CN113913678A - 一种汽车或者船用耐磨皮带轮及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种汽车或船用耐磨皮带轮及其制备方法,所述皮带轮的化学成分按质量百分比计包括:C:3.0%‑3.4%、Si:1.4%‑2.0%、Mn:0.6%‑1.0%、Cr:0.05%‑0.15%、S:0.04%‑0.1%、Al:0.02%‑0.08%、P:≤0.06%,其余为Fe和杂质。本发明提出的一种汽车或船用耐磨皮带轮,该皮带轮在保证切削加工性的前提下,可有效提高强度等力学性能。

Description

一种汽车或者船用耐磨皮带轮及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属铸造技术领域,尤其涉及一种汽车或者船用耐磨皮带轮及其制备方法。
背景技术
皮带轮是传动结构的重要零件之一,常见皮带轮采用灰铸铁铸造成型,例如主料牌号为250的灰铸铁(含碳量3.2-3.5%,加入0.3-0.6%铜、铬合金化处理,要求A型石墨为主,珠光体95%以上,强度250MPa)。虽然用HT250生产的皮带轮,价格低廉,也基本能满足皮带轮的一般要求,但是该皮带轮铸件强度、塑韧性和切削加工性能已不能满足现代工业对皮带轮提出的高性能和长寿命要求,强度低、塑性差、耐磨性一般、使用寿命短是目前皮带轮铸件亟需解决和突破的一个重要瓶颈和关键技术。
目前,为了改善传统用HT250生产的皮带轮铸件的强度、塑韧性和切削加工性能,通过加入合金元素可以得到高强度合金灰铸铁,如英美等国主要采用高C低合金V、Mo灰铸铁,俄罗斯等国主要采用Cr、Ni、Mo合金灰铸铁,但由于加入了Ni、Mo等贵合金元素,使上述合金铸铁的生产成本较高。
传统控制HT250性能的一个最重要控制因素就是合理控制碳当量:碳当量过低可以提高强度和硬度,但切削性能较差;而高碳当量铸铁的强度较低,但具有较好的机械加工性能、较高的减震性能和良好的热传导性能。如何在确保HT250类传统灰铸铁具有较好切削加工性能的同时,提高其强度等综合性能,是值得我们长期探索的一个方向。
发明内容
基于背景技术中存在的技术问题,本发明提出了一种汽车或船用耐磨皮带轮及其制备方法,该皮带轮在保证切削加工性的前提下,可有效提高强度等力学性能。
本发明提出的一种汽车或船用耐磨皮带轮,所述皮带轮的化学成分按质量百分比计包括:C:3.0%-3.4%、Si:1.4%-2.0%、Mn:0.6%-1.0%、Cr:0.05%-0.15%、S:0.04%-0.1%、Al:0.02%-0.08%、P:≤0.06%,其余为Fe和杂质。
优选地,[Si]×[Cr]×100≥0.1%,且16≥[Mn]/[S]≥8,[Si]、[Cr]、[Mn]、[S]分别为Si、Cr、Mn、S的重量百分含量;并且杂质中,Cu:≤0.05%。
优选地,所述皮带轮的微观组织包括珠光体和渗碳体;
其中,珠光体的体积含量不少于95%,渗碳体体积含量不大于1%。
优选地,所述皮带轮的力学性能中,抗拉强度不低于270Mpa,整体硬度为190HB-210HB。
本发明还提出一种上述汽车或船用耐磨皮带轮的制备方法,包括如下步骤:
S1、按照所述皮带轮的化学成分将原料加入熔炼炉中进行熔炼,调质处理后,出炉得到合金液;
S2、向S1得到的合金液中加入孕育剂进行孕育处理,得到铁水;
S3、将S2得到的铁水进行浇注,浇注时进行随流孕育处理,得到铸件,再按照设计进行机械加工,即得到所述汽车或船用耐磨皮带轮。
优选地,所述原料包括HT250铸件加工铁末、硅铁、锰铁和铬铁。
优选地,所述熔炼温度为1550℃-1600℃。
优选地,所述孕育剂为65SiBaFe孕育剂,粒径为3mm-5mm,添加量为所述合金液重量的0.1%-0.3%。
优选地,所述浇注温度为1390-1450℃。
优选地,所述随流孕育处理采用的孕育剂为65SiBaFe孕育剂,其粒径为0.1mm-0.4mm,添加量为所述合金液重量的0.01%-0.05%。
相比于现有技术,本发明具有如下有益效果:
(1)发明人研究发现,Si具有提高淬透性的作用以及脱氧作用,Cr亦具有提高淬透性的效果,因此Cr与Si配合对于抑制渗碳体异常层的生成具有有效作用,本发明中,通过对Cr与Si的元素含量进行控制,即当Cr与Si的乘积低于0.1%%时,Cr与Si的含量不足,渗碳体异常层转变增多,不利于获得高强度,而当Cr与Si的乘积高于0.1%%时,可以有效缩减渗碳体范围,确保高强度性能。
(2)发明人还研究发现,Mn与S容易键合形成MnS,而MnS具有提高切削性的作用,但当Mn与S的含量不能适配时,容易生成粗大的MnS,粗大MnS的生成不仅导致基体强度降低,而且在热加工时容易出现裂纹,切削加工性能变差。因此,本发明中,为了确保良好的切削加工性和高强度,控制Mn与S的比值满足8-18,可以有效抑制粗大MnS的生成。
(3)Cu虽然具有提高淬透性的作用,但是当Cu含量过高时,切削加工性能降低,尤其是超过0.05%时,切削加工性能显著变差。
(4)本发明所述皮带轮的基体组织中能够获得稳定的珠光体组织结构,珠光体的体积含量不少于95%,当用做皮带轮时,不仅具有良好的切削加工性,而且也具有优异的强度性能。
具体实施方式
下面,通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明,但是应该明确,提出这些实施例用于举例说明,但并不解释为限制本发明的范围。
实施例1
一种汽车或船用耐磨皮带轮,其化学成分按重量百分比计包括:C:3.24%、Si:1.67%、Mn:0.83%、Cr:0.11%、S:0.072%、Al:0.056%、P:0.03%、Cu:0.04%,其余为Fe和不可避免的杂质;其中,Si与Cr的含量乘积为0.18%%,Mn与S的比值为11.5;
上述皮带轮的制造方法如下:
(1)按照上述化学成分及其配比将HT250铸件加工铁末、硅铁、锰铁、铬铁加入熔炼炉中进行熔炼,熔炼温度为1580℃,调质处理后,出炉得到合金液;
(2)向合金液中加入合金液重量0.2%的65SiBaFe孕育剂作为孕育剂,进行孕育处理后得到铁水;
(3)将铁水浇入模型内,浇注温度为1420℃,浇注过程采用随流孕育,孕育剂为65SiBaFe,粒度为0.2mm,加入量为所述铁水重量的0.03%,冷却至室温后,得到铸件,再按照设计进行机械加工,即得到所述汽车或船用耐磨皮带轮。
实施例2
一种汽车或船用耐磨皮带轮,其化学成分按重量百分比计包括:C:3.15%、Si:1.83%、Mn:0.72%、Cr:0.093%、S:0.067%、Al:0.048%、P:0.02%、Cu:0.02%,其余为Fe和不可避免的杂质;其中,Si与Cr的含量乘积为0.17%%,Mn与S的比值为10.7;
上述皮带轮的制造方法如下:
(1)按照上述化学成分及其配比将HT250铸件加工铁末、硅铁、锰铁、铬铁加入熔炼炉中进行熔炼,熔炼温度为1550℃,调质处理后,出炉得到合金液;
(2)向合金液中加入合金液重量0.1%的65SiBaFe孕育剂作为孕育剂,进行孕育处理后得到铁水;
(3)将铁水水浇入模型内,浇注温度为1450℃,浇注过程采用随流孕育,孕育剂为65SiBaFe,粒度为0.4mm,加入量为所述铁水重量的0.05%,冷却至室温后,得到铸件,再按照设计进行机械加工,即得到所述汽车或船用耐磨皮带轮。
实施例3
一种汽车或船用耐磨皮带轮,其化学成分按重量百分比计包括:C:3.33%、Si:1.64%、Mn:0.89%、Cr:0.10%、S:0.078%、Al:0.057%、P:0.03%、Cu:0.04%,其余为Fe和不可避免的杂质;其中,Si与Cr的含量乘积为0.16%%,Mn与S的比值为11.4;
上述皮带轮的制造方法如下:
(1)按照上述化学成分及其配比将HT250铸件加工铁末、硅铁、锰铁、铬铁加入熔炼炉中进行熔炼,熔炼温度为1600℃,调质处理后,出炉得到合金液;
(2)向合金液中加入合金液重量0.3%的65SiBaFe孕育剂作为孕育剂,进行孕育处理后得到铁水;
(3)将铁水水浇入模型内,浇注温度为1390℃,浇注过程采用随流孕育,孕育剂为65SiBaFe,粒度为0.1mm,加入量为所述铁水重量的0.01%,冷却至室温后,得到铸件,再按照设计进行机械加工,即得到所述汽车或船用耐磨皮带轮。
实施例4
一种汽车或船用耐磨皮带轮,其化学成分按重量百分比计包括:C:3.05%、Si:1.94%、Mn:0.63%、Cr:0.15%、S:0.049%、Al:0.077%、P:0.02%、Cu:0.01%,其余为Fe和不可避免的杂质;其中,Si与Cr的含量乘积为0.29%%,Mn与S的比值为12.9;
上述皮带轮的制造方法如下:
(1)按照上述化学成分及其配比将HT250铸件加工铁末、硅铁、锰铁、铬铁加入熔炼炉中进行熔炼,熔炼温度为1560℃,调质处理后,出炉得到合金液;
(2)向合金液中加入合金液重量0.15%的65SiBaFe孕育剂作为孕育剂,进行孕育处理后得到铁水;
(3)将铁水水浇入模型内,浇注温度为1420℃,浇注过程采用随流孕育,孕育剂为65SiBaFe,粒度为0.2mm,加入量为所述铁水重量的0.03%,冷却至室温后,得到铸件,再按照设计进行机械加工,即得到所述汽车或船用耐磨皮带轮。
实施例5
一种汽车或船用耐磨皮带轮,其化学成分按重量百分比计包括:C:3.36%、Si:1.49%、Mn:0.93%、Cr:0.067%、S:0.091%、Al:0.025%、P:0.03%,其余为Fe和不可避免的杂质;其中,Si与Cr的含量乘积为1.0%%,Mn与S的比值为10.2;
上述皮带轮的制造方法如下:
(1)按照上述化学成分及其配比将HT250铸件加工铁末、硅铁、锰铁、铬铁加入熔炼炉中进行熔炼,熔炼温度为1570℃,调质处理后,出炉得到合金液;
(2)向合金液中加入合金液重量0.2%的65SiBaFe孕育剂作为孕育剂,进行孕育处理后得到铁水;
(3)将铁水水浇入模型内,浇注温度为1420℃,浇注过程采用随流孕育,孕育剂为65SiBaFe,粒度为0.2mm,加入量为所述铁水重量的0.03%,冷却至室温后,得到铸件,再按照设计进行机械加工,即得到所述汽车或船用耐磨皮带轮。
对比例1
一种汽车或船用耐磨皮带轮,其化学成分按重量百分比计包括:C:2.92%、Si:2.13%、Mn:0.55%、Cr:0.16%、S:0.04%、Al:0.05%、P:0.03%、Cu:≤0.05%,其余为Fe和不可避免的杂质;其中,Si与Cr的含量乘积为0.34%%,Mn与S的比值为13.8;
上述皮带轮的制造方法如下:
(1)按照上述化学成分及其配比将HT250铸件加工铁末、硅铁、锰铁、铬铁加入熔炼炉中进行熔炼,熔炼温度为1580℃,调质处理后,出炉得到合金液;
(2)向合金液中加入合金液重量0.2%的65SiBaFe孕育剂作为孕育剂,进行孕育处理后得到铁水;
(3)将铁水浇入模型内,浇注温度为1420℃,浇注过程采用随流孕育,孕育剂为65SiBaFe,粒度为0.2mm,加入量为所述铁水重量的0.03%,冷却至室温后,得到铸件,再按照设计进行机械加工,即得到所述汽车或船用耐磨皮带轮。
对比例2
一种汽车或船用耐磨皮带轮,其化学成分按重量百分比计包括:C:3.25%、Si:1.52%、Mn:0.65%、Cr:0.055%、S:0.085%、Al:0.065%、P:0.03%、Cu:0.02%,其余为Fe和不可避免的杂质;其中,Si与Cr的含量乘积为0.084%%,Mn与S的比值为7.6;
上述皮带轮的制造方法如下:
(1)按照上述化学成分及其配比将HT250铸件加工铁末、硅铁、锰铁、铬铁加入熔炼炉中进行熔炼,熔炼温度为1580℃,调质处理后,出炉得到合金液;
(2)向合金液中加入合金液重量0.2%的65SiBaFe孕育剂作为孕育剂,进行孕育处理后得到铁水;
(3)将铁水浇入模型内,浇注温度为1420℃,浇注过程采用随流孕育,孕育剂为65SiBaFe,粒度为0.2mm,加入量为所述铁水重量的0.03%,冷却至室温后,得到铸件,再按照设计进行机械加工,即得到所述汽车或船用耐磨皮带轮。
将上述实施例和对比例所得皮带轮进行如下性能(GB/T 231-2002),测试结果如表1所示。
表1:
抗拉强度/MPa 硬度/HB
实施例1 285 201
实施例2 276 197
实施例3 281 205
实施例4 272 195
实施例5 289 208
对比例1 232 201
对比例2 253 217
参照上表可知,通过对成分进行调整,实施例所述皮带轮的抗拉强度在原来的基础上提升了20-50MPa,同时硬度较低,切削加工性能好,降低了铸件的加工成本。
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揭露的技术范围内,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 (10)

1.一种汽车或船用耐磨皮带轮,其特征在于,所述皮带轮的化学成分按重量百分比计包括:C:3.0%-3.4%、Si:1.4%-2.0%、Mn:0.6%-1.0%、Cr:0.05%-0.15%、S:0.04%-0.1%、Al:0.02%-0.08%、P:≤0.06%,其余为Fe和杂质。
2.根据权利要求1所述的汽车或船用耐磨皮带轮,其特征在于,[Si]×[Cr]×100≥0.1%,且16≥[Mn]/[S]≥8,[Si]、[Cr]、[Mn]、[S]分别为Si、Cr、Mn、S的重量百分含量;
并且杂质中,Cu:≤0.05%。
3.根据权利要求1或2所述的汽车或船用耐磨皮带轮,其特征在于,所述皮带轮的微观组织包括珠光体和渗碳体;
其中,珠光体的体积含量不少于95%,渗碳体体积含量不大于1%。
4.根据权利要求1-3任一项所述的汽车或船用耐磨皮带轮,其特征在于,所述皮带轮的力学性能中,抗拉强度不低于270Mpa,整体硬度为190HB-210HB。
5.一种权利要求1-4任一项所述的汽车或船用耐磨皮带轮的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1、按照所述皮带轮的化学成分将原料加入熔炼炉中进行熔炼,调质处理后,出炉得到合金液;
S2、向S1得到的合金液中加入孕育剂进行孕育处理,得到铁水;
S3、将S2得到的铁水进行浇注,浇注时进行随流孕育处理,得到铸件,再按照设计进行机械加工,即得到所述汽车或船用耐磨皮带轮。
6.根据权利要求5所述的汽车或船用耐磨皮带轮的制备方法,其特征在于,所述原料包括HT250铸件加工铁末、硅铁、锰铁和铬铁。
7.根据权利要求5或6所述的汽车或船用耐磨皮带轮的制备方法,其特征在于,所述熔炼温度为1550℃-1600℃。
8.根据权利要求5-7任一项所述的汽车或船用耐磨皮带轮的制备方法,其特征在于,所述孕育剂为65SiBaFe孕育剂,粒径为3mm-5mm,添加量为所述合金液重量的0.1%-0.3%。
9.根据权利要求5-8任一项所述的汽车或船用耐磨皮带轮的制备方法,其特征在于,所述浇注温度为1390-1450℃。
10.根据权利要求4-9任一项所述的汽车或船用耐磨皮带轮的制备方法,其特征在于,所述随流孕育处理采用的孕育剂为65SiBaFe孕育剂,其粒径为0.1mm-0.4mm,添加量为所述合金液重量的0.01%-0.05%。
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