CN116809858A - 一种球墨铸铁内热裂纹的防治方法 - Google Patents

一种球墨铸铁内热裂纹的防治方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种球墨铸铁内热裂纹的防治方法，包括：砂型造型、制芯‑刷涂料‑烘烤‑合箱，同步铁水熔炼‑浇注‑铸件冷却‑放平砂箱‑冷却‑开箱‑粗清打磨‑热处理‑细清；所述球墨铸铁的原铁水包括特定配比的化学成分；所述刷涂料具体为：砂型的下型芯座不刷涂料，放入砂芯后下半部分的间隙进行填砂处理，上半部分芯头刷涂料，且对应的芯座也刷涂料；所述放平砂箱的时机为铸件冷却2～3h后放平砂箱。本申请通过对球墨铸铁原铁水的成分，砂型型座、型芯选择性刷涂涂料以及放平砂型的时机进行限定，避免了凝固时收缩应力变大和晶间偏析，从而降低了内热裂纹的形成倾向。

Description

一种球墨铸铁内热裂纹的防治方法
技术领域
本发明涉及球墨铸铁生产领域，尤其涉及一种球墨铸铁内热裂纹的防治方法。
背景技术
某公司生产的某型柴油机球铁曲轴的材质是QT800-2，其在机加工后磁粉探伤发现存在大批量细小裂纹，形状为弯曲线，长度和深度为5～30毫米，并在此区域内伴随缩松缺陷，半年内废品率严重时一度达到60％，严重影响柴油机的装机进度，对公司产品质量及市场有较大影响。
经过细微观察发现，上述裂纹在铸件表面没有，在曲轴精加工后探伤才能发现，并且和缩松并存，可称之为内热裂纹。内热裂纹在凝固过程中不接触空气故无氧化色，也可以称为应力缩孔、内缩裂或晶界裂纹。内热裂纹的形成原因主要是在铸件凝固过程形成的，外层首先结壳，内部收缩热应力大，再加上晶间偏析，在厚大铸件最后凝固的部位产生很大的热应力，在应变集中处晶粒骨架开裂，当铸件最后凝固部分的残余液相，无力填补这种开裂的时，就形成内热裂。像曲轴这种宽凝固温度合金，这种现象就更为严重。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种球墨铸铁内热裂纹的防治方法，本申请提供的防治方法可降低内热裂纹的形成倾向。
有鉴于此，本申请提供了一种球墨铸铁内热裂纹的防治方法，包括：砂型造型、制芯-刷涂料-烘烤-合箱，同步铁水熔炼-浇注-铸件冷却-放平砂箱-冷却-开箱-粗清打磨-热处理-细清；其特征在于，
所述球墨铸铁的原铁水包括：C 3.8～3.9wt％、Si 1.05～1.2wt％、Mn 0.5～0.65wt％、P≤0.035wt％、S≤0.03wt％、Mo 0.2～0.3wt％，Fe余量；
所述刷涂料具体为：砂型的下型芯座不刷涂料，放入砂芯后下半部分的间隙进行填砂处理，上半部分芯头刷涂料，且对应的芯座也刷涂料；
所述放平砂箱的时机为铸件冷却2～3h后放平砂箱。
优选的，所述浇注的温度为1335～1345℃。
优选的，所述浇注的直浇道、横浇道和内横浇道采用开放-封闭-开放的浇注系统。
优选的，所述铁水熔炼具体为：
按照球墨铸铁的成分配比按照质量百分比配料：Q10生铁15～35wt％、回炉料25～45wt％、废钢25～45wt％、锰铁0.3～0.5wt％、钼铁0.2～0.4wt％、增碳剂1.2～2wt％，将上述成分混合后熔化，得到铁水；
孕育剂加入分两次进行，第一次孕育剂加入量为0.4～0.5wt％，在铁水冲入球化包1/2时加入，第二次浇注随流孕育剂加入量0.2～0.3wt％，铁水浇注时，在浇口杯上方包嘴处，采用漏斗均匀加入；炉内温度1520～1540℃，浇注温度1335～1345℃；
球化剂稀土镁硅铁合金1.0～1.2wt％，0.5～0.7wt％铜加入球化铁水包内，球化铁水包采用堤坝包，球化剂倒入堤坝一侧，铜板和碎硅铁一起压在球化剂上，弄平整并适当捣实。
优选的，所述浇注的方式为平浇。
优选的，所述铸件冷却为砂箱以45°立冷。
优选的，所述砂型造型采用呋喃树脂砂造型。
优选的，所述熔炼的终铁水中包括：C 3.5～3.9wt％、Si2.0～2.35wt％、Mn 0.5～0.65wt％、P≤0.035wt％、S≤0.025wt％、Cu0.5～0.7wt％、Mo 0.2～0.3wt％，Re 0.015～0.025wt％、Mg 0.04～0.05wt％，Fe余量。
本申请提供了一种球墨铸铁内热裂纹的防治方法，其包括依次进行的砂型造型、制芯-刷涂料-烘烤-合箱，同步铁水熔炼-浇注-铸件冷却-放平砂箱-冷却-开箱-粗清打磨-热处理-细清；在上述步骤中，本申请通过对球墨铸铁原铁水的成分，砂型型座、型芯选择性刷涂涂料以及放平砂型的时机进行限定，避免了凝固时收缩应力变大和晶间偏析，从而降低了内热裂纹的形成倾向。
附图说明
图1为本发明铸造工艺示意图。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
针对船用柴油机球墨铸铁曲轴内热裂纹出现的问题，本申请提供了一种球墨铸铁内热裂纹的防治方法，其通过限制球墨铸铁制备过程中的浇注、造型和冷却细节，减少了内热裂纹的产生，且避免了缩松缺陷。具体的，本发明实施例公开了一种球墨铸铁内热裂纹的防治方法，包括：砂型造型、制芯-刷涂料-烘烤-合箱，同步铁水熔炼-浇注-铸件冷却-放平砂箱-冷却-开箱-粗清打磨-热处理-细清；其中，
所述球墨铸铁的原铁水包括：C3.8～3.9wt％、Si1.05～1.2wt％、Mn0.5～0.65wt％、P≤0.035wt％、S≤0.03wt％、Mo0.2～0.3wt％，Fe余量；
所述刷涂料具体为：砂型的下型芯座不刷涂料，放入砂芯后下半部分的间隙进行填砂处理，上半部分芯头刷涂料，且对应的芯座也刷涂料；
所述放平砂箱的时机为铸件冷却2～3h后放平砂箱。
在本申请中，主要对造型工艺、熔炼工艺和浇注工艺进行了限制；具体的，在造型现场，采用第一天造型、制芯，第二天刷涂、烘烤，第三天合箱、浇注。本申请铸造工艺示意图具体如图1所示。在造型中，对于分型面处的芯头、芯座的刷涂处理，下型芯座不刷涂料，放入砂芯后下半部分的间隙进行填砂处理，上砂型芯座和上砂芯刷涂料；上述处理是因为上芯头间隙不方便填砂处理，浇注铁水时很容易包芯头，所以进行刷涂，以密闭砂芯排气，如此留出下半部分进行排除砂芯的树脂分解气体，避免浇注铁水时砂型(芯)内的气体进入铁水，造成体积膨胀和二次氧化夹杂，从而凝固时收缩应力变大和晶间偏析，从而降低内热应力裂纹；并且芯头芯座之间的间隙进行填砂处理，容易接触铁水的地方刷涂涂料，避免浇注铁水时砂型(芯)内的气体进入铁水，造成体积膨胀和二次氧化夹杂，从而凝固时收缩应力变大和晶间偏析，从而降低内热应力裂纹。
在铁水熔炼的过程中，原铁水包括：C 3.8～3.9wt％、Si1.05～1.2wt％、Mn 0.5～0.65wt％、P≤0.035wt％、S≤0.03wt％、Mo0.2～0.3wt％，Fe余量；终铁水包括：C 3.5～3.9wt％、Si 2.0～2.35wt％、Mn 0.5～0.65wt％、P≤0.035wt％、S≤0.025wt％、Cu 0.5～0.7wt％、Mo0.2～0.3wt％，RE 0.015～0.025wt％、Mg 0.04～0.05wt％，Fe余量。
配料比例：Q10生铁15～35％、回炉料25～45％、废钢25～45％、锰铁0.3～0.5％、钼铁0.2～0.4％、铜0.5～0.7％、增碳剂1.2～2％；孕育剂(硅铁+硅钡)分两次进行，所述铁水熔炼具体为：
按照球墨铸铁的成分配比按照质量百分比配料：Q10生铁15～35wt％、回炉料25～45wt％、废钢25～45wt％、锰铁0.3～0.5wt％、钼铁0.2～0.4wt％、增碳剂1.2～2wt％，将上述成分混合后熔化，得到铁水；
孕育剂加入分两次进行，第一次孕育剂加入量为0.4～0.5wt％，在铁水冲入球化包1/2时加入，第二次孕育剂加入量0.2～0.3wt％，铁水浇注时，在浇口杯上方包嘴处，采用漏斗均匀加入；炉内温度1520～1540℃，浇注温度1335～1345℃；
球化剂稀土镁硅铁合金1.0～1.2wt％，0.5～0.7wt％铜板加入球化铁水包内，球化铁水包采用堤坝包，球化剂倒入堤坝一侧，铜板和碎硅铁一起压在球化剂上，弄平整并适当捣实。
上述熔炼的过程中，孕育剂、球化剂和铜板都是以原料总和为基础加入的。
本申请在上述熔炼过程中，原铁水高C量，有利于铸件凝固过程中石墨膨胀，进行自补缩，减少铸造应力，降低缩裂倾向；孕育剂进行二次孕育，减慢球化衰退和减少成分偏析，有利于降低晶间偏析，降低内热裂纹倾向；浇注温度1335～1345℃，浇注温度较低则不易除渣排气且易冷隔，太高容易造成收缩倾向大，此温度既满足除渣排气减少夹杂冷隔，又有较小的收缩倾向，减低内热裂纹倾向；进一步的，控制铁水的P、S含量，降低晶间偏析程度，降低减低内热裂纹倾向；控制球化后，铸件铁水Re、Mg含量，既保证球化率，又防止晶间偏析程度，降低减低内热裂纹倾向。
在铸造的过程中，采用平浇立冷，且直浇道、横浇道、内横浇道采用开放-封闭-开放式浇注系统铸造工艺，此种铸造方式具有较好挡渣聚气，且不易二次氧化夹渣，铸件热结处及R角均设有冷铁，起到局部激冷平衡温度场分布，起到均衡凝固，避免局部收缩倾向大，减少造成裂纹缩松缺陷。进一步的，铸造完成后立箱45°2～3h后再把砂箱放平，防止曲轴铁水糊状时期出现震动，造成外层首先结壳，内部由于受力变化，而造成撕裂、形成内裂纹。
在制备球墨铸铁的过程中，除上述特别说明外，其他步骤所采用的技术手段按照本领域技术人员熟知的方法进行，对此本申请没有特别的限制。
本申请提供的防治方法针对于球墨铸铁，尤其针对柴油机用球墨铸铁曲轴的内热裂纹缺陷。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的球墨铸铁内热裂纹的防治方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
船用球墨铸铁曲轴的制备按照下述步骤制备：砂型造型、制芯-刷涂料-烘烤-合箱，同步铁水熔炼-浇注-铸件冷却-放平砂箱-冷却-开箱-粗清打磨-热处理-细清；其中，原铁水成分：C 3.85wt％、Si 1.20wt％、Mn 0.62wt％、P 0.020wt％、S 0.028wt％、Mo0.22wt％；分型面处的芯头、芯座的处理，砂芯芯头不刷涂料，下型芯座不刷涂料，放入砂芯后下半部分的间隙进行填砂处理，上半部分芯头刷涂料，且对应的芯座也刷涂料，防止铁液包芯头，砂芯排气进入铁液；浇注温度1336℃，平浇立冷2.5小时后放平砂箱。按照上述方法生产5条；结果全部合格，没有形成内热裂纹。
对比例1
船用球墨铸铁曲轴的制备按照下述步骤制备：砂型造型、制芯-刷涂料-烘烤-合箱，同步铁水熔炼-浇注-铸件冷却-放平砂箱-冷却-开箱-粗清打磨-热处理-细清；其中，原铁水成分：C 3.75wt％、Si 1.15wt％、Mn 0.6wt％、P 0.025wt％、S≤0.030wt％、Mo0.2wt％；分型面处的芯头、芯座的处理，砂芯芯头没刷涂料，上、下型芯座不刷涂料，放入砂芯后下半部分的间隙进行填砂处理；浇注温度1362℃，平浇立冷1小时放平砂箱。按照上述方法生产5条；结果4件全部有内热裂纹，并伴有缩松。
对比例2
船用球墨铸铁曲轴的制备按照下述步骤制备：砂型造型、制芯-刷涂料-烘烤-合箱，同步铁水熔炼-浇注-铸件冷却-放平砂箱-冷却-开箱-粗清打磨-热处理-细清；其中，原铁水成分：C 3.72wt％、Si 1.12wt％、Mn 0.58wt％、P 0.024wt％、S≤0.055％、Mo0.21wt％；分型面处的芯头、芯座的处理，砂芯芯头没刷涂料，上、下型芯座不刷涂料，放入砂芯后下半部分的间隙进行填砂处理；浇注温度1342℃，平浇立冷2.5小时放平砂箱。按照上述方法生产5条；结果2件全部有内热裂纹，并伴有缩松和铸件毛坯表面气孔。
对比例3
船用球墨铸铁曲轴的制备按照下述步骤制备：砂型造型、制芯-刷涂料-烘烤-合箱，同步铁水熔炼-浇注-铸件冷却-放平砂箱-冷却-开箱-粗清打磨-热处理-细清；其中，原铁水成分：C 3.76wt％、Si 1.12wt％、Mn 0.58wt％、P 0.034wt％、S 0.038wt％、Mo0.2wt％；分型面处的芯头、芯座的处理，砂芯芯头没刷涂料，下型芯座不刷涂料，放入砂芯后下半部分的间隙进行填砂处理，上半部分芯头刷涂料，且对应的芯座也刷涂料，防止铁液包芯头，砂芯排气进入铁液；浇注温度1338℃，平浇立冷2.5小时后放平砂箱。按照上述方法生产5条；结果1件有轻微内热裂纹，并伴有缩松。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种球墨铸铁内热裂纹的防治方法，包括：砂型造型、制芯-刷涂料-烘烤-合箱，同步铁水熔炼-浇注-铸件冷却-放平砂箱-冷却-开箱-粗清打磨-热处理-细清；其特征在于，
所述球墨铸铁的原铁水包括：C 3.8～3.9wt％、Si 1.05～1.2wt％、Mn 0.5～0.65wt％、P≤0.035wt％、S≤0.03wt％、Mo 0.2～0.3wt％，Fe余量；
所述刷涂料具体为：砂型的下型芯座不刷涂料，放入砂芯后下半部分的间隙进行填砂处理，上半部分芯头刷涂料，且对应的芯座也刷涂料；
所述放平砂箱的时机为铸件冷却2～3h后放平砂箱。
2.根据权利要求1所述的防治方法，其特征在于，所述浇注的温度为1335～1345℃。
3.根据权利要求1所述的防治方法，其特征在于，所述浇注的直浇道、横浇道和内横浇道采用开放-封闭-开放的浇注系统。
4.根据权利要求1所述的防治方法，其特征在于，所述铁水熔炼具体为：
按照球墨铸铁的成分配比按照质量百分比配料：Q10生铁15～35wt％、回炉料25～45wt％、废钢25～45wt％、锰铁0.3～0.5wt％、钼铁0.2～0.4wt％、增碳剂1.2～2wt％，将上述成分混合后熔化，得到铁水；
孕育剂加入分两次进行，第一次孕育剂加入量为0.4～0.5wt％，在铁水冲入球化包1/2时加入，第二次浇注随流孕育剂加入量0.2～0.3wt％，铁水浇注时，在浇口杯上方包嘴处，采用漏斗均匀加入；炉内温度1520～1540℃，浇注温度1335～1345℃；
球化剂稀土镁硅铁合金1.0～1.2wt％，0.5～0.7wt％铜加入球化铁水包内，球化铁水包采用堤坝包，球化剂倒入堤坝一侧，铜板和碎硅铁一起压在球化剂上，弄平整并适当捣实。
5.根据权利要求1所述的防治方法，其特征在于，所述浇注的方式为平浇。
6.根据权利要求1所述的防治方法，其特征在于，所述铸件冷却为砂箱以45°立冷。
7.根据权利要求1所述的防治方法，其特征在于，所述砂型造型采用呋喃树脂砂造型。
8.根据权利要求1所述的防治方法，其特征在于，所述熔炼的终铁水中包括：C 3.5～3.9wt％、Si 2.0～2.35wt％、Mn 0.5～0.65wt％、P≤0.035wt％、S≤0.025wt％、Cu 0.5～0.7wt％、Mo 0.2～0.3wt％，Re0.015～0.025wt％、Mg 0.04～0.05wt％，Fe余量。
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