CN1606656A - 用于气缸盖的灰铸铁 - Google Patents
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Abstract
一种铸造灰铸铁铸件的方法，包括以下步骤：制备一种含有一定量碳、硅、磷、硫、锰和铬的熔融灰铸铁金属；在浇注前，对上述熔融的灰铸铁金属用锡进行金化，使锡含量在0.05％－0.10％之间；在浇注前，在上述熔融的用锡合金化的灰铸铁金属中加入一种灰铸铁孕育剂，使硅含量再增加0.10％－0.12％；在孕育处理后，尽快将上述熔融的、用锡合金化的、并进行了孕育处理的灰铸铁金属铸造成灰铸铁铸件。
Description
发明领域
本发明涉及使用灰铸铁的铸造方法，具体地说，是涉及用灰铸铁制造曲轴箱和气缸盖的铸造方法。
发明背景
灰铸铁具有极好的铸造性，并且成本低，能用于制造各种产品，例如曲轴箱和气缸盖，因此灰铸铁是一种很合需要的铸造材料。上述这些制造部件要求强度高、坚固、切削加工性好、尺寸稳定性质又均匀。为达到这些质量要求，需在铸件的各部分，通体具有均匀的金相组织，尤其是均匀的珠光体结构。在铸造过程中通常将一些合金加入到灰铸铁材料中，以便获得这些所需的性质，合金对灰铸铁的影响已经被广泛地研究过，例如“A Modern Approach To Alloying Gray Iron”Janowak&Gundlach，AFS Transactions，Vol.90，1982，和“Effect of Manganeseand Sulfur on Mechanical Properties and Structure of Flake Graphite Cast Irons，”Fuller，AFS Transactions，Vol.94，1986。
尽管有了这些先前的工作，为了使铸件达到强度要求，加入铬到熔融的灰铸铁来制造曲轴箱和气缸盖用的灰铁铸件，但这就在铸件中造成了由于急冷和碳化铁的形成所导致的麻点，将使对其切削加工困难，会使铸件受损并使切削工具的寿命和性能都低。为减少其急冷倾向，曾经在灰铸铁原料中增大硅的含量，并在熔融灰铸铁中增大硅基孕育剂的量，而这就大大地增加了生产的成本。而且，硅含量的增大相应地就需要增大铬的含量，以提高铸件的强度，而这将进一步增加成本，同时也使形成碳化铁麻点和白口层的倾向增大。此外，由于高度的合金化，所得的曲轴箱和气缸盖中的固化应力是很高的，就需进行应力消除的热处理以减少铸件在加工过程中的形变和破裂。由于铸件从模具需要在相对较低的温度即在900°F-1200°F进行落砂(即从模具中取出铸件)，铸造应力也进一步增大。
这样，就迫切需要一种经济的使用灰铸铁制造曲轴箱和气缸盖的方法，尽量减少碳化铁麻点和凝固时白口层的形成，同时将对最后的铸件进行应力消除的热处理的需要减小到最小。
发明简述
本发明的方法提供了一种经济的使用灰铸铁制造曲轴箱和气缸盖的方法，其熔体凝固时只形成极少的碳化铁麻点和白口层，同时将对最后的铸件进行应力消除热处理的需要减小到最小。本发明方法不需额外的生产设备，具有冷却时间短，即落砂温度较高的优点。
本发明中用灰铸铁制造曲轴箱和气缸盖的方法是，先制备熔融的灰铸铁金属，它含4.05％碳当量(其中包括约3.4％-3.45％碳和约1.80％-1.90％硅)，少于约0.03％磷，同时在原铁水中保留约0.05％-0.07％硫，约为硫含量1.7倍加上约0.30-0.40％的锰，少于约0.10％在原铁水中的铬。然后，上述的熔融灰铸铁金属被转移到一个浇注包中，加入锡，得到一种熔融的用锡合金化的灰铸铁金属，其中锡的含量在约0.05％-0.10％。随后，在上述熔融的用锡合金化的灰铸铁金属中加入一种硅基孕育剂，使硅含量再增加约0.10％-0.12％，然后，尽快将上述熔融的、用锡合金化的、并进行了孕育处理的灰铸铁金属从浇注包浇注到模具中，最好是在不迟于孕育处理后7-10分钟即进行浇注。
与以前的制造方法相比，在这种制造方法中，熔融的灰铸铁金属中具有显著增大的碳含量，较低的磷含量，显著减少的铬含量，稍微降低的硫含量，并使用了锡作为珠光体稳定剂，显著地减少了碳化铁麻点和白口层的形成，并大大降低了灰铸铁中的硅含量和孕育剂的使用量。此外，最后铸件的高落砂温度也减少了填加合金的需要，并使铸件具有较低的残余应力。
本发明的制造方法得到的铸件，比从它的化学组成预期的强度更大些，加入的孕育剂材料数量和合金化成本比传统方法，同时减小了最后铸件进行应力消除热处理的需要。
附图简述
图1是本发明制造灰铸铁铸件步骤的方块图。
发明详述
如图1所示，本发明方法的第一步是制备一种控制各组分含量的熔融灰铸铁金属。用废钢、灰铸铁锭和从生产过程中回收的灰铸铁废料在一个电炉中制得熔融的灰铸铁金属。熔融灰铸铁金属中各组分的含量的控制，是先对废钢、灰铸铁锭和从生产过程中回收的灰铸铁废料进行光谱分析，然后调节这三种成分的量到所需的含量，还根据需要添加硅、磷、锰和铬。由于在熔融的灰铸铁金属中应保持较低的磷、硫和铬含量，因此需这些合金化金属的加入量应较少。
第二步，将控制各组分含量好的熔融灰铸铁金属转移到浇注包中，以便进行后续工艺。第三步，用加锡到浇注包中对熔融灰铸铁金属进行合金化，至锡的含量在约0.05％-0.10％，优选约为0.055％-0.095％，根据要铸造的部件的某些区域尺寸决定。而且是根据铸件的重要的区域尺寸决定。重要区域是指必须具有最高强度和/或可切削加工性的区域，可以是铸件的较薄或较厚的区域，由该区域的作用决定。当重要区域的温度下降较慢时(也就是说冷却较慢)，加入熔融的灰铸铁金属的锡的量应在约0.05％-0.10％范围内较多量的范围，而当重要区域冷却较快时，加入熔融的灰铸铁金属的锡的量就应在该含量范围内的较少量范围。如果由于铸件的较薄区域附近存在较厚区域而将热量传递给它，使其冷却较慢，那么，即使是铸件的较薄区域也需加入较多的锡。
在本方法的第四步中，在上述熔融的合金化的灰铸铁金属中加入一种硅基孕育剂，使硅含增加约0.10％-0.12％。实施本发明时优选的硅基孕育剂是含钡和/或钙的硅基孕育剂。在加入孕育剂后，尽快将浇注包中的铁水浇注到一个或多个模具中，浇注最好在加入孕育剂以后7-10分钟内进行。
趁铸件在超过1400°F的温度优选约1500°F-1600°F时将其从模具中取出。优选的此落砂温度为1500°F-1600°F，但在本发明中并不是严格要求的，温度可通过经一定冷却时间后从模具中取出铸件来确定，该冷却时间可按能使铸件的温度在1400°F以上，优选约1500°F-1600°F来经验决定。由于使用了较高的落砂温度，就缩短了制造铸件的时间。
使用本发明来铸造气缸体和曲轴箱，使铸件中会影响铸件的切削性能的由碳化铁所造成的麻点和白口层减少到最少。同时本发明的方法使铸件具有更均匀的珠光体结构，因而具有更高的强度。
虽然本发明中是就其用来生产气缸体和曲轴箱而叙述的，但业内人士应认识到，本发明可相对于本文中的优选实施方式进行变化，使其能用来铸造其他铸件，只要不偏离本发明的权利要求。
Claims (13)
1.一种使用灰铸铁制造曲轴箱和气缸盖的方法，该方法包括以下步骤：
制备一种控制各组分含量的熔融灰铸铁金属，它含4.05％碳当量，其中包括约3.40％-3.45％碳、约1.80％-1.90％硅，少于约0.03％磷，同时在原铁水中保留约0.05％-0.07％硫，约为硫含量1.7倍加上约0.30-0.40％的锰，少于约0.10％在原铁水中的铬；
将所述控制各组分含量的熔融灰铸铁金属转移到一个浇注包中；
在所述浇注包中的控制各组分含量的熔融灰铸铁金属中加入锡，使其合金化，至总的锡含量在约0.05％-0.10％，得到一种熔融的锡合金化控制各组分含量的熔融灰铸铁金属；
在所述用锡合金化控制各组分含量的熔融灰铸铁金属中加入一种硅基孕育剂，使硅含量再增加约0.10％-0.12％；
在所述孕育处理后尽快将所述熔融的、用锡合金化的、并进行了所述孕育处理的灰铸铁金属倾倒到一模具中。
2.权利要求1所述的方法，其特征在于制备控制各组分含量的熔融灰铸铁金属的步骤包括：
确定废钢、灰铸铁锭和从生产过程中回收的灰铸铁废料中的碳、硅、磷、硫、锰和铬的含量；
熔融一定比例的废钢、灰铸铁锭和从生产过程中回收的灰铸铁废料，该比例与控制各组分含量的熔融灰铸铁金属中的近似；
调节其比例近似的控制各组分含量的熔融灰铸铁金属中的碳、硅、磷、硫、锰和铬的含量达到所需量，得到控制各组分含量的熔融灰铸铁金属。
3.权利要求1所述的方法，其特征在于控制各组分含量的熔融灰铸铁金属合金化所用的锡量由铸件的重要区域决定。
4.权利要求3所述的方法，其特征在于在铸造含冷却慢的重要区域的铸件时，对控制各组分含量的熔融灰铸铁金属合金化的锡用量在较高范围。
5.权利要求3所述的方法，其特征在于在铸造含冷却快的重要区域的铸件时，往对控制各组分含量的熔融灰铸铁金属合金化的锡用量在较低范围。
6.一种由控制各组分含量的熔融灰铸铁金属所铸造的内燃机部件，该灰铸铁金属含有4.05％碳当量，其中包含约3.40％-3.45％碳、约1.80％-1.90％硅，少于0.03％磷，同时在原铁水中保留0.05％-0.07％硫，约为硫含量1.78倍加上约0.30-0.40％锰，少于约0.10％在原铁水中的铬；在铸造前将其用锡合金化至总锡含量在约0.05％-0.10％之间；然后加入一种灰铸铁孕育剂，使硅含量再增加约0.10％-0.12％。
7.权利要求6所述的内燃机部件，其特征在于该内燃机部件具有冷却慢的重要区域，曲轴箱金属中总锡含量在较高范围。
8.权利要求6所述的内燃机部件，其特征在于该内燃机部件具有冷却快的重要区域，曲轴箱金属中总锡含量在较低范围。
9.一种使用灰铸铁制造内燃机部件的方法，该方法包含以下步骤：
制备一种熔融的灰铸铁金属，它含4.05％碳当量，其中包含约3.40％-3.45％碳、约1.80％-1.90％硅，少于约0.03％磷，同时在原铁水中保留约0.05％-0.07％硫，约为硫含量1.7倍加上约0.30-0.40％的锰，少于约0.10％原铁水中的铬；
在浇注前，对所述熔融灰铸铁金属用锡合金化，至总的锡含量在约0.05％-0.10％，得到一种熔融的用锡合金化的灰铸铁金属；
在浇注前，在所述熔融的用锡合金化的灰铸铁金属中加入一种硅基孕育剂，使硅含量再增加约0.10％-0.12％；
在所述孕育处理后尽快铸造出内燃机部件。
10.权利要求9所述的方法，其特征在于，制备熔融的灰铸铁金属的步骤是：
确定废钢、灰铸铁锭和从生产过程中回收的灰铸铁废料中的碳、硅、磷、硫、锰和铬的含量；
熔融一定比例的废钢、灰铸铁锭和从生产过程中回收的灰铸铁废料，该比例与控制各组分含量的熔融灰铸铁金属中的近似；
调节其比例近似的控制各组分含量的熔融灰铸铁金属中的碳、硅、磷、硫、锰和铬的含量达到所需量，得到控制各组分含量的熔融灰铸铁金属。
11.权利要求9中的方法，其特征在于对熔融的灰铸铁金属合金化的锡用量由所铸造的内燃机部件的重要区域决定。
12.权利要求11中的方法，其特征在于在铸造含冷却慢的重要区域的内燃机部件时，对熔融的灰铸铁金属合金化的锡用量在较高范围。
13.权利要求11中的方法，其特征在于在铸造含冷却快的重要区域的内燃机部件时，对熔融的灰铸铁金属合金化的锡用量在较低范围。
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