CN115478207A

CN115478207A - 一种灰铸铁四片活塞环铸造方法

Info

Publication number: CN115478207A
Application number: CN202210994385.2A
Authority: CN
Inventors: 管桦; 卢晋平; 杨路
Original assignee: Nanjing Feiyan Piston Ring Co ltd
Current assignee: Nanjing Feiyan Piston Ring Co ltd
Priority date: 2022-08-18
Filing date: 2022-08-18
Publication date: 2022-12-16

Abstract

本发明公开了一种灰铸铁四片活塞环铸造方法，制备活塞环的灰铸铁由以下组分组成：3.3～3.5％C，2.3～2.7％Si，0.6～1.0％Mn，0.3～0.4％P，0.25～0.35％Cr，0.4～0.6％Cu，0.05～0.15％V，S≤0.10％，余量为Fe。通过本发明方法制备的有效产品更多，降低能耗，且制备的活塞环性能稳定，符合质量要求。

Description

一种灰铸铁四片活塞环铸造方法

技术领域

本发明涉及一种活塞环铸造方法，特别涉及一种灰铸铁四片活塞环铸造方法。

背景技术

活塞环厂灰铸铁均采用单体双片铸造工艺，单体双片的定义是一只铸造毛坯通过切片可以变成两个单片。双片工艺如下：灰铸铁的化学成分为：3.2～3.7％C，2.2～2.9％Si，0.5～1.0％Mn，0.3～0.45％P，0.15～0.35％Cr，0.3～0.6％Cu，S≤0.1％；出水温度：1540℃-1590℃,环模的拔模斜度内圆为1.5°，外圆为1°。该工艺经过10多年的发展，铸造出来的产品的机械性能、硬度以及加工性能稳定，双片切片:如图1和图2所示，双片切片为一个毛坯被切割成两片，使用的是焊接刀(焊接刀材料为高锰钢，刀较厚，需要工人手工磨，尺寸难把控)，一般中间刀厚2.1～2.2mm，两边刀厚2.6mm以上，且两边刀装夹成1度的角度安装。双片刀组少，切片阻力小，切片尺寸偏差影响较小，设备动力要求也小(电机约1.1KW)。

但是随着先进的铸造设备投入使用，单体双片铸造已无法满足产量的需求。在现有设备基础上，为了能够增加生产效率，降低能耗，开发出与单体双片铸造产品性能相同的四片铸造工艺迫在眉睫，单体四片铸造的定义是一只铸造毛坯通过切片可以变成四个单片。如图3所示，图3以六片环布置为例，四片与双片布置形式一致，四片切片：如图4和图5所示，四片切片为一个毛坯被切割成四片，使用的是成型刀(成型刀材料为高锰钢，刀具尺寸已经机械加工到位，无需磨刀)，所有刀厚为1.9～2.0mm，使用专用四片刀夹装夹，保证刀具排布之间的误差，确保切片尺寸。四片刀组多，阻力大，刀容易跑偏，所以切片难度更大，设备动力要求也更大(电机约1.5KW)。目前国内欠缺成熟稳定的四片铸造工艺，主要问题集中在：(1)由于四片铸造横截面大，切片后同一片环的硬度散差较大；(2)四片铸造产品高度是双片的2倍，造型起模更难，造型废品率会变高；(3)四片铸造上下两片与中间两片，采用同一种仿形工艺后的弹力差较大。

发明内容

发明目的：为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种灰铸铁四片活塞环铸造方法。通过本发明方法制备的有效产品更多，降低能耗，且制备的活塞环性能稳定，符合质量要求。

技术方案：本发明所述的一种灰铸铁四片活塞环铸造方法，所述灰铸铁由以下组分组成：3.3～3.5％C，2.3～2.7％Si，0.6～1.0％Mn，0.3～0.4％P，0.25～0.35％Cr，0.4～0.6％Cu，0.05～0.15％V，S≤0.10％，余量为Fe。

作为本发明的一种优选实施方式，所述灰铸铁由以下组分组成：3.41％C，2.57％Si，0.755％Mn，0.372％P，0.303％Cr，0.517％Cu，0.109％V，0.031％S，余量为Fe。

本发明的灰铸铁组分中增加了V元素，保证了材料的硬度，且该方案的综合成本最优。

作为本发明的一种优选实施方式，环模的拔模斜度为：内圆斜度为2°，外圆斜度为1°。相较于双片的环模内圆1.5°，外圆1°的设置，本发明的环模成品率更高。

作为本发明的一种优选实施方式，出水温度为1545℃～1555℃。

作为本发明的一种优选实施方式，孕育剂加入量为0.3％。

作为本发明的一种具体实施方式，所述的孕育剂为硅鍶孕育剂，占灰铸铁总质量的0.3％。

硅鍶孕育剂的化学成分(％)如下表所示：

种类

Si

Ca

Ba

Al

Sr

粒度

硅锶

72～78

≤0.1

/

≤0.3

0.8～1.2

3～6mm≥95％

作为本发明的一种优选实施方式，所述灰铸铁的制备原料由质量比为7～9:2～4:19～21:0.6～0.7的生铁、废钢、回炉料以及合金组成。

作为本发明的一种优选实施方式，所述灰铸铁的制备原料由质量比为7.3～8.7:2.3～3.7:19.3～20.7:0.63～0.64的生铁、废钢、回炉料以及合金组成。

作为本发明的一种优选实施方式，所述灰铸铁的制备原料为：73～87质量份的生铁Q10、23～37质量份的废钢、193～207质量份的回炉料以及6.3～6.4质量份的合金。

作为本发明的一种优选实施方式，所述合金由质量比为20:22.5:8:2:8:3的P铁、Mn铁、Cr铁、S铁、Cu以及V铁组成。

P铁中，P的质量占比为24％；Mn铁中，Mn的质量占比为65％；Cr铁中，Cr的质量占比为55％；S铁中，S的质量占比为20％；V铁中，V的质量占比为51％。

本发明中，废钢的为1级废钢，其具体组分为(％)：

作为本发明的一种优选实施方式，制备砂模的型砂的性能参数为：透气性:80～150，湿压强度：0.15～0.2MPa，水份：2.6～3.8％，紧实率：30～45％。

本发明选用的型砂较双片的加工要求(双片的湿压强度为0.1～0.2MPa)，砂性能的湿压强度控制范围更窄。

作为本发明的一种优选实施方式，制备砂模的型砂的性能参数为：透气性:110，湿压强度：0.175MPa，水份：2.83％，紧实率：39％。

除非另有说明，本发明中的“％”为质量百分比。

有益效果：(1)铁水利用率由57％提高至70～80％，意味着熔炼一炉铁水，产生的有效产品更多，减低能耗；(2)生产相同片数的单片产品，造型数减少一半，从而节省了能耗和提高了人工效率；(3)一个四片毛坯可以切割成四片，减少了设备的投入，降低了制造成本。

附图说明

图1为现有技术活塞环双片切片示截面意图；

图2为现有技术双片毛坯截面示意图；

图3为现有技术中环模布置结构示意图，图中，序号01表示环样，序号02表示浇道；

图4为四片切片截面示意图；

图5为四片毛坯截面示意图；

图6为本发明方案①的铸铁的心部石墨形态；

图7为本发明方案②的铸铁的心部石墨形态；

图8为本发明方案③的铸铁的心部石墨形态；

图9为本发明制备的产品浇注成环模毛坯的浇注叠型示意图；

图10为本发明灰铸铁的制备工艺流程图。

具体实施方式

实施例1：为了解决现有技术中的问题，本实施例设计了3个方案，模具设计、型砂性能、炉料配比、孕育剂加入量、出水温度，每个方案均一致：(1)用于铸造四片活塞环的环模的拔模斜度为：内圆2°，外圆1°；(2)用于铸模的型砂的性能为：透气性110，湿压强度：0.175MPa，水份：2.83％，紧实率：39％；(4)炉料配比：生铁Q10二类：807kg，废钢(1级)353kg，回炉料：2041kg、合金：P铁20kg，Mn铁22.5Kg，Cr铁8Kg，S铁2Kg，Cu 8Kg，V铁3Kg；(5)孕育剂：占浇注包内铁水质量的0.3％；(6)出水温度：1555℃。具体的制备方法为：配料：生铁、废钢、回炉料(为浇注系统清理后的材料)、合金按照工艺要求称重。熔炼工艺：①电炉底部加入石灰石(3Kg)；②原材料投入(生铁、废钢、回炉料)；③溶解三分之一后加合金；④浇注包预热至900℃；⑤投入剩余原材料；⑥浇注炉前光谱样(1500℃±10℃)；⑦依据光谱样测定结果，对化学成分进行2次调整(化学成分检验：光谱仪检验铁水浇注的光谱样化学成分)；⑧三角试样；⑨溶解情况确认；⑩到温1555℃出铁水。

本实施例中采用的三个方案的成分如表1所示。

表1本实施例中三个方案的产品组分

砂模加工：造型：造型机上装上专用模具后，放入型砂压制出砂模；浇注：铁水通过浇注系统浇入模型内；金相检验：根据内部材料标准，检验毛坯截面的微观组织；落砂：把毛坯和浇注系统从砂型中取出，接着把毛坯和浇注系统(回炉料)分离；毛坯和回炉料清理：将毛坯和回炉料分别倒入清理设备中清除剩余粘砂；毛坯分选：剔除不合格毛坯，如断环、崩缺环等；切片：发切片厂，使用切片机使得一个毛坯切割成四片；环模制作；环样：加工中心根据环模参数加工，以一个6根头产品参数为例，加工后的活塞环的参数如表2所示：

表2环模结构参数

表3方案①的炉后成分

C

Si

Mn

P

S

Cr

Cu

V

3.23％

2.51％

0.732％

0.354％

0.021％

0.311％

0.521％

0.11％

表4方案①制备的四片产品的性能测试结果

如图6所示，方案①熔炼得到的产品心部石墨形态为：B型、细小A型+D、E型，此外，从表4的结果可以看出，方案①的产品性能超上限。

表5方案②的炉后成分

C

Si

Mn

P

S

Cr

Cu

V

3.41％

2.57％

0.755％

0.372％

0.021％

0.303％

0.517

0.109

表6方案②制备的四片产品的性能测试结果

如图7所示，方案②熔炼得到的产品心部石墨形态为：B型+A型，从表6的结果可以看出，方案②的产品性能符合本发明的产品性能要求。

表7方案③的炉后成分

C

Si

Mn

P

S

Cr

Cu

V

3.59％

2.49％

0.778％

0.369％

0.024％

0.312％

0.504

0.121

表8方案③制备的四片产品的性能测试结果

如图8所示，方案③心部石墨形态：心部石墨组织为较粗大的A型石墨。从表8的结果可以看出，方案③硬度出现不合格情况，且性能偏于下限。

通过上述三个工艺的试验，确定了方案②工艺合适，再次使用方案②进行了多次试验，产品性能结果均符合要求。

最终，本发明选用的产品的化学成分(炉后)为：3.41％C，2.57％Si，0.755％Mn，0.372％P，0.303％Cr，0.517％Cu，0.109％V，0.031％S，余量为Fe。

应用例：以某一品种为例，此品种环模为7片，双片实际称重0.11Kg/片，转四片后实际称重0.21Kg/片，浇道重量11Kg，共19层有产品。

计算如下：四片铁水利用率：0.21×7×19/(0.21×7×19+11)＝71.74％；双片铁水利用率：0.11×7×19/(0.11×7×19+11)＝57.08％。

Claims

1.一种灰铸铁四片活塞环铸造方法，其特征在于，所述灰铸铁由以下组分组成：3.3～3.5％C，2.3～2.7％Si，0.6～1.0％Mn，0.3～0.4％P，0.25～0.35％Cr，0.4～0.6％Cu，0.05～0.15％V，S≤0.10％，余量为Fe。

2.根据权利要求1所述的灰铸铁四片活塞环铸造方法，其特征在于，所述灰铸铁由以下组分组成：3.41％C，2.57％Si，0.755％Mn，0.372％P，0.303％Cr，0.517％Cu，0.109％V，0.031％S，余量为Fe。

3.根据权利要求1所述的灰铸铁四片活塞环铸造方法，其特征在于，环模的拔模斜度为：内圆斜度为2°，外圆斜度为1°。

4.根据权利要求1所述的灰铸铁四片活塞环铸造方法，其特征在于，出水温度为1545℃～1555℃。

5.根据权利要求1所述的灰铸铁四片活塞环铸造方法，其特征在于，孕育剂加入量为0.3％。

6.根据权利要求1所述的灰铸铁四片活塞环铸造方法，其特征在于，所述灰铸铁的制备原料由质量比为7～9:2～4:19～21:0.6～0.7的生铁、废钢、回炉料以及合金组成。

7.根据权利要求6所述的灰铸铁四片活塞环铸造方法，其特征在于，所述灰铸铁的制备原料由质量比为7.3～8.7:2.3～3.7:19.3～20.7:0.63～0.64的生铁、废钢、回炉料以及合金组成。

8.根据权利要求7所述的灰铸铁四片活塞环铸造方法，其特征在于，所述合金由质量比为20:22.5:8:2:8:3的P铁、Mn铁、Cr铁、S铁、Cu以及V铁组成。

9.根据权利要求1所述的灰铸铁四片活塞环铸造方法，其特征在于，制备砂模的型砂的性能参数为：透气性:80～150，湿压强度：0.15～0.2MPa，水份：2.6～3.8％，紧实率：30～45％。

10.根据权利要求8所述的灰铸铁四片活塞环铸造方法，其特征在于，制备砂模的型砂的性能参数为：透气性:110，湿压强度：0.175MPa，水份：2.83％，紧实率：39％。