二内浇道、第三内浇道从铸件最底部低速轴厚壁处引入铸型；所述第一内浇道从低速轴对面法兰最底部引入铸型；
所述铁液过滤装置选用陶瓷铁液过滤网，并设置在横浇道搭接面上，且合箱后压紧陶瓷铁液过滤网；
所述铁液上升通道位于高速轴、低速轴铸型空腔部位设置；且两个高速轴中间设置一道铁液上升通道；所述低速轴设置两道铁液上升通道；
步骤3、铁液熔化：使用中频感应电炉，按照高碳当量、高碳低硅、控制 Mn/S比、Cr和Sn相配合的低合金化方案配制铁液；
步骤4、高温静置：使用中频感应电炉将铁水升温至1500～1530℃，高温静置10～15分钟；高温静置后铁水的出炉温度介于1460～1500℃；
步骤5、炉前冲入；在终Si量确定不变的前提下，将质量百分数为0.08％的Sn加入浇包底部；铁水出至1/3时炉前冲入质量百分数为0.4％的孕育剂 75FeSi；铁水重量符合要求后收炉；浇包面撒聚渣剂彻底扒渣后；取样光谱样和碳硫分析样；
步骤6、瞬时孕育：选用含锆孕育剂句容亚峰YFY-280，含锆孕育剂句容亚峰YFY-280的质量百分数加入量为0.1％；瞬时孕育时，将一半的含锆孕育剂句容亚峰YFY-280撒入浇口杯铁液冲入搅拌均匀；另一半的含锆孕育剂句容亚峰YFY-280放入漏斗随铁液导入浇口杯；且瞬时孕育的浇注温度，浇包内测量温度为：1360～1370℃；
步骤7、铸件保温及落砂：铸件在型腔内保温时间大于60小时后落砂；
步骤8、铸件检查及测定：检查铸件硬度，确定测定值并保留整数；重复测定1次，以满足技术文件要求；
步骤9、铸件解剖及验证：按客户要求部位进行解剖验证。
上述技术方案中，所述步骤1包括浇注系统的计算步骤1a，还包括浇注系统的校核步骤1b；所述计算步骤1a，根据铸件毛重，计算一型两件抽油机减速器箱体铸造的浇注液重G、浇注时间t、静压头HP、阻流截面总面积A阻；所述校核步骤1b，根据计算公式：型内液面上升速度V升＝铁液充填铸型各部分的高度Hc/浇注时间t＝10～20mm/s校核浇注时间t；根据压力核算满足hM≥L tanα，其中hM为最小剩余压头高度；L为金属液流程；α为压力角；核算最小剩余压头高度hM。
上述技术方案中，所述步骤2中，所述陶瓷铁液过滤网的截面积F过与浇注系统的截面积F原满足F过＝F原/a×b；其中，a为过滤网的孔隙率，且a＝50～ 60％；b为过滤网的过滤效率，b＝60～80％。
上述技术方案中，所述步骤3中，铁液的碳当量CE＝3.6～3.9％；所述铁液的高碳低硅方案中，C、Si元素的重量百分数分别为：C:2.6～3.6％，Si： 1.2～3.0％。
上述技术方案中，所述步骤3中，铁液的Mn/S比满足Mn％＝1.7S％+(0.5～ 0.6)；且铁液中S、Mn元素的质量百分数分别为S：0.06～0.12％，Mn：0.7～ 0.8％。
上述技术方案中，所述步骤3中，铁液中Cr和Sn相配合的低合金化方案，其中铁液中Cr、Sn元素的质量百分数分别为Cr:0.2～0.3％，Sn:0.06～ 0.09％。
上述技术方案中，所述步骤3中，包括铁液熔化步骤；所述铁液熔化步骤使用中频感应电炉熔炼30％生铁、38％废钢、32％回炉料，得到原铁水；所述原铁水中各化学元素的重量百分数为：C:3.2～3.3％，Si：1.4～1.5％， Mn：0.7～0.8％，P：≤0.10％，S：0.10～0.12％。
上述技术方案中，所述步骤5中，取样光谱样和碳硫分析样的铁液中各元素成分的质量百分比为：C:3.15～3.25％，Si：1.6～1.9％，Mn：0.7～1.0 ％，P：≤0.10％，S：≤0.12％，Cr:0.17～0.33％，Sn:0.06～0.09％。
与现有技术相比：首先，本发明设计了一种采用分散、多股、底注、开放式带铁水过滤的浇注系统；在铸型空腔部位设置铁水铁液上升通道，使铁水平稳充型，避免铁液在型腔内紊流形成氧化夹渣，从而提高铸件内部及表观质量。
其次，本发明熔化步骤中，采用高碳当量、高碳低硅、多级强化孕育、控制Mn/S比、低合金化工艺方式减少白口倾向和自由渗碳体的产生，促进珠光体的生成，并能部分细化珠光体、强化铁素体，从而达到提高灰铸铁的抗拉强度和硬度的目的。
本发明与现有技术相比具有如下优势：
1、本方案按照分散、多股、底注、开放式充型、铁水过滤的原则；充分发挥直、横、内浇道各自在避渣、缓流方面的不同功能及作用；设置直浇道窝、聚渣凹坑、腔内铁水铁液上升通道等，避免铁液在型腔内的紊流，从而达到大幅提高铸件内部及表观质量的效果；
2、本方案选取高碳当量，高碳低硅、多级强化孕育，减少白口倾向和自由渗碳体的产生，促进铁液按照稳定系共晶进行凝固，并促进细片珠光体的形成，具有提高组织均匀性，并提高产品机械性能的目的；
3、本方案通过控制Mn/S比、低合金化和迟后孕育相结合，在灰铸铁铸件上终Si量确定不变条件下，采用炉前冲入、浇口杯瞬时的多级强化孕育方法，可有效提高铁液的孕育效果；促进珠光体的生成并能部分细化珠光体、强化铁素体，从而提高灰铸铁的抗拉强度和硬度；
4、本方案低合金化选择Cr和Sn相配合：其中Sn能强烈稳定珠光体的元素，但对细化珠光体收效甚微；因此，根据合金元素的不同特性配合，选择能防止产生白口倾向及碳化物的生成的Cr，加入比例控制在0.2～0.3，能在较高的碳当量，高碳低硅加入量控制下，获得最好的强度和断面均匀性；防止Si增加铁素体、粗化珠光体、中和合金元素作用的不利影响；因此产品的组成比例和石墨化能力相适应，从而达到提高灰铸铁硬度的目的；
5、本方案能有效提高铸件内部以及表观质量，无裂纹缺陷；促进稳定系共晶凝固以及珠光体形成，提高组织和性能的均匀性；提高灰铸铁的抗拉强度和硬度；白口倾向小，获得最好的强度和断面均匀性；提高灰铸铁的硬度；
6、本方案实现了灰铸铁复杂箱体铸件的单铸、附铸试样及随机解剖铸件本体的强度、硬度、金相均符合国际要求；与其它方法相比，在灰铸铁铸件通过分散、多股、底注、开放式充型、铁水过滤的浇注系统，及高碳当量、高碳低硅、控制Mn/S比、Cr和Sn相配合低合金化的熔化工艺方案，降低了铸件成本。
附图说明
图1为现有技术下抽油机减速器912D箱体的结构示意图；
图2为本发明铸造模具浇注系统原理主视图；
图3为本发明铸造模具浇注系统的俯视图；
图4为本发明铸造模具浇注系统的侧视图；
图5为本发明浇注模具浇注系统中的铁液过滤装置结构示意图；
图6为图5铁液过滤装置的A-A剖视图；
图7为图5铁液过滤装置的B-B剖视图；
图8为采用本发明工艺生产的铸件检测点位示意图；
图9a-9b为图8中铸件5#检测位的石墨形貌以及金相图；
图10a-10b为图8中铸件6#检测位的石墨形貌以及金相图；
图11a-11b为图8中铸件7#检测位的石墨形貌以及金相图；
图12a-12b为图8中铸件8#检测位的石墨形貌以及金相图；
图13a-13b为图8中铸件9#检测位的石墨形貌以及金相图；
图14a-14b为图8中铸件13#检测位的石墨形貌以及金相图。
具体实施方式
下面结合附图2-14描述本发明的具体实施例。值得理解的是，下面描述实施例仅是示例性的，而不是对本发明的具体限制。
以下的实施例便于更好地理解本发明，但并不限定本发明。下述实施例中的铸造方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的部件以及试验等相关材料，如无特殊说明，均为市售。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，需要理解的是：术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和的简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“设有”应做广义理解，例如，可以是固定相连，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。再例如，可以是直接相连，也可以通过其他中间构件间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
为解决现有技术中912D铸铁抽油机减速器箱体的浇注方法容易产生夹渣、缩松、裂纹缺陷，以及箱体硬度不足质量缺陷的技术问题。
本发明提供一种提高铸铁抽油机减速器箱体硬度的方法，其特征在于，包括如下步骤：需要说明的是：连铸生产时，重复步骤3-步骤7实现铸件的批量生产。
步骤1、设计浇注系统：所述浇注系统为一型两件抽油机减速器箱体铸造模具；并具有开放式浇注系统，所述浇注系统包括连通的直浇道1-1、横浇道 1-2、内浇道1-3、铁液上升通道1-4、聚渣凹坑1-5以及铁液过滤装置1-6。
进一步地：所述步骤1包括浇注系统的计算步骤1a，还包括浇注系统的校核步骤1b。
所述计算步骤1a，根据铸件毛重2.3T，计算一型两件抽油机减速器箱体铸造的浇注液重G、浇注时间t、静压头HP、阻流截面总面积A阻。
1)液重：G＝铸件重量×(100+浇冒系统重量)％；
工艺出品率按80％计算，液重G＝2.3×(100+20)％＝2300×120％＝2760kg，一型两件，液重5520㎏。
2)浇注时间：
Figure GDA0003787682590000081
；
G—型内铁液总重量，包含浇冒系统重量(Kg)；
t—浇注时间(s)
δ—铸件主要部分壁厚(mm)；
S1—系数1.7～1.9，取S1＝1.7；
Figure GDA0003787682590000082
3)静压头：HP＝H0-0.5HC；
H0—铸型底平面到浇口顶面距离；
HC—铸型高度；
H0＝1595+320＝1905mm；
HP＝H0-0.5HC＝1905-0.5×1596＝1097mm，
Figure GDA0003787682590000091
4)阻流截面总面积：
Figure GDA0003787682590000092
；
G—型内铁液总重量，包含浇冒系统重量(Kg)；
μ—流量损耗系数，取值范围0.41～0.60，取μ＝0.42；
t—浇注时间(s)；
将上述已知数代入根据阻流截面总面积公式，得出：
Figure GDA0003787682590000093
；
需要说明的是：所述浇注系统采用开放式，按直浇道：横浇道：内浇道＝1：(2-4)：(1.5-4)比例选取，直浇道直径φ80，截面积5024，横浇道梯形：80/90×150，截面积12750，内浇道数量每型6道，内浇道直径φ40，截面积7536。优选地：直浇道：横浇道：内浇道＝1:2.4:1.5。
所述校核步骤1b，根据计算公式：型内液面上升速度；
V升＝铁液充填铸型各部分的高度Hc/浇注时间t＝10～20mm/s校核浇注时间t；根据压力核算满足hM≥L tanα，其中hM为最小剩余压头高度；L为金属液流程；α为压力角；核算最小剩余压头高度hM。
具体地：
1)型内液面上升速度：
V升＝铁液充填铸型各部分的高度Hc/浇注时间t，一般V升10～20mm/s。
V升—型内液面上升速度(cm/s)；
Hc—液充填铸型各部分的高度(cm)；
t—浇注时间(s)；
V升＝1595/80＝19.9mm/s。符合铁液在铸型内的上升速度的范围要求。
2)最小剩余压头高度：hM≥L tanα；
hM—最小剩余压头高度(mm)；
L—金属液流程(mm)；
α—压力角(°)；
当铸件壁厚为15～20，金属液流程L为2400～2600时，压力角6～7°之间，取α＝7°进行核算。hM＝2540tan7°＝311；
优选地hM＝320，压力核算满足hM≥L tanα的要求。
步骤2、制作浇注系统：
(如图2所示)所述直浇道1-1用耐火陶瓷管制成；直浇道直径φ80，截面积5024。直浇道与横浇道转接部分采用φ80/φ150，高度与横浇道相同。
所述直浇道1-1包括圆台101；所述圆台101上部设有直径φ75，高度 20的定位搭子102；定位搭子102的作用在于：舂砂时防止直浇道位置偏移。
所述直浇道1-1下部设有直浇道窝103；直浇道窝103作用在于：下部增设，首先能起引导液流向上，因此有助铁液中的夹杂和气体上浮至横浇道上平面，从而与铁液分离，达到减少铁液紊流、减少局部阻力和压头损失的目的。不仅如此，为进一步防止铁液冲砂和卷气的产生，降低铁液的紊乱程度。所述直浇道窝103与圆台101下部连接处圆角过渡；具体地：浇道窝座直径与直浇道圆台下部直径φ150相同，连接部分做出R10过渡圆角。
(如图3所示)所述横浇道1-2设于模型外，并用于充分发挥横浇道1-2 的撇渣作用，使浮渣在横浇道中上浮并滞留在其顶部而不进入型腔，从而消除夹渣质量缺陷。
所述横浇道1-2形状为梯形，梯形(上底/下底)：80/90×150mm，截面积12750mm2。
所述横浇道1-2制有聚渣凹坑1-5。浇注时：当横浇道1-2未充满时，铁液以大约等于整个静压头造成的速度直冲到横浇道的末端，再返回与直浇道 1-1流出的铁液形成叠加，使铁液和渣一起流入到距离直浇道1-1最远的内浇道1-3中进入型腔，这样的结构因为容易产生夹渣缺陷。
因此，本发明改进在于：为避免夹渣缺陷的产生：所述横浇道1-2中的吸动区域201(参见图5)范围大小与内浇道1-3的液流速度成正比，且吸动区域201随着内浇道1-3断面的增大，以及内浇道1-3、横浇道1-2的高度比值增大而增大，从而消除夹渣缺陷。
不仅如此，(如图3所示)所述横浇道1-2末端加长一段150mm长的距离，以减少最后一个内浇道L3内的吸动作用。具体地：在横浇道1-2末端加长底部设置高度60mm，长度95mm，四周斜10°的聚渣凹坑1-5。以减少铁液的叠加现象造成铁液的紊流程度，使聚集在加长段中的夹杂物不再随液流返回到横浇道的工作段中去，从而提高横浇道的聚渣能力，同时避免夹渣缺陷的产生。
(如图2所示)所述内浇道1-3包括第一内浇道301、第二内浇道302和第三内浇道303。
所述第一内浇道301与横浇道1-2连通；且将第一内浇道301到直浇道1-1 中心距离设置为：金属液流程L内与横浇道的最大剩余压头高度H横满足L内≥5H横。具体地：H横＝150mm，L内≥5H横＝5×150＝750mm，实际选择L1内＝760mm。从而使横浇道急转弯进入内浇道的铁液流动比较平稳，铁液内的渣来得及浮到横浇道顶部。
所述第三内浇道303与横浇道1-2的连接处加长处理；在横浇道末端加长一段距离150mm，以减少最后一个内浇道L3内的吸动作用。
此外，由于铁液充填过程受到冷却而产生遵循抛物线规律的粘度变化，距离横浇道1-2愈近，凝固过程越慢，与内浇道1-3相距在任何距离凝固，都要遵循平方根规律。因此，铸件中夹渣、缩孔的产生等缺陷，最易集中在铸件最后凝固的地方。
对此，本发明改进在于：引入位置设置：即根据内浇道1-3引入的位置、方向、大小和个数，符合铸件的凝固原则和补缩方法确定：所述第二内浇道 302、第三内浇道303从铸件最底部低速轴厚壁处引入铸型；从而有利于铸件方向性(顺序)凝固，达到补缩铸件、消除缩松的目的。再者，所述第一内浇道301从低速轴对面法兰最底部引入铸型，分配铁水，控制金属液流动的速度和方向，达到调节与铸件各部分的温度差和凝固顺序的目的。
不仅如此，关于铁液过滤装置1-6：(参见图6、图7)所述铁液过滤装置 1-6选用陶瓷铁液过滤网，并设置在横浇道1-2搭接面上，且合箱后压紧陶瓷铁液过滤网。从而有效去除铁液中的气泡、含灰氧化物、及各种杂质，提高铸件的内外质量；改善铸件的石墨形态，使石墨尺寸减少，厚度变薄、形态稍弯曲；从而提高铸件的屈服强度及硬度，使铸件表面硬度均匀。
进一步地，所述陶瓷铁液过滤网的截面积F过与浇注系统的截面积F原满足： F过＝F原/a×b；其中，a为过滤网的孔隙率，且a＝50～60％；b为过滤网的过滤效率，b＝60～80％。
因此，放过滤网处的浇注系统的面积，一般为不放过滤网部分面积的2～4 倍。尺寸应大于浇道面积尺寸20～30mm左右。每个铸件的浇注系统内浇道的总截面积F内过＝F内原×4×3＝15072mm2，优选地：选用150×300×2mm2面积的陶瓷过滤网。
(如图2所示)关于所述铁液上升通道1-4：通常，按照铸件凝固次序规律，铸件壁厚较小的地方，以及铁液在铸型内最先停止流动的地方，最先凝固；由于本发明的铸件较厚，铁液流过的地方较长，以及被铁液最后充填的地方，则最后凝固；因此本铸件对于位于水平位置型壁的充填性，要比位于直立位置铸型型壁的充填性差。
对此，本发明改进在于：所述铁液上升通道1-4位于高速轴、低速轴铸型空腔部位设置；从而达到提高铁液充型平稳，防止因壳型铸件总体壁厚小而导致的产生型壁的充填性差问题；达到防止铸件中夹渣、缩孔等缺陷产生的目的。此外，两个高速轴中间设置一道φ40的铁液上升通道1-4；所述低速轴设置两道φ40的铁液上升通道1-4。
步骤3、铁液熔化：使用中频感应电炉，按照高碳当量、高碳低硅、控制 Mn/S比、Cr和Sn相配合的低合金化方案配制铁液。
进一步地：所述步骤3中，铁液的碳当量CE＝3.6～3.9％；计算式为 CE＝C+1/3(Si+P)+0.4S-0.03Mn＝3.3+1/3(1.5+0.10)+0.4*0.12-0.03*0.75＝3. 2+0.53+0.048-0.0225＝3.85。即优选地，所述碳当量CE＝3.85％。
原理以及效果在于：选取高碳当量，高碳低硅，目的在于：促进石墨化，减少白口倾向和自由渗碳体的产生，碳当量接近共晶成分的亚共晶成分促进铁液按照稳定系共晶进行凝固及细片珠光体的形成，提高组织和性能的均匀性。即选用灰铸铁。
所述铁液的高碳低硅方案中，C、Si元素的重量百分数分别为：C:2.6～ 3.6％，Si：1.2～3.0％。
进一步地：所述步骤3中，铁液的Mn/S比满足Mn％＝1.7S％+(0.5～0.6)；且铁液中S、Mn元素的质量百分数分别为S：0.06～0.12％，Mn：0.7～0.8％。
原理以及效果在于：Mn促成珠光体作用中等，Mn与S亲和力较大，其用量往往因为要保持合适的Mn/S比而受到制约，且易在共晶团边界产生偏析生成碳化物，恶化力学性能。在感应电炉条件下，经试验得到：铁液中的S控制在0.06～0.12％，强度最好，白口倾向小，断面均匀性好；此外，灰铸铁中的Mn不宜超过0.8％，因为超过一定量后会导致强度下降。故，Mn/S比需保持正确的比例关系：在灰铸铁中应满足Mn％＝1.7S％+(0.5～0.6)。即Mn：0.7-0.8、S：≤0.12。
进一步地：所述步骤3中，铁液中Cr和Sn相配合的低合金化方案，其中铁液中Cr、Sn元素的质量百分数分别为Cr:0.2～0.3％，Sn:0.06～0.09 ％。
Cr和Sn相配合的低合金化方案的原理以及效果为：
当Cr含量很低时，铁碳合金中的碳化物和γ相形成共晶体。Cr在铸铁中使碳在奥氏体中的溶解度增加，因而阻碍铁素体生核成长，是很强的珠光体促成元素，能使石墨细化，从而减少铁素体，增加珠光体。经试验发现：加入Cr的质量百分数大于0.35％时，会使铸件渗漏倾向明显增加；加入Cr的质量百分数含量大于0.5％时，铸件中易出现出生碳化物。加入1％以上时，就可能出现少量的渗碳体，形成麻口组织。同时，在铸铁凝固的过程中，Cr促成渗碳体的作用很强，使铸铁的白口倾向增加。因此，经多次实验，确定选用Cr:0.2～0.3％。还需再加入0.4～0.6％的Cu。但Cu的价格太高，因此选用Sn，从而达到降低工艺成本的目的。对于Sn，易在结晶前沿形成低熔点的 FeSn2偏析层，聚集于石墨-奥氏体界面上，从而阻止碳向石墨扩散，使碳固溶于奥氏体，细化共晶团的数量，因此达到促进形成珠光体，组织更加均匀，断面敏感性降低的目的。经试验，当Sn加入量超过0.1％时强度反而会下降。因此实际优选如下质量百分含量添加：Cr:0.2～0.31％，Sn:0.06～0.091％。
进一步地：所述步骤3中，包括铁液熔化步骤；所述铁液熔化步骤使用中频感应电炉熔炼30％生铁、38％废钢、32％回炉料，得到原铁水。
所述原铁水中各化学元素的重量百分数为：C:3.2～3.3％，Si：1.4～1.5 ％，Mn：0.7～0.8％，P：≤0.10％，S：0.10～0.12％。
步骤4、高温静置：使用中频感应电炉将铁水升温至1500～1530℃，高温静置10～15分钟；高温静置后铁水的出炉温度介于1460～1500℃；
步骤5、炉前冲入；在终Si量确定不变的前提下，将质量百分数为0.08％的Sn加入浇包底部；铁水出至1/3时炉前冲入质量百分数为0.4％的孕育剂 75FeSi；铁水重量符合要求后收炉；浇包面撒聚渣剂彻底扒渣后；取样光谱样和碳硫分析样。
进一步地，步骤5中，取样光谱样和碳硫分析样的铁液中各元素成分的质量百分比为：C:3.15～3.25％，Si：1.6～1.9％，Mn：0.7～1.0％，P：≤ 0.10％，S：≤0.12％，Cr:0.17～0.33％，Sn:0.06～0.09％。
步骤6、瞬时孕育：选用含锆孕育剂句容亚峰YFY-280，含锆孕育剂句容亚峰YFY-280的质量百分数加入量为0.1％；瞬时孕育时，将一半的前述质量百分含量的含锆孕育剂句容亚峰YFY-280撒入浇口杯铁液冲入搅拌均匀；另一半的含锆孕育剂句容亚峰YFY-280放入漏斗随铁液导入浇口杯。其中，瞬时孕育的浇注温度，浇包内测量温度为：1360～1370℃。
孕育原理在于：Si以孕育剂的方式加入，更能控制碳化物的数量及白口倾向，促进珠光体的生成并能部分细化珠光体、强化铁素体，从而提高灰铸铁的抗拉强度和硬度。需要说明的是，多级强化孕育，较一次孕育，得到的灰铸铁的抗拉强度以及硬度机械性能的提升显著。
步骤7、铸件保温及落砂：铸件在型腔内保温时间大于60小时后落砂；
步骤8、铸件检查及测定：检查铸件硬度，确定测定值并保留整数；重复测定1次，以满足技术文件要求；
步骤9、铸件解剖及验证：按客户要求部位进行解剖验证。
客户共设置：(参见图8)5#、6#、7#、8#、9#、13#位置的点，按照壁厚选择A、B型试样进行强度、硬度、金相组织的第三方检测，实际证明，参见表1：检测结果，满足性能技术文件要求，没有发现缩松、夹渣、裂纹等缺陷，铸件符合要求。即该产品的性能指标满足：抗拉强度≥175Mpa，硬度介于160～229HBW，金相：A型石墨≥80％，珠光体≥85％，碳化物≤3％。
表1：检测结果(参见图9-图14)；
Figure GDA0003787682590000161
。
与现有技术相比：首先，本发明设计了一种采用分散、多股、底注、开放式带铁水过滤的浇注系统；在铸型空腔部位设置铁水铁液上升通道，使铁水平稳充型，避免铁液在型腔内紊流形成氧化夹渣，从而提高铸件内部及表观质量。
其次，本发明熔化步骤中，采用高碳当量、高碳低硅、多级强化孕育、控制Mn/S比、低合金化工艺方式减少白口倾向和自由渗碳体的产生，促进珠光体的生成，并能部分细化珠光体、强化铁素体，从而达到提高灰铸铁的抗拉强度和硬度的目的。
通过以上描述可以发现：本发明按照分散、多股、底注、开放式充型、铁水过滤的原则；充分发挥直、横、内浇道各自在避渣、缓流方面的不同功能及作用；设置直浇道窝、聚渣凹坑、腔内铁水铁液上升通道等，避免铁液在型腔内的紊流，从而达到大幅提高铸件内部及表观质量的效果。
本发明选取高碳当量，高碳低硅、多级强化孕育，减少白口倾向和自由渗碳体的产生，促进铁液按照稳定系共晶进行凝固，并促进细片珠光体的形成，提高组织均匀性，提高产品机械性能。
本发明通过控制Mn/S比，将铁液中的S控制在0.06～0.12％，Mn不超过 0.8％，灰铸铁强度最好，白口倾向小，断面均匀性好。
本发明采用低合金化和迟后孕育相结合，在灰铸铁铸件上终Si量确定不变条件下，采用炉前冲入、浇口杯瞬时的多级强化孕育方法，可有效提高铁液的孕育效果；促进珠光体的生成并能部分细化珠光体、强化铁素体，从而提高灰铸铁的抗拉强度和硬度。
本发明低合金化选择Cr和Sn相配合：其中Sn能强烈稳定珠光体的元素，但对细化珠光体收效甚微；因此，根据合金元素的不同特性配合，选择能防止产生白口倾向及碳化物的生成的Cr，加入比例控制在0.2～0.3，能在较高的碳当量，高碳低硅加入量控制下，获得最好的强度和断面均匀性；防止Si 增加铁素体、粗化珠光体、中和合金元素作用的不利影响；因此产品的组成比例和石墨化能力相适应，从而达到提高灰铸铁硬度的目的。
可见，本发明能有效提高铸件内部以及表观质量，无裂纹缺陷；促进稳定系共晶凝固以及珠光体形成，提高组织和性能的均匀性；提高灰铸铁的抗拉强度和硬度；白口倾向小，获得最好的强度和断面均匀性；提高灰铸铁的硬度。
综上所述，本发明实现了灰铸铁复杂箱体铸件的单铸、附铸试样及随机解剖铸件本体的强度、硬度、金相均符合国际要求；与其它方法相比，在灰铸铁铸件通过分散、多股、底注、开放式充型、铁水过滤的浇注系统，及高碳当量、高碳低硅、控制Mn/S比、Cr和Sn相配合低合金化的熔化工艺方案，降低了铸件成本。
此处描述的技术还在各流程图中描述。为便于讨论，某些操作在这些流程图中被描述为以特定次序执行的不同的组成步骤。这些实现是示例性而非限制性的。某些操作可被分组在一起并且在单个操作中执行，而某些操作可用不同于在本发明中所述的示例中所采用的次序来执行。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
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 (3)

1.一种提高铸铁抽油机减速器箱体硬度的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、设计浇注系统：
所述浇注系统为一型两件抽油机减速器箱体铸造模具；并具有开放式浇注系统，所述浇注系统包括连通的直浇道(1-1)、横浇道(1-2)、内浇道(1-3)、铁液上升通道(1-4)、聚渣凹坑(1-5)以及铁液过滤装置(1-6)；
步骤2、制作浇注系统：
所述直浇道(1-1)用耐火陶瓷管制成；所述直浇道(1-1)包括圆台(101)；所述圆台(101)上部设有定位搭子(102)；所述直浇道(1-1)下部设有直浇道窝(103)；所述直浇道窝(103)与圆台(101)下部连接处圆角过渡；
所述横浇道(1-2)设于模型外并用于撇渣；所述横浇道(1-2)为梯形，并制有聚渣凹坑(1-5)；所述横浇道(1-2)中的吸动区域(201)大小与内浇道(1-3)的液流速度成正比，且吸动区域(201)随着内浇道(1-3)断面的增大，以及内浇道(1-3)、横浇道(1-2)的高度比值增大而增大；所述横浇道(1-2)末端加长，且加长底部设置聚渣凹坑(1-5)；
所述内浇道(1-3)包括第一内浇道(301)、第二内浇道(302)和第三内浇道(303)；所述第一内浇道(301)与横浇道(1-2)连通；且第一内浇道(301)的金属液流程L内与横浇道(1-2)的最大剩余压头高度H横满足L内≥5H横；所述第三内浇道(303)与横浇道(1-2)的连接处加长处理；所述第二内浇道(302)、第三内浇道(303)从铸件最底部低速轴厚壁处引入铸型；所述第一内浇道(301)从低速轴对面法兰最底部引入铸型；
所述铁液过滤装置(1-6)选用陶瓷铁液过滤网，并设置在横浇道(1-2)搭接面上，且合箱后压紧陶瓷铁液过滤网；
所述铁液上升通道(1-4)位于高速轴、低速轴铸型空腔部位设置；且两个高速轴中间设置一道铁液上升通道(1-4)；所述低速轴设置两道铁液上升通道(1-4)；
步骤3、铁液熔化：使用中频感应电炉，按照高碳当量、高碳低硅、控制Mn/S比、Cr和Sn相配合的低合金化方案配制铁液；
步骤4、高温静置：使用中频感应电炉将铁水升温至1500～1530℃，高温静置10～15分钟；高温静置后铁水的出炉温度介于1460～1500℃；
步骤5、炉前冲入：在终Si量确定不变的前提下，将质量百分数为0.08％的Sn加入浇包底部；铁水出至1/3时炉前冲入质量百分数为0.4％的孕育剂75FeSi；铁水重量符合要求后收炉；浇包面撒聚渣剂彻底扒渣后；取样光谱样和碳硫分析样；
步骤6、瞬时孕育：选用含锆孕育剂，含锆孕育剂的质量百分数加入量为0.1％；瞬时孕育时，将一半的含锆孕育剂撒入浇口杯铁液冲入搅拌均匀；另一半的含锆孕育剂放入漏斗随铁液导入浇口杯；且瞬时孕育的浇注温度，浇包内测量温度为：1360～1370℃；
步骤7、铸件保温及落砂：铸件在型腔内保温时间大于60小时后落砂；
步骤8、铸件检查及测定：检查铸件硬度，确定测定值并保留整数；重复测定1次，以满足技术文件要求；
步骤9、解剖验证：按客户要求部位进行解剖验证；
所述步骤3中，铁液的碳当量CE＝3.6～3.9％；所述铁液的高碳低硅方案中，C、Si元素的重量百分数分别为：C:2.6～3.6％，Si：1.2～3.0％；
所述步骤3中，铁液的Mn和S关系满足Mn％＝1.7S％+(0.5～0.6)；且铁液中S、Mn元素的质量百分数分别为S：0.06～0.12％，Mn：0.7～0.8％；
所述步骤3中，铁液中Cr和Sn相配合的低合金化方案，其中铁液中Cr、Sn元素的质量百分数分别为Cr:0.2～0.3％，Sn:0.06～0.09％；
所述步骤3中，包括铁液熔化步骤；所述铁液熔化步骤使用中频感应电炉熔炼30％生铁、38％废钢、32％回炉料，得到原铁水；所述原铁水中各化学元素的重量百分数为：C:3.2～3.3％，Si：1.4～1.5％，Mn：0.7～0.8％，P：≤0.10％，S：0.10～0.12％。
2.根据权利要求1所述的一种提高铸铁抽油机减速器箱体硬度的方法，其特征在于：所述步骤2中，所述陶瓷铁液过滤网的截面积F过与浇注系统的截面积F原满足F过＝F原/a×b；其中，a为过滤网的孔隙率，且a＝50～60％；b为过滤网的过滤效率，b＝60～80％。
3.根据权利要求1所述的一种提高铸铁抽油机减速器箱体硬度的方法，其特征在于：所述步骤5中，取样光谱样和碳硫分析样的铁液中各元素成分的质量百分比为：C:3.15～3.25％，Si：1.6～1.9％，Mn：0.7～1.0％，P：≤0.10％，S：≤0.12％，Cr:0.17～0.33％，Sn:0.06～0.09％。
CN202010378191.0A 2020-05-07 2020-05-07 一种提高铸铁抽油机减速器箱体硬度的方法 Active CN111531129B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010378191.0A CN111531129B (zh) 2020-05-07 2020-05-07 一种提高铸铁抽油机减速器箱体硬度的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010378191.0A CN111531129B (zh) 2020-05-07 2020-05-07 一种提高铸铁抽油机减速器箱体硬度的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111531129A CN111531129A (zh) 2020-08-14
CN111531129B true CN111531129B (zh) 2022-10-14

Family

ID=71970518

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010378191.0A Active CN111531129B (zh) 2020-05-07 2020-05-07 一种提高铸铁抽油机减速器箱体硬度的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111531129B (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH057980A (ja) * 1991-06-28 1993-01-19 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 長尺ロール用鋳型及び中子の製作方法
CN102717032A (zh) * 2012-07-09 2012-10-10 江苏多为泵业股份有限公司 一种汽车涡轮增压器壳体件的精密铸造方法
CN110318010A (zh) * 2019-08-16 2019-10-11 杭州新融方科技有限公司 带输出轴结构的蜗轮蜗杆减速机铸造材料及制备方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59183950A (ja) * 1983-03-31 1984-10-19 Komatsu Ltd 鋳型造型法
SU1305195A1 (ru) * 1985-07-01 1987-04-23 Институт проблем литья АН УССР Способ модифицировани в литейной форме
CN101476090B (zh) * 2009-01-20 2010-09-22 河南宏宇特铸股份有限公司 一种高温耐磨窑口护铁合金及其生产方法
CN101585071B (zh) * 2009-06-18 2010-12-08 常州凯达轧辊集团有限公司 利用球墨铸铁制造风力发电机主轴的消失模铸造方法
CN103725949B (zh) * 2013-07-04 2016-01-06 陕西柴油机重工有限公司 高Ni奥氏体球铁排气管的生产方法
CN103882286B (zh) * 2014-03-28 2015-12-09 日月重工股份有限公司 二板式注塑机用百吨级球墨铸铁模板铸件的铸造方法
CN107626891B (zh) * 2017-09-06 2021-02-05 陕西柴油机重工有限公司 一种柴油机机身水油管道铸型及水油管道的制作方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH057980A (ja) * 1991-06-28 1993-01-19 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 長尺ロール用鋳型及び中子の製作方法
CN102717032A (zh) * 2012-07-09 2012-10-10 江苏多为泵业股份有限公司 一种汽车涡轮增压器壳体件的精密铸造方法
CN110318010A (zh) * 2019-08-16 2019-10-11 杭州新融方科技有限公司 带输出轴结构的蜗轮蜗杆减速机铸造材料及制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
煤矿提升机滑动轴承的磨损失效分析;尚慧岭等;《润滑与密封》;20090115(第01期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN111531129A (zh) 2020-08-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4967827A (en) Method and apparatus for melting and casting metal
CN106424572B (zh) 一种低温铁素体球墨铸铁附铸试块制备方法
CN102851574B (zh) 一种耐热合金蠕墨铸铁及其制备方法
CN107119168B (zh) 一种高炉铁水短流程铸造高品质铸件的方法
CN104313457B (zh) 碳化钒增强型复合铸铁材料及其制备方法、制砂机反击块
CN106367671A (zh) 一种适用于万能轧机的球墨铸铁轧边辊及其制造方法
CN113523205B (zh) 一种球化孕育处理方法
Pio et al. Grain refinement of LM6 Al–Si alloy sand castings to enhance mechanical properties
Labrecque et al. Production and properties of thin-wall ductile iron castings
CN108425075A (zh) 一种汽车悬架系统用弹簧钢及其制造方法
CN1209479C (zh) 多元高铬耐磨铸铁筛板及其制造方法
CN111531129B (zh) 一种提高铸铁抽油机减速器箱体硬度的方法
CN104593663B (zh) 一种耐磨白口铸铁及其制备方法
CN107475604A (zh) 一种高铁钢背材料及其制备方法
CN117245064A (zh) 一种整体铸造轧辊结晶组织控制工艺和设备
Labrecque et al. Optimizing the mechanical properties of thin-wall ductile iron castings
CN201058370Y (zh) 低压铸造升液管
CN110195194A (zh) 一种热作模具钢的制备方法
CN105821312A (zh) 一种低碳中合金湿式球磨机用衬板及其制备方法
CN104451370A (zh) 含钒过共晶高铬铸铁及其制造方法
SU1724716A1 (ru) Чугун дл металлических форм
Labrecque et al. Heavy-section ductile iron castings
CN112126845A (zh) 汽车转向器壳体qt500-14固溶强化铁素体球铁及其生产方法
White Production of Ductile Iron Castings
CN115261705B (zh) 一种高强高韧耐磨抗疲劳型钢导板的制备方法

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
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Chao Gexin

Inventor after: Fu Yuelou

Inventor after: Guo Min

Inventor after: Zhao Yueguang

Inventor after: Chen Xiaolong

Inventor after: Cheng Zhong

Inventor after: Wei Rong

Inventor after: Liu Yan

Inventor after: Gong Xianhui

Inventor after: Wang Mingang

Inventor before: Chao Gexin

CB03 Change of inventor or designer information