CN115161539A - 一种等温淬火球墨铸铁行星架毛坯及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种等温淬火球墨铸铁行星架毛坯制备工艺。本发明的等温淬火球墨铸铁行星架毛坯按重量百分比计包括：C 3.6%‑3.80%，Si 2.20%‑2.30%，Mn 0.25%‑0.35%，Mg 0.035%‑0.050%，P≤0.035%，S≤0.015%，Ni 1.5%‑2.0%，Cu 0.8%‑0.9%，Mo 0.2%‑0.25%，余量为铁及不可避免的杂质。制备时选用优质生铁、废钢，电炉熔化铁水并控制碳硅和铜、镍、钼合金含量，Ni、Mo、Cu加在熔化炉中，便于熔化；球化包中加入一定量的增碳剂、球化剂、孕育剂进行铁水处理，球化效果好。本发明制备方法简单，制备得到的等温淬火球墨铸铁行星架毛坯的抗拉强度、屈服强度和延伸率达到并超过了要求值，为后续的等温淬火提供了优质的毛坯。
Description
技术领域
本发明属于等温淬火球墨铸铁制备技术领域，具体涉及一种等温淬火球墨铸铁行星架毛坯及其制备工艺。
背景技术
等温淬火球墨铸铁(Austempered Ductile Iron，简称ADI)具有较高的综合力学性能，如以屈服强度成本计算，其成本最低；还具有密度比钢低，断口敏感性小，吸音性能好、吸震性能好等优点，国内许多工业机械部件选用的铸件材料要求也越来越高。现已有SEW等知名的工业传动制造企业采用等温淬火球墨铸铁行星架作为关键部件。为了保证获得满足要求的等温淬火球墨铸铁，首先要铸造出成分合格的毛坯件。一般是通过加入不同的合金增加淬透性，但是如何在保证淬透性的前提下，尽可能降低这些合金元素的使用量，降低生产成本，是铸造厂要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是在于克服现有技术中存在的不足，提供一种等温淬火球墨铸铁行星架毛坯及其制备工艺。本发明通过选用优质的生铁、废钢原材料，电炉熔化铁水并控制碳硅和铜、镍、钼合金含量，Ni、Mo、Cu加在熔化炉中，便于熔化，球化包中加入一定量的增碳剂、球化剂、孕育剂进行铁水处理，球化效果好，经过预处理、球化孕育处理，获得的等温淬火球墨铸铁行星架毛坯满足：抗拉强度≥820MPa，屈服强度≥600MPa，延伸率≥4.0％，硬度为280-310HB，球化率≥90％。
为实现以上技术目的，本发明实施例采用的技术方案是：
第一方面，本发明实施例提供了一种等温淬火球墨铸铁行星架毛坯，按重量百分比计，包括以下组分：C 3.6％-3.80％，Si 2.20％-2.30％，Mn 0.25％-0.35％，Mg0.035％-0.050％，P≤0.035％，S≤0.015％，Ni 1.5％-2.0％，Cu 0.8％-0.9％，Mo 0.2％-0.25％，余量为铁及不可避免的杂质。
第二方面，本发明实施例提供了一种等温淬火球墨铸铁行星架毛坯的制备工艺，包括如下步骤：
(1)原料选择：按重量份数计，选取30-60份生铁、30-50份废钢打包成型，10-30份回炉料，通过电炉升温至1430-1480℃直至原料全部熔化为铁水，调整铁水中的C、Si、Mn、P及S的含量，并称取所需量的Ni、Cu和Mo加入到铁水中，升温至1500-1520℃，保温5分钟；
(2)球化包中原料的配制：在球化包内放入球化剂，球化剂的加入量为铁水重量的1.0％-1.2％，紧实；球化剂上面均匀覆盖铁水质量0.4％-0.5％的孕育剂，紧实；再均匀覆盖铁水重量0.4-0.5％的废钢片，紧实；
(3)铁水球化孕育处理：吊运球化包至电炉口，电炉铁水冲入步骤(2)球化包中球化剂对面的坑内，等到出铁水达到球化包容量1/2-1/3时，将预先称量好的增碳剂分批倒入球化包中，球化反应温度为1450-1470℃，铁水预处理、球化反应时间为120-160s，反应完毕后扒渣准备浇注；优选地，增碳剂的添加量为铁水质量的0.2％；
(4)随流孕育处理：将随流孕育剂放置在随流孕育斗中，铁水浇注时，同时打开随流孕育装置开始随流孕育处理，即得产品毛坯。优选地，随流孕育剂的添加量为球化包内铁水重量的0.15％；
进一步地，按重量百分比计，所述球化剂包括以下组分：稀土0.35％-0.65％，Mg5.0％-6.0％，Si 44.0％-48.0％，Ca 0.8％-1.2％，余量为铁及不可避免的杂质。
进一步地，按重量百分比计，所述孕育剂包括以下组分：Si 70.0％-78.0％，Ca1.0％-2.0％，Ba 2.0％-4.0％，余量为铁及不可避免的杂质。
进一步地，按重量百分比计，所述增碳剂包括以下组分：固定碳≥99.0％，氮≤0.02％，硫≤0.03％，水分≤0.1％。
进一步地，按重量百分比计，步骤(1)所述生铁中磷含量≤0.035％、硫含量≤0.020％。
进一步地，按重量百分比计，步骤(1)中的废钢和步骤(2)中的废钢片中锰含量≤0.15％，磷含量≤0.030％，硫含量≤0.020％。
进一步地，按重量百分比计，所述随流孕育剂包括以下组分：Si70.0％-78.0％，Ca1.0％-2.0％，Ba 2.0％-4.0％，余量为铁及不可避免的杂质。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：
本发明制备方法简单，步骤易于操作，适用于制备等温淬火球墨铸铁行星架毛坯，在制备过程中通过加入适当的锰、铜、镍、钼合金，合理匹配成分，在保证后续热处理淬透性的前提下，尽可能降低这些合金元素的使用量，降低生产成本，制备得到的等温淬火球墨铸铁行星架毛坯经过后续的等温淬火热处理之后，抗拉强度≥820MPa，屈服强度≥600MPa，延伸率≥4.0％，硬度为280-310HB，球化率≥90％。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种等温淬火球墨铸铁行星架毛坯，按重量百分比计，包含如下组分：C 3.75％、Si 2.27％、Mn 0.31％、Mg 0.043％、P 0.027％、S 0.009％、Ni 1.51％、Cu 0.81％、Mo0.20％，余量为铁及不可避免的杂质。
上述等温淬火球墨铸铁行星架毛坯的制备工艺，包含如下步骤：
(1)原料选择：按重量份数计，选取35份磷含量0.027％、硫含量0.012％的生铁、35份锰含量0.065％、磷含量0.027％、硫含量0.016％的废钢，然后打包成型，30份球墨铸铁回炉料，通过电炉升温至1450℃直至原料全部熔化为铁水，调整铁水中C、Si、Mn、P及S的含量，并称取所需量的1.52％Ni、0.80％Cu和0.20％Mo加入到铁水中，升温至1500℃，保温5分钟；
(2)球化包中原料的配制：以步骤(1)所得铁水质量计，在球化包内放入铁水重量1.1％的球化剂，紧实；球化剂上面均匀覆盖铁水重量0.4％的低钡孕育剂，紧实；低钡孕育剂上均匀覆盖铁水重量0.4％的废钢片，紧实；
(3)铁水球化孕育处理：吊运球化包至电炉口，电炉铁水冲入步骤(2)球化包中球化剂对面的坑内，等到出铁水达到球化包容量1/2时，将预先称量好的铁水质量0.2％增碳剂分批倒入球化包中，球化反应温度为1450℃，铁水预处理、球化反应时间为133s，反应完毕后扒渣准备浇注；
(4)随流孕育处理：将球化包内铁水重量0.15％的随流孕育剂放置在随流孕育斗中，铁水浇注时，同时打开随流孕育装置开始随流孕育处理，即得产品毛坯。
按重量百分比计，球化剂的组成为：稀土元素(镧：铈＝1:1)0.61％，Mg 5.81％，Si46.0％，Ca 0.9％，余量为铁及不可避免的杂质。
按重量百分比计，孕育剂的组成为：Si 72.0％，Ca 2.0％，Ba 2.0％，余量为铁及不可避免的杂质。
按重量百分比计，增碳剂包括以下组分：固定碳99.9％，氮0.0016％，硫0.018％，水分0.02％。
按重量百分比计，随流孕育剂的组成为：Si 72.0％，Ca 1.7％，Ba 2.0％，余量为铁及不可避免的杂质。
行星架毛坯经过等温淬火热处理后进行性能检测，性能测试结果如表1所示。
实施例2
一种等温淬火球墨铸铁行星架毛坯，按重量百分比计，包含如下组分：C 3.76％，Si 2.28％，Mn 0.30％，Mg 0.045％，P 0.028％，S 0.008％，Ni 1.98％，Cu 0.89％，Mo0.25％，余量为铁及不可避免的杂质。
上述等温淬火球墨铸铁行星架毛坯的制备工艺，包含如下步骤：
(1)原料选择：按重量份计，选取35份磷含量0.027％、硫含量0.012％的生铁、35份锰含量0.065％、磷含量0.027％、硫含量0.016％的废钢，然后打包成型，30份球墨铸铁回炉料，通过电炉升温至1450℃直至原料全部熔化为铁水，调整铁水中C、Si、Mn、P及S的含量，并称取所需量的2.0％Ni、0.90％Cu和0.25％Mo加入到铁水中，升温至1520℃，保温5分钟；
(2)球化包中原料的配置：以步骤(1)所得铁水质量计，在球化包内放入铁水重量1.1％的球化剂，紧实；球化剂上面均匀覆盖铁水重量0.5％的低钡孕育剂，紧实；再均匀覆盖铁水重量0.5％的废钢片，紧实；
(3)铁水球化孕育处理：吊运球化包至电炉口，电炉铁水冲入步骤(2)球化包中球化剂对面的坑内，等到出铁水达到球化包容量1/3时，将预先称量好的0.2％的增碳剂分批倒入球化包中，球化反应温度为1470℃，铁水预处理、球化反应时间为145s，反应完毕后扒渣准备浇注；
(4)随流孕育处理：将球化包内铁水重量0.15％的随流孕育剂放置在随流孕育斗中，铁水浇注时，同时打开随流孕育装置开始随流孕育处理，即得产品毛坯。
按重量百分比计，球化剂的组成为：稀土元素(镧：铈＝1.1)0.61％，Mg 5.81％，Si46.0％，Ca 0.9％，余量为铁及不可避免的杂质。
按重量百分比计，孕育剂的组成为：Si 72.0％，Ca 2.0％，Ba 2.0％，余量为铁及不可避免的杂质。
按重量百分比计，增碳剂包括以下组分：固定碳99.9％，氮0.0016％，硫0.018％，水分0.02％。
按重量百分比计，随流孕育剂的组成为：Si 72.0％，Ca 1.7％，Ba 2.0％，余量为铁及不可避免的杂质。
行星架毛坯经过等温淬火热处理后进行性能检测，性能测试结果如表1所示。
对比例1
一种等温淬火球墨铸铁行星架毛坯，按重量百分比计，包括以下组分：C 3.77％，Si 2.28％，Mn 0.29％，Mg 0.044％，P 0.028％，S 0.007％，Ni 1.01％，Cu 0.69％，Mo0.15％，余量为铁及不可避免的杂质。
上述等温淬火球墨铸铁行星架毛坯的制备工艺，包含如下步骤：
(1)原料选择：按重量份计，选取35份磷含量0.027％、硫含量0.012％的生铁、35份锰含量0.065％、磷含量0.027％、硫含量0.016％的废钢，然后打包成型，30份球墨铸铁回炉料，并通过电炉熔化，加温至1450℃，至全部熔化成铁水，调整C、Si、Mn、P及S的含量，并称取电炉铁水重量1.0％的Ni、0.7％的Cu及0.15％的Mo加入到铁水中，升温度至1520℃，保温5分钟。
(2)球化包中原料的配置：以步骤(1)所得铁水质量计，在球化包内放入铁水重量1.1％的球化剂，紧实；球化剂上面均匀覆盖铁水重量0.5％的低钡孕育剂，紧实；再均匀覆盖铁水重量0.5％的废钢片，紧实；
(3)铁水球化孕育处理：吊运球化包至电炉口，电炉铁水冲入步骤(2)球化包中球化剂对面的坑内，等到出铁水达到球化包容量1/3时，将预先称量好的0.2％的增碳剂分批倒入球化包中，球化反应温度为1470℃，铁水预处理、球化反应时间为145s，反应完毕后扒渣准备浇注；
(4)随流孕育处理：将球化包内铁水重量0.15％的随流孕育剂放置在随流孕育斗中，铁水浇注时，同时打开随流孕育装置开始随流孕育处理，即得产品毛坯。
按重量百分比计，球化剂的组成为：稀土元素(镧：铈＝1:1)0.61％，Mg 5.81％，Si46.0％，Ca 0.9％，余量为铁及不可避免的杂质。
按重量百分比计，孕育剂的组成为：Si 72.0％，Ca 2.0％，Ba 2.0％，余量为铁及不可避免的杂质。
按重量百分比计，增碳剂包括以下组分：固定碳99.9％，氮0.0016％，硫0.018％，水分0.02％。
按重量百分比计，随流孕育剂组成为：Si 72.0％，Ca 1.7％，Ba 2.0％，余量为铁及不可避免的杂质。
行星架毛坯经过等温淬火热处理后进行性能检测，性能测试结果如表1所示。
对比例2
一种等温淬火球墨铸铁行星架毛坯，按重量百分比计，包括以下组分：C 3.77％，Si 2.28％，Mn 0.29％，Mg 0.044％，P 0.028％，S 0.007％，Ni 1.51％，Cu 0.80％，Mo0.20％，余量为铁及不可避免的杂质。
上述等温淬火球墨铸铁行星架毛坯的制备工艺，包含如下步骤：
(1)原料选择：按重量份计，选取35份磷含量0.027％、硫含量0.012％的生铁、35份锰含量0.065％、磷含量0.027％、硫含量0.016％的废钢，然后打包成型，30份球墨铸铁回炉料，并通过电炉熔化，加温至1450℃，至全部熔化成铁水，调整C、Si、Mn、P及S的含量，并称取电炉铁水重量1.5％的Ni、0.8％的Cu及0.20％的Mo加入到铁水中，升温度至1480℃，保温5分钟。
(2)球化包中原料的配置：以步骤(1)所得铁水质量计，在球化包内放入铁水重量1.1％的球化剂，紧实；球化剂上面均匀覆盖铁水重量0.5％的低钡孕育剂，紧实；再均匀覆盖铁水重量0.5％的废钢片，紧实；
(3)铁水球化孕育处理：吊运球化包至电炉口，电炉铁水冲入步骤(2)球化包中球化剂对面的坑内，球化反应温度为1450℃，铁水球化反应时间为139s，反应完毕后扒渣准备浇注；
(4)随流孕育处理：将球化包内铁水重量0.15％的随流孕育剂放置在随流孕育斗中，铁水浇注时，同时打开随流孕育装置开始随流孕育处理，即得产品毛坯。
按重量百分比计，球化剂包括以下组分：稀土元素(镧：铈＝1：1)0.61％，Mg5.81％，Si 46.0％，Ca 0.9％，余量为铁及不可避免的杂质。
按重量百分比计，孕育剂包括以下组分：Si 72.0％，Ca 2.0％，Ba 2.0％，余量为铁及不可避免的杂质。
按重量百分比计，随流孕育剂包括以下组分：Si 72.0％，Ca 1.7％，Ba 2.0％，余量为铁及不可避免的杂质。
行星架毛坯经过等温淬火热处理后进行性能检测，性能测试结果如表1所示。
实施例1-2、对比例1-2的毛坯和试块统一按照相同的等温淬火热处理工艺进行热处理，先在900℃保温5小时，然后迅速放入320℃盐浴中保温2小时，最后进行空冷处理。
表1实施例1-2和对比例1-2中的毛坯产品对应试块的性能比较
由表1可知，采用本发明制备方法的实施例1-2制备得到的等温淬火球墨铸铁行星架的抗拉强度分别达到985MPa和975MPa，抗拉强度均达到要求值，屈服强度分别达到725MPa和705MPa，均达到要求值，延伸率分别为6.5％和8.0％达到了要求值，实施例1-2的硬度及球化率均达到要求值的范围，而对比例1和对比例2中的抗拉强度和屈服强度均低于技术要求。由此可知，采用本发明方法能够制备出性能较优的等温淬火球墨铸铁行星架。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种等温淬火球墨铸铁行星架毛坯，其特征在于，按重量百分比计，包括以下组分：C3.6%-3.80%，Si 2.20%-2.30%，Mn 0.25%-0.35%，Mg 0.035%-0.050%，P≤0.035%，S≤0.015%，Ni 1.5%-2.0%，Cu 0.8%-0.9%，Mo 0.2%-0.25%，余量为铁及不可避免的杂质。
2.权利要求1所述的等温淬火球墨铸铁行星架毛坯的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
（1）原料选择：按重量份数计，选取30-60份生铁、30-50份废钢打包成型，10-30份回炉料，通过电炉升温至1430-1480℃直至原料全部熔化为铁水，调整铁水中的C、Si、Mn、P及S的含量，并称取所需量的Ni、Cu和Mo加入到铁水中，升温至1500-1520℃，保温5分钟；
（2）球化包中原料的配制：在球化包内放入球化剂，球化剂的加入量为铁水重量的1.0%-1.2%，紧实；球化剂上面均匀覆盖铁水质量0.4%~0.5%的孕育剂，紧实；再均匀覆盖铁水重量0.4-0.5%的废钢片，紧实；
（3）铁水球化孕育处理：吊运球化包至电炉口，电炉铁水冲入步骤（2）球化包中球化剂对面的坑内，等到出铁水达到球化包容量1/2-1/3时，将预先称量好的增碳剂分批倒入球化包中，球化反应温度为1450-1470℃，铁水预处理、球化反应时间为120-160s，反应完毕后扒渣准备浇注；
（4）随流孕育处理：将随流孕育剂放置在随流孕育斗中，铁水浇注时，同时打开随流孕育装置开始随流孕育处理，即得产品毛坯。
3.根据权利要求2所述的等温淬火球墨铸铁行星架毛坯的制备工艺，其特征在于，按重量百分比计，所述球化剂包括以下组分：稀土 0.35%-0.65%，Mg 5.0%-6.0%，Si 44.0%-48.0%，Ca 0.8%-1.2%，余量为铁及不可避免的杂质。
4.根据权利要求2所述的等温淬火球墨铸铁行星架毛坯的制备工艺，其特征在于，按重量百分比计，所述孕育剂包括以下组分：Si 70.0%-78.0%，Ca 1.0%-2.0%，Ba 2.0%-4.0%，余量为铁及不可避免的杂质。
5.根据权利要求2所述的等温淬火球墨铸铁行星架毛坯的制备工艺，其特征在于，按重量百分比计，所述增碳剂包括以下组分：固定碳≥99.0%，氮≤ 0.02%，硫≤0.03%，水分≤0.1%。
6.根据权利要求2所述的等温淬火球墨铸铁行星架毛坯的制备工艺，其特征在于，按重量百分比计，步骤（1）所述生铁中磷含量≤0.035%、硫含量≤0.020%。
7.根据权利要求2所述的等温淬火球墨铸铁行星架毛坯的制备工艺，其特征在于，按重量百分比计，步骤（1）中的废钢和步骤（2）中的废钢片中锰含量≤0.15%，磷含量≤0.030%，硫含量≤0.020%。
8.根据权利要求2所述的等温淬火球墨铸铁行星架毛坯的制备工艺，其特征在于，按重量百分比计，所述随流孕育剂包括以下组分：Si 70.0%-78.0%，Ca 1.0%-2.0%，Ba 2.0%-4.0%，余量为铁及不可避免的杂质。
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