CN114932202B - 一种大吨位压铸机模板铸件的铸造方法 - Google Patents
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Abstract
一种大吨位压铸机模板铸件的铸造方法，步骤包括：模型制造；铁水熔炼；浇铸；落砂、清理和检验，得到铸件。在浇铸过程的出铁球化前，在铁水包内采用“三明治”式装包，即把球化剂、接种剂、孕育剂依次加入铁水包内；然后，采用冲入法把铁水冲入铁水包进行球化处理。本发明探讨了铁水熔炼以及浇铸过程中的工艺，同时研究了球化剂、接种剂、孕育剂的组分配方以及用量，使铸件的质量得到大幅提升。
Description
技术领域
本发明属于铸造技术领域，具体是一种大吨位压铸机模板铸件的铸造方法。
背景技术
根据特斯拉公布的信息，Model Y的后地板采用一体压铸技术后，将原方案的80个冲压焊接零件即成为一个逐渐，并实现40％的降本和10％的减重。考虑一体压铸技术带来显著地降本和减重。因此，压铸机在一体压铸技术下有望成为核心造车装备。而大吨位压铸机模板，将会成为其核心部件。
现有铸造技术中，铁水球化孕育技术是常用的技术。而铁水球化孕育以及铁水的其它工艺参数的设计，对铸件成品有着极其重要的影响。以较为典型的使用“三明治”式装包球化为例，将NY6-0.3球化剂、Elkem(硫/氧孕育剂)、Bi孕育剂依次加入铁水包内，用于生产陶瓷压机产品的铸件(金相图如图1所示)和风电类产品的铸件(金相图如图2所示)。两种铸件的铁水有效成分有所不同，采用以上冲包方法制成铸件中，存在缺陷主要有：
图1：铸件本体套样长度600mm，在芯部存在大面积碎块状石墨；
图2：铸件本体套样长度170mm，从100mm的位置局部出现碎块石墨，并且随壁厚的增加碎块状石墨面积增加。
发明内容
本发明提出一种大吨位压铸机模板铸件的新铸造方法，本方法中，通过对球化剂、孕育剂的成分设计，辅以恰当的原料成分，以及工艺参数的制定，使制成铸件的模板铸件心部位置异型石墨缺陷基本消除。
本发明具体为：一种大吨位压铸机模板铸件的铸造方法，步骤包括：1)模型制造；2)铁水熔炼；3)浇铸；4)落砂、清理和检验，得到铸件；
所述步骤2)中包括步骤：201)配料；202)投料；203)熔化；204)熔化后搅拌、扒渣；205)预分析取样；206)加合金调整成分，搅拌；207)球化；208) 静置；209)导炉铸造；
步骤201)中，原料成分的质量百分数为：生铁30％～40％、废钢30％～50％余量为矢量调节合金；
步骤206)中，根据步骤205)的分析结果采用添加矢量调节合金来调节铁水的成分，使铁水成分的质量百分数为：碳3.60～3.80％、硅1.50～1.60％、锰0.18％↓、硫0.018％↓％、磷0.04％↓，余量为铁；
步骤207)中，出铁球化前，在铁水包内采用“三明治”式装包，即把球化剂、接种剂、孕育剂依次加入铁水包内；
然后，采用冲入法把铁水冲入铁水包进行球化处理；
控制球化反应时间80～100秒；
球化剂用量为每吨铁水加入球化剂的质量百分比为0.95～1.05％；
接种剂用量为每吨铁水加入球化剂的质量百分比为0.25～0.30％；
孕育剂用量为每吨铁水加入球化剂的质量百分比为0.20～0.25％。
球化剂、接种剂、孕育剂中各个成分的质量百分比为如下，其中余量为Fe。
步骤208)中，静置保温时间是3～5分钟；
铁水的出炉温度控制在1490～1510℃；铁水的浇铸温度的末温控制在1330～1350℃；浇铸历时不大于1分钟。
上述“↓”表示“以下”，“↑”表示“以上”。
对于较优的铁水成分，本发明通过控制球化剂、接种剂、孕育剂的配方和用量，尤其是Bi元素、Ba元素和Sb元素含量来改善铸件质量。
在试制中总结的较优方案为：
球化剂、接种剂、孕育剂中各个成分的质量百分比为如下，其中余量为Fe：
控制球化反应时间93秒；
球化剂用量为每吨铁水加入球化剂的质量百分比1.03％；
接种剂用量为每吨铁水加入球化剂的质量百分比为0.27％；
孕育剂用量为每吨铁水加入球化剂的质量百分比为0.23％。
经试验验证，本方法尤其是优选方案制成的大吨位压铸机模板铸件，其金相图中没有发现存在大面积碎块状石墨，芯部石墨的圆整度比较好，也未发现有开花石墨。
附图说明
图1是现有技术制成陶瓷机产品的铸件的金相图；
图2是现有技术制成风电类产品的铸件的金相图；
图3a和图3b分别是三明治试验1的正常金相和异常金相；
图4a和图4b分别是三明治试验2的正常金相和异常金相；
图5a和图5b分别是三明治试验3的正常金相和异常金相；
图6a和图6b分别是三明治试验4-1的正常金相和异常金相；
图7a和图7b分别是三明治试验4-2的正常金相和异常金相；
图8是实验结果比较示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明中球化剂、接种剂以及孕育剂对铸件产品的影响进行分析和说明。如下实施例中，铁水的成分以及温度、时间等工艺控制参数相同，仅球化剂、接种剂以及孕育剂的成分有所不同。
在生产实践中，生产工艺参数的精细调整和控制对提升铸件产品的质量有限，而为了获得更优化的铸件，还需要对球化剂、接种剂以及孕育剂进行设计，可以付出较少的研发成本带来较高质量收益。
本具体实施方式中，使用的球化剂、接种剂以及孕育剂对主要成分(质量百分比)如下表。
其中，余量是Fe。
依照本技术方案进行如下实验：
1、试样参数
为验证球化等处理方式及各种微量元素对石墨形核及球化衰退的影响，制作400mm×400mm×400mm试块，并在试块芯部进行本体套样。
为了使实验具有一致性，且便于分析评价，试块的制作工艺参数相同，仅球化剂、接种剂以及孕育剂的成分有区别。限于篇幅，本部分仅从多次试验中摘选了较为典型以及较优的球化剂、接种剂以及孕育剂的具体配方组分以及用量。
试块的制造步骤包括：1)模型制造；2)铁水熔炼；3)浇铸；4)落砂、清理和检验。
所述步骤2)中包括步骤：201)配料；202)投料；203)熔化；204)熔化后搅拌、扒渣；205)预分析取样；206)加合金调整成分，搅拌；207)球化；208) 静置；209)导炉铸造；
本例中步骤201)中，原料成分的质量百分数为：生铁30％～40％、低锰钢 30％～50％余量为矢量调节合金；
步骤206)中，根据步骤205)的分析结果采用添加矢量调节合金来调节铁水的成分，使铁水成分的质量百分数为：碳3.60～3.80％、硅1.50～1.60％、锰0.18％↓、硫0.018％↓、磷0.04％↓，余量为铁；
以上步骤中，本例采用同一炉的铁水分别冲入装有不同配方球化剂、接种剂和孕育剂的铁水包。
在现有的可生产化的熔炼控制手段下，铁水成分可控制在如上较为精准的范围内。经试验以及分析，在此范围内对铸件的质量影响并不明显。
步骤207)中，出铁球化前，在铁水包内采用“三明治”式装包，即把球化剂、接种剂、孕育剂依次加入铁水包内；
然后，采用冲入法把铁水冲入铁水包进行球化处理；
控制球化反应时间80～100秒；
经推算和验证：球化剂用量为每吨铁水加入球化剂的质量百分比为0.95～1.05％；接种剂用量为每吨铁水加入球化剂的质量百分比为0.25～0.30％；孕育剂用量为每吨铁水加入球化剂的质量百分比为0.20～0.25％。
以下实验中，控制球化反应时间93秒；球化剂用量为每吨铁水加入球化剂的质量百分比1.03％；接种剂用量为每吨铁水加入球化剂的质量百分比为0.27％；孕育剂用量为每吨铁水加入球化剂的质量百分比为0.23％。
2、试验：
2.1)三明治试验1
采用第一球化剂+第一接种剂+第二孕育剂。
正常金相如图3a，异常金相如图3b。
试验1说明：
本试验采用第二孕育剂(添加Sb，降低Bi元素)，石墨数量减少，但是石墨圆整度增加，在试样芯部(230～340mm)存在碎块状石墨。
2.2)三明治试验2
采用第二球化剂+第一接种剂+第一孕育剂。
正常金相如图4a，异常金相如图4b。
试验2说明：
对比三明治试验1采用第一球化剂及含Bi孕育剂，三明治试验2采用第二球化剂及第一孕育剂，在芯部没有发现存在大面积碎块状石墨，有少量石墨圆整度不好，存在开花石墨，成分差异主要是Ca、Re、Bi元素以及含量。
2.3)三明治试验3
采用第二球化剂+第一接种剂+第一孕育剂以及含Bi孕育剂。
正常金相如图5a，异常金相如图5b。
试验3说明：
对比三明治试验2，三明治试验3还使用含Bi孕育剂，在芯部(60～340mm) 发现存在大面积碎块状石墨，结合三明治试验1和三明治试验2结果，说明Bi 元素对于厚大铸件会导致碎块状石墨产生.
2.4)三明治试验4-1
采用第二球化剂+第二接种剂+第一孕育剂
正常金相如图6a，异常金相如图6b。
试验4-1(不含Bi)说明：
采用第二接种剂，同样没有发现存在大面积碎块状石墨。对比试验2，芯部石墨的圆整度比较好，也未发现有开花石墨，成分差异Ba元素,说明Ba对于抵御末期石墨球化衰退有一定作用。
2.5)三明治试验4-2
采用第二球化剂+第二接种剂+第一孕育剂以及含Bi孕育剂
正常金相如图7a，异常金相如图7b。
试验4-2(含Bi)说明：
对比试验4-1，浇注一模2个400×400×400试样，在铁水化学成分相同的条件下，1个试块增加含Bi孕育块，在30mm位置开始出现面积型碎块状石墨；
结合试验4-1及试验2、试验3，充分论证了，Bi元素能导致碎块状石墨产生，随着含量增加，严重程度增加。
3、试验总结
三明治结论：
1、Bi元素：增加石墨数量，厚、大断面位置易产生碎块状石墨影响基体性能，需结合冷铁使用，当T＞120mm，依然存在碎块状石墨；
2、Ba元素：对于厚、大断面，抵御末期石墨衰退有一定作用；
3、Sb元素：可增加石墨数量及提高圆整度。
例4-1的球化剂、接种剂以及孕育剂，对铸件质量的提升最优。
Claims (3)
1.一种大吨位压铸机模板铸件的铸造方法，步骤包括：1)模型制造；2)铁水熔炼；3)浇铸；4)落砂、清理和检验，得到铸件；
所述步骤2)中包括步骤：201)配料；202)投料；203)熔化；204)熔化后搅拌、扒渣；205)预分析取样；206)加合金调整成分，搅拌；207)球化；208)静置；209)导炉铸造；
其特征是
步骤201)中，原料成分的质量百分数为：生铁30％～40％、废钢30％～50％余量为矢量调节合金；
步骤206)中，根据步骤205)的分析结果采用添加矢量调节合金来调节铁水的成分，使铁水成分的质量百分数为：碳3.60～3.80％、硅1.50～1.60％、锰0.18％↓、硫0.018％↓％、磷0.04％↓，余量为铁；
步骤207)中，出铁球化前，在铁水包内采用“三明治”式装包，即把球化剂、接种剂、孕育剂依次加入铁水包内；
然后，采用冲入法把铁水冲入铁水包进行球化处理；
控制球化反应时间80～100秒；
球化剂用量为每吨铁水加入球化剂的质量百分比为0.95～1.05％；
接种剂用量为每吨铁水加入球化剂的质量百分比为0.25～0.30％；
孕育剂用量为每吨铁水加入球化剂的质量百分比为0.20～0.25％；
球化剂、接种剂、孕育剂中各个成分的质量百分比为如下，其中余量为Fe；
步骤208)中，静置保温时间是3～5分钟；
铁水的出炉温度控制在1490～1510℃；铁水的浇铸温度的末温控制在1330～1350℃；浇铸历时不大于1分钟；
上述“↓”表示“以下”，“↑”表示“以上”。
2.根据权利要求1所述的大吨位压铸机模板铸件的铸造方法，其特征是所述步骤207)中，球化剂、接种剂、孕育剂中各个成分的质量百分比为如下，其中余量为Fe：
3.根据权利要求1所述的大吨位压铸机模板铸件的铸造方法，其特征是所述步骤207)中，
控制球化反应时间93秒；
球化剂用量为每吨铁水加入球化剂的质量百分比1.03％；
接种剂用量为每吨铁水加入球化剂的质量百分比为0.27％；
孕育剂用量为每吨铁水加入球化剂的质量百分比为0.23％。
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| CN102094147A (zh) * | 2011-03-24 | 2011-06-15 | 河北工业大学 | 一种低温球墨铸铁生产的控制方法 |
| WO2013051698A1 (ja) * | 2011-10-07 | 2013-04-11 | 曙ブレーキ工業株式会社 | 球状黒鉛鋳鉄の製造方法、および、該球状黒鉛鋳鉄を用いた車両用部品 |
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Non-Patent Citations (1)
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| 高Si球墨铸铁磨煤机摇臂的生产工艺;陈建国;王小伟;王国华;;现代铸铁;20180225(01);全文 * |
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