CN112893787A - 一种高强度低应力汽车压盘灰铸铁件的孕育处理方法 - Google Patents

一种高强度低应力汽车压盘灰铸铁件的孕育处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强度低应力汽车压盘灰铸铁件的孕育处理方法，是将粒度分级后的硅钡孕育剂分两次加入到铁液中，一次为包内孕育、一次为随流孕育。本发明采用分级筛选获得合适粒度的硅钡孕育剂，通过两次孕育处理得到所需的压盘铸件，其抗拉强度和硬度分别可以稳定达到300MPa以上、230HB以上，从而可满足高强度低应力汽车压盘灰铸铁件的使用需求和规模化生产需求。

Description

一种高强度低应力汽车压盘灰铸铁件的孕育处理方法
技术领域
本发明属于汽车零部件铸造过程中的工艺技术领域，具体涉及一种高强度低应力汽车压盘灰铸铁件的孕育处理方法。
背景技术
灰铸铁是工业上应用最广泛的金属材料之一，是机械制造工业的重要基础。灰铸铁具有较高的机械性能、较低的成本以及良好的铸造性能，在减震性、减摩性和缺口敏感性方面具有独特的优点。同时，与其它合金相比，灰铸铁还具有熔点低、加工性好、充型性好、生产设施和成型过程简单的优越性。目前，我国汽车离合器主要采用的是灰铸铁压盘铸件，其材质大多为HT250，其在使用一段时间后，常出现压盘变形、烧蚀和开裂等现象，导致离合器提前失效，故离合器压盘的强度、硬度及表面特征直接影响汽车离合器的使用性能、寿命。
在灰铸铁生产过程中孕育处理是必不可少的一个环节，其目的是促进石墨形核、降低白口倾向、促进石墨的生长、改善石墨的形态和分布，并细化共晶团、细化基体组织、降低断面的敏感性，对材料的强度等性能有着重要影响。在实际生产应用中，灰铸铁普遍应用的是75SiFe孕育剂，其孕育效果较差，往往需要加入其他材料制成复合孕育剂，这将大大增加孕育剂的成本。
发明内容
本发明的目的是提出一种高强度低应力汽车压盘灰铸铁件的孕育处理方法，通过孕育剂粒度分级筛选以克服现有孕育处理方式孕育效果差的缺点，提升孕育处理后汽车压盘灰铸铁件强度，获得满足生产与使用需求的汽车压盘灰铸铁件。
一种高强度低应力汽车压盘灰铸铁件的孕育处理方法，包括如下步骤：
步骤1、孕育剂粒度分级
采用分级筛对硅钡孕育剂进行筛选，分别获得粒度在1.5～2.5mm的一次孕育剂和粒度在0.3～0.4mm的二次孕育剂；
步骤2、融化
将原料在熔炉中融化成铁液；
步骤3、一次孕育
将步骤2所得铁液倒入浇注包中，当倒入一包浇注包内铁液总质量的10％～20％时，将预热至400℃的一次孕育剂均匀分散的撒入浇注包内进行一次包内孕育，再将剩余铁液倒入浇注包；
步骤4、二次孕育
将铁液随倾斜式浇注包注入砂型模具，同时用氮气将预热至400℃的二次孕育剂吹入流动的铁液中进行二次随流孕育；
步骤5、脱模
注入完成后，自然冷却、脱模，即获得汽车压盘灰铸铁件。
进一步地，步骤1中，所述筛选的方法为：将粒度在1～3mm范围的硅钡孕育剂首先通过2.5mm孔径的分级筛，随后再通过1.5mm孔径的分级筛，即获得粒度在1.5～2.5mm的一次孕育剂；将粒度在0.2～0.5mm范围的硅钡孕育剂首先通过0.4mm孔径的分级筛，随后再通过0.3mm孔径的分级筛，即获得粒度在0.3～0.4mm的二次孕育剂。
进一步地，所述硅钡孕育剂的成分按质量百分比的构成为：Si:＞60％，Ba:1.0～7.0％，余量为Fe。
进一步地，步骤2中，所述原料组成为：生铁：4％～6％，废钢：45～55％，余料为回炉铁；
进一步地，步骤3中，一次孕育剂的用量占一包浇注包内铁液总质量的0.35～0.45％。
进一步地，步骤4中，二次孕育剂的用量占砂型模具内铁液总质量的0.15～0.20％。
进一步地：步骤3中，一次孕育剂在浇注包内随铁液升温至孕育温度1440～1460℃；步骤4中，二次孕育剂随铁液升温至孕育温度1390～1440℃。
进一步地，步骤3与步骤4中，从一次孕育剂加入到浇注包开始，至铁液随倾斜式浇注包注入砂型模具终止，总时间为7～8分钟，一次孕育时间过长将导致孕育衰退，使孕育效果降低。
本发明所获得的汽车压盘灰铸铁件，各成分按重量百分比的构成为：C:3.10～3.20％，Si:1.79～1.83％，Mn:0.65～0.67％，P:0.014～0.015％，S:0.069～0.083％，Mg:≤0.001％，Cr:0.15～0.16％，Ni:0.011～0.014％，Mo:0.001～0.010％，Cu:0.55～0.57％，Al:0.003％～0.005％，Ti:0.011～0.012％，Sb:0.002～0.004％，Sn:0.08～0.09％，Sc:0.84～0.86％，Pb:≤0.001％，Zn:≤0.001％，Ce:≤0.001％，La:≤0.001％，余量为Fe。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1、本发明采用合适粒度的硅钡孕育剂，通过两次孕育处理得到所需的压盘铸件，其抗拉强度和硬度分别可以稳定达到300MPa以上、230HB以上，从而可满足高强度低应力汽车压盘灰铸铁件的使用需求和规模化生产需求。
2、本发明通过两次孕育处理得到所需铸件，孕育剂均为硅钡孕育剂。孕育处理后，硅使铁液产生浓度起伏，产生大量的结晶核心，并且携带钡进入铁液中，钡也是一种形核元素，钡的比重大，蒸气压小，在铁液凝固前不易损失，使孕育后的铁液具有较强的抗衰退能力。硅钡孕育剂使石墨呈A型分布，共晶团细化，珠光体片间距减小。
3、本发明采用二级分级筛对孕育剂进行筛选，使粒度精确在一定范围内，有效避免如下问题：孕育剂粒度过小时，会引起孕育剂颗粒的团聚和氧化；孕育剂粒度过大时，孕育剂无法溶化和吸收，则会引起不必要的夹杂，使压盘件性能较低。
4、一次孕育所用孕育剂的粒度在1.5～2.5mm范围，孕育温度为1440～1460℃，使得孕育过程在出现温度、浓度起伏时析出的石墨质点尺寸够大，可能幸存下来，成为继续冷却的石墨核心，减少孕育衰退。
5、二次随流孕育所用孕育剂的粒度在0.3～0.4mm范围，孕育温度为1390～1440℃，较低的孕育温度使A型石墨增多而D型石墨减少，石墨长度也更短，较小的孕育粒度保证孕育剂溶化和吸收。
附图说明
图1为本发明实施例1所得汽车压盘灰铸铁件的示意图；
图2为本发明实施例1所得汽车压盘灰铸铁件的500倍金相组织图；
图3为本发明实施例1所得汽车压盘灰铸铁件的SEM图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，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，都属于本发明保护内容。
实施例1
本实施例通过如下孕育处理方法，获得汽车压盘灰铸铁件：
步骤1、孕育剂粒度分级
将粒度在1～3mm范围的硅钡孕育剂(成分为：Si:68.81％，Ba:2.84％，余量为Fe)首先通过2.5mm孔径的分级筛，随后再通过1.5mm孔径的分级筛，即获得粒度在1.5～2.5mm的一次孕育剂；
将粒度在0.2～0.5mm范围的硅钡孕育剂(成分为：Si:68.88％，Ba:2.86％，余量为Fe)首先通过0.4mm孔径的分级筛，随后再通过0.3mm孔径的分级筛，即获得粒度在0.3～0.4mm的二次孕育剂。
步骤2、融化
将原料(5％的生铁，52％的废钢，余料为回炉铁)在熔炉中融化成铁液。
步骤3、一次孕育
将步骤2所得铁液倒入浇注包中，当倒入一包浇注包内铁液总质量的10％～20％时，将预热至400℃的一次孕育剂均匀分散的撒入浇注包内进行一次包内孕育，再将剩余铁液倒入浇注包；其中：一包浇注包内铁液总质量为700kg，一次孕育剂的用量占一包浇注包内铁液总质量的0.4％，一次孕育剂在浇注包内随铁液升温至孕育温度1440～1460℃。
步骤4、二次孕育
将铁液随倾斜式浇注包注入砂型模具，同时用氮气将预热至400℃的二次孕育剂吹入流动的铁液中进行二次随流孕育；其中：砂型模具内铁液总质量为16kg，二次孕育剂的用量占砂型模具内铁液总质量的0.18％，二次孕育剂随铁液升温至孕育温度1390～1440℃。
步骤5、脱模
注入完成后，铸件在砂型模具中自然冷却50分钟，然后在滚筒中使砂型模具与铸件分离，即获得汽车压盘灰铸铁件。
经检测，本实施例所得汽车压盘灰铸铁件的各成分按重量百分比的构成为：C:3.15％，Si:1.82％，Mn:0.66％，P:0.014％，S:0.076％，Mg:0.001％，Cr:0.15％，Ni:0.012％，Mo:0.007％，Cu:0.556％，Al:0.004％，Ti:0.011％，Sb:0.003％，Sn:0.087％，Sc:0.85％，Pb:0.001％，Zn:0.001％，Ce:0.001％，La:0.001％，余量为Fe。
图1为本实施例所得汽车压盘灰铸铁件的示意图，图2为本实施例所得汽车压盘灰铸铁件的500倍金相组织图。图3为本实施例所得汽车压盘灰铸铁件的SEM图。由图2可以看出，汽车压盘灰铸铁件的金相组织是由金属基体和石墨所组成，其中石墨为A型石墨，即均匀分布的片状石墨，基体主要为珠光体以及少量的铁素体。由图3可以看出，珠光体层片状间距较小，珠光体体积分数在95％以上。
对本实施例汽车压盘灰铸铁件切样进行抗拉测试和硬度测试，所得抗拉强度为335MPa，硬度为246HB。
对比例1
本实施例按实施例1相同的孕育处理方法来获得汽车压盘灰铸铁件，区别仅在于：一次孕育过程中使用的硅钡孕育剂粒度为1～3mm，二次孕育过程中使用的硅钡孕育剂粒度为0.2～0.5mm。
经测试，本实施例所得汽车压盘灰铸铁件的抗拉强度为309MPa、硬度为230HB。
实施例3
本实施例按实施例1相同的孕育处理方法来获得汽车压盘灰铸铁件，区别仅在于：步骤3中，一次孕育剂的用量占一包浇注包内铁液总质量的0.35％；步骤4中，二次孕育剂的用量占砂型模具内铁液总质量的0.15％。
经测试，本实施例所得汽车压盘灰铸铁件的抗拉强度为325MPa、硬度为239HB。
实施例4
本实施例按实施例1相同的孕育处理方法来获得汽车压盘灰铸铁件，区别仅在于：：步骤3中，一次孕育剂的用量占一包浇注包内铁液总质量的0.45％；步骤4中，二次孕育剂的用量占砂型模具内铁液总质量的0.20％。
经测试，本实施例所得汽车压盘灰铸铁件的抗拉强度为327MPa、硬度为240HB。
以上公开的本发明优选实施例只是用于阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好的解决本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能更好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种高强度低应力汽车压盘灰铸铁件的孕育处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、孕育剂粒度分级
采用分级筛对硅钡孕育剂进行筛选，分别获得粒度在1.5～2.5mm的一次孕育剂和粒度在0.3～0.4mm的二次孕育剂；
步骤2、融化
将原料在熔炉中融化成铁液；
步骤3、一次孕育
将步骤2所得铁液倒入浇注包中，当倒入一包浇注包内铁液总质量的10％～20％时，将预热至400℃的一次孕育剂均匀分散的撒入浇注包内进行一次包内孕育，再将剩余铁液倒入浇注包；
步骤4、二次孕育
将铁液随倾斜式浇注包注入砂型模具，同时用氮气将预热至400℃的二次孕育剂吹入流动的铁液中进行二次随流孕育；
步骤5、脱模
注入完成后，自然冷却、脱模，即获得汽车压盘灰铸铁件。
2.根据权利要求1所述的孕育处理方法，其特征在于：步骤1中，所述筛选的方法为：
将粒度在1～3mm范围的硅钡孕育剂首先通过2.5mm孔径的分级筛，随后再通过1.5mm孔径的分级筛，即获得粒度在1.5～2.5mm的一次孕育剂；
将粒度在0.2～0.5mm范围的硅钡孕育剂首先通过0.4mm孔径的分级筛，随后再通过0.3mm孔径的分级筛，即获得粒度在0.3～0.4mm的二次孕育剂。
3.根据权利要求1所述的孕育处理方法，其特征在于：所述硅钡孕育剂的成分按质量百分比的构成为：Si:＞60％，Ba:1.0～7.0％，余量为Fe。
4.根据权利要求1所述的孕育处理方法，其特征在于：步骤2中，所述原料组成为：生铁：4％～6％，废钢：45～55％，余料为回炉铁；
5.根据权利要求1所述的孕育处理方法，其特征在于：步骤3中，一次孕育剂的用量占一包浇注包内铁液总质量的0.35～0.45％。
6.根据权利要求1所述的孕育处理方法，其特征在于：步骤4中，二次孕育剂的用量占砂型模具内铁液总质量的0.15～0.20％。
7.根据权利要求1所述的孕育处理方法，其特征在于：步骤3中，一次孕育剂在浇注包内随铁液升温至孕育温度1440～1460℃；步骤4中，二次孕育剂随铁液升温至孕育温度1390～1440℃。
8.根据权利要求1所述的孕育处理方法，其特征在于：步骤3与步骤4中，从一次孕育剂加入到浇注包开始，至铁液随倾斜式浇注包注入砂型模具终止，总时间为7～8分钟。
9.一种权利要求1～8中任意一项所述孕育处理方法所获得的汽车压盘灰铸铁件。
10.根据权利要求9所述的汽车压盘灰铸铁件，其特征在于，各成分按重量百分比的构成为：
C:3.10～3.20％，Si:1.79～1.83％，Mn:0.65～0.67％，P:0.014～0.015％，S:0.069～0.083％，Mg:≤0.001％，Cr:0.15～0.16％，Ni:0.011～0.014％，Mo:0.001～0.010％，Cu:0.55～0.57％，Al:0.003～0.005％，Ti:0.011～0.012％，Sb:0.002～0.004％，Sn:0.08～0.09％，Sc:0.84～0.86％，Pb:≤0.001％，Zn:≤0.001％，Ce:≤0.001％，La:≤0.001％，余量为Fe。
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