高性能球墨鑄鐵曲軸及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高性能球墨鑄鐵曲軸及其制造方法，各組分重量百分比為：C：3.68~3.78％，Si：2.1~2.3%，Mn：0.31~0.37%，P：0.033~0.038%，S：0.01~0.015%，Mg：0.034~0.039%，Re：0.027~0.029%，Cu：0.6~1%，Ni：0.6~1%，余量為Fe。采用鐵型覆砂工藝，制造步驟為：將準(zhǔn)備的球墨鑄鐵用優(yōu)質(zhì)生鐵、普通廢鋼和球墨鑄鐵回爐料通過比例計(jì)算，加入中頻電爐內(nèi)溶化；對(duì)鐵水包進(jìn)行壓包；對(duì)鐵型型腔進(jìn)行覆砂；對(duì)鐵水進(jìn)行球化、孕育處理；將球化好的鐵水注入覆好砂的鐵型，澆注過程中在包嘴用漏斗隨流加入鐵水總重量0.17-0.23%的孕育劑，待鐵水自然冷卻后，得到鑄態(tài)球墨鑄鐵曲軸;正火處理后得到高性能球墨鑄鐵曲軸。本發(fā)明制得的球墨鑄鐵曲軸強(qiáng)度及延伸率高，抗疲勞及耐磨抗震性好，可替代鍛鋼曲軸。
【專利說明】高性能球墨鑄鐵曲軸及其制造方法
[0001]

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明屬于發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸制造領(lǐng)域，具體涉及一種高性能球墨鑄鐵曲軸及其制造方法。

【背景技術(shù)】
[0003]隨著國(guó)家對(duì)道路交通機(jī)械排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)采用渦輪增壓技術(shù)后，其曲軸所承受的載荷提高了 45%-67%，對(duì)曲軸強(qiáng)度和延伸率的要求相應(yīng)提高，普通球鐵的性能已不能滿足其服役要求，只能采用鍛造合金鋼曲軸，而鍛造合金鋼曲軸不具有球墨鑄鐵曲軸重量輕、良好的疲勞性能和耐磨抗震優(yōu)勢(shì)。基于此，為替代鍛鋼曲軸，我們開展了提高球墨鑄鐵曲軸強(qiáng)度和延伸率的研究工作，并取得了一定成果。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高性能球墨鑄鐵曲軸及其制造方法，該球墨鑄鐵曲軸通過合理的原料配比，有效提高了強(qiáng)度和延伸率，且制備工藝簡(jiǎn)單，節(jié)約了能源，降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案:一種高性能球墨鑄鐵曲軸，其組分原料包括C、S1、Mn、P、
S、Mg、Re、Cu、Ni 和 Fe，各組分的重量百分比為:C:3.68?3.78 %, Si:2.1?2.3%, Mn:0.31 ?0.37%, P:0.033?0.038%, S:0.01 ?0.015%, Mg:0.034?0.039%, Re:0.027?0.029%, Cu:0.6?1%，Ni:0.6?1%，余量為 Fe。
[0006]各組分的優(yōu)選重量百分比為:C:3.7 %, Si:2.25%，Mn:0.35%，P:0.035%, S:0.013%, Mg:0.038%, Re:0.029%, Cu:0.8%, N1:0.8%，余量為 Fe。
[0007]上述高性能球墨鑄鐵曲軸的制造方法，包括以下步驟:
a、將球墨鑄鐵用生鐵、普通廢鋼、電解銅、鎳板、球墨鑄鐵回爐料、球化劑、孕育劑備好，待用；
b、通過計(jì)算將備好的球墨鑄鐵用生鐵、普通廢鋼和球墨鑄鐵回爐料按比例加入中頻電爐內(nèi)，進(jìn)行溶化，鐵水中C含量控制在3.7?3.8%，再將鐵水升溫至1540°C，出爐前5分鐘將備好的電解銅、鎳板加入爐內(nèi)；
C、將鐵水總重量0.75^1%的球化劑倒入球化鐵水包的后坑內(nèi)，用鐵水總重量1%的鐵屑與球化劑攪拌搗實(shí)，扒平，在扒平的鐵屑上加入粒度為5?10mm、含硅量為75%的硅鐵孕育劑(1/2)和BS-1A孕育劑(1/2)，其量依配料計(jì)算而得；
d、通過造型機(jī)在鐵型型腔內(nèi)均勻覆上一層樹脂砂，待樹脂砂固化后，將上鐵型及下鐵型合箱待用；
e、將壓好球化劑的鐵水包吊運(yùn)至中頻電爐鐵水溶液出口處，用蓋包球化法將步驟b備好的鐵水倒入鐵水包的前坑內(nèi)，進(jìn)行球化、孕育處理； f、將球化、孕育好的鐵水轉(zhuǎn)運(yùn)至扒渣處進(jìn)行扒渣，然后進(jìn)行澆注，澆注過程中在包嘴上用漏斗隨流加入鐵水總重量0.15-0.2%的孕育劑，將鑄件型腔內(nèi)的鐵水自然冷卻到小于700°C后，即可開箱出鑄件；
g、將冷卻后的鑄件通過正火處理，保溫溫度880°C±10°C，保溫50分鐘，隨爐冷卻到8000C 土 10，保溫50分鐘，出爐霧冷10分鐘，并翻動(dòng)，冷卻后即可得到一種高強(qiáng)度、高延伸率的球墨鑄鐵曲軸。
[0008]上述步驟中所述的孕育劑為粒度為0.2?1mm、含硅量為75%的硅鐵與YJ-5孕育劑混合的孕育劑；所述樹脂砂，抗彎強(qiáng)度為3?5MPa，發(fā)氣量< 18ml/g。
[0009]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果:該球墨鑄鐵曲軸力學(xué)性能較高，抗拉強(qiáng)度為900?lOOOMPa，延伸率為6?8%，金相組織中珠光體占彡90%,球化級(jí)別為I?2級(jí)，石墨級(jí)別為5?8級(jí)，達(dá)到了 QT900-6的質(zhì)量指標(biāo)，且制備工藝簡(jiǎn)單，與鍛鋼曲軸相比，不僅節(jié)約能源，降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本，對(duì)企業(yè)、社會(huì)產(chǎn)生了一定的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)球墨鑄鐵曲軸制造工藝的發(fā)展具有積極的帶動(dòng)作用。

【具體實(shí)施方式】
[0010]實(shí)施例1
一種高性能球墨鑄鐵曲軸，它的組分及其重量百分比為:c:3.72%, Si:2.25%，Mn:
0.35%, P:0.035%, S:0.014%, Mg:0.038%, Re:0.029%, Cu:0.6%, N1:0.6%，余量為 Fe。
[0011]制造方法，包括以下幾個(gè)步驟:
a、將球墨鑄鐵用生鐵、普通廢鋼、電解銅、鎳板、球墨鑄鐵回爐料、球化劑、孕育劑備好，待用；
b、通過計(jì)算將備好的球墨鑄鐵用生鐵565Kg、普通廢鋼85Kg和球墨鑄鐵回爐料170Kg加入中頻電爐內(nèi)進(jìn)行溶化后，鐵水中C含量控制在3.75%，再將鐵水升溫至1540°C，出爐前5分鐘將備好的電解銅、鎳板加入爐內(nèi)；
C、用磅秤稱量球化劑6.15Kg，倒入鐵水包后坑內(nèi)與8.2Kg鐵屑攪拌后搗實(shí)，再在其上覆蓋粒度為10mm、含硅量為75%的硅鐵孕育劑(1/2)和BS-1A孕育劑(1/2)各5Kg ；
d、通過造型機(jī)在鐵型型腔內(nèi)均勻覆上一層抗彎強(qiáng)度為3-5MPa，發(fā)氣量<18ml/g的樹脂砂，待樹脂砂固化后，將上鐵型及下鐵型合箱待用；
e、將壓好球化劑的鐵水包吊運(yùn)至中頻電爐鐵水溶液出口處，用蓋包球化法將步驟b備好的鐵水倒入鐵水包的前坑內(nèi)，進(jìn)行球化、孕育處理；
f、將球化、孕育好的鐵水轉(zhuǎn)運(yùn)至扒渣處進(jìn)行扒渣，然后進(jìn)行澆注，澆注過程中在包嘴上用漏斗隨流加入1.6Kg的孕育劑，所述孕育劑的粒度為1mm，是含硅量為75%的硅鐵與YJ-5孕育劑混合孕育劑，將鑄件型腔內(nèi)的鐵水自然冷卻到小于700°C后，即可開箱出鑄件；
g、將冷卻后的鑄件通過正火處理，保溫溫度880°C，保溫50分鐘，隨爐冷卻到800°C，保溫50分鐘，出爐霧冷10分鐘，并翻動(dòng)，冷卻后即可得到一種高強(qiáng)度、高延伸率的球墨鑄鐵曲軸。
[0012]所得到的高性能球墨鑄鐵曲軸經(jīng)檢測(cè)，化學(xué)成分(重量百分比)為:C:3.72%, Si:2.25%, Mn:0.35%, P:0.035%, S:0.014%, Mg:0.038%, Re:0.029%, Cu:0.6%, N1:0.6%。
[0013]金相組織為:球化2級(jí)，石墨6級(jí)，珠光體95%。
[0014]機(jī)械性能為:抗拉強(qiáng)度943MPa，延伸率7.5%。
[0015]實(shí)施例2
一種高性能球墨鑄鐵曲軸，它的組分及其重量百分比為:C:3.69%, Si:2.29%，Mn:
0.37%, P:0.033%, S:0.011%, Mg:0.039%, Re:0.027%, Cu:0.8%, N1:0.85%，余量為 Fe。
[0016]制造方法，包括以下幾個(gè)步驟:
a、將球墨鑄鐵用生鐵、普通廢鋼、電解銅、鎳板、球墨鑄鐵回爐料、球化劑、孕育劑備好，待用；
b、通過計(jì)算將備好的球墨鑄鐵用生鐵575Kg、普通廢鋼95Kg和球墨鑄鐵回爐料150Kg加入中頻電爐內(nèi)進(jìn)行溶化后，鐵水中C含量控制在3.77%，再將鐵水升溫至1540°C，出爐前5分鐘將備好的電解銅、鎳板加入爐內(nèi)；
C、用磅秤稱量球化劑7.5Kg，倒入鐵水包后坑內(nèi)與8.2Kg鐵屑攪拌后搗實(shí)，再在其上覆蓋粒度為8mm、含硅量為75%的硅鐵孕育劑(1/2)和BS-1A孕育劑(1/2)各5Kg ；
d、通過造型機(jī)在鐵型型腔內(nèi)均勻覆上一層抗彎強(qiáng)度為3?5MPa，發(fā)氣量<18ml/g樹脂砂，待樹脂砂固化后，將上鐵型及下鐵型合箱待用；
e、將壓好球化劑的鐵水包吊運(yùn)至中頻電爐鐵水溶液出口處，用蓋包球化法將步驟b備好的鐵水倒入鐵水包的前坑內(nèi)，進(jìn)行球化、孕育處理；
f、將球化、孕育好的鐵水轉(zhuǎn)運(yùn)至扒渣處進(jìn)行扒渣，然后進(jìn)行澆注，澆注過程中在包嘴上用漏斗隨流加入1.4Kg的孕育劑，所述孕育劑的粒度為0.8mm，是含硅量為75%的硅鐵與YJ-5孕育劑混合孕育劑，將鑄件型腔內(nèi)的鐵水自然冷卻到小于700°C后，即可開箱出鑄件；
g、將冷卻后的鑄件通過正火處理，保溫溫度890°C，保溫50分鐘，隨爐冷卻到805°C，保溫50分鐘，出爐霧冷10分鐘，并翻動(dòng)，冷卻后即可得到一種高強(qiáng)度、高延伸率的球墨鑄鐵曲軸。
[0017]所得到的高性能球墨鑄鐵曲軸經(jīng)檢測(cè)，化學(xué)成分(重量百分比)為:(重量百分比)為:C:3.69 %, Si:2.29%, Mn:0.37%, P:0.033%, S:0.011%, Mg:0.039%, Re:0.027%, Cu:
0.8%, Ni:0.85%。
[0018]金相組織為:球化2級(jí)，石墨6級(jí)，珠光體92%。
[0019]機(jī)械性能為:抗拉強(qiáng)度945MPa，延伸率7.3%。
[0020]實(shí)施例3
一種高性能球墨鑄鐵曲軸，它的組分及其重量百分比為:C:3.68%，Si:2.2%，Mn:
0.32%, P:0.035%, S:0.008%, Mg:0.034%, Re:0.028%, Cu:0.85%, Ni:0.68%，余量為 Fe。
[0021]制造方法，包括以下幾個(gè)步驟:
a、將球墨鑄鐵用生鐵、普通廢鋼、電解銅、鎳板、球墨鑄鐵回爐料、球化劑、孕育劑備好，待用；
b、通過計(jì)算將備好的球墨鑄鐵用生鐵590Kg、普通廢鋼70Kg和球墨鑄鐵回爐料160Kg加入中頻電爐內(nèi)進(jìn)行溶化后，鐵水中C含量控制在3.72%，再將鐵水升溫至1540°C，出爐前5分鐘將備好的電解銅、鎳板加入爐內(nèi)；
C、用磅秤稱量球化劑8Kg，倒入鐵水包后坑內(nèi)與8.2Kg鐵屑攪拌后搗實(shí)，再在其上覆蓋粒度為6mm、含硅量為75%的硅鐵孕育劑(1/2)和BS-1A孕育劑(1/2)各5Kg ；
d、通過造型機(jī)在鐵型型腔內(nèi)均勻覆上一層抗彎強(qiáng)度為3-5MPa，發(fā)氣量< 18ml/g樹脂砂，待樹脂砂固化后，將上鐵型及下鐵型合箱待用；
e、將壓好球化劑的鐵水包吊運(yùn)至中頻電爐鐵水溶液出口處，用蓋包球化法將步驟b備好的鐵水倒入鐵水包的前坑內(nèi)，進(jìn)行球化、孕育處理；
f、將球化、孕育好的鐵水轉(zhuǎn)運(yùn)至扒渣處進(jìn)行扒渣，然后進(jìn)行澆注，澆注過程中在包嘴上用漏斗隨流加入1.8Kg的孕育劑，所述孕育劑的粒度為0.3mm，是含硅量為75%的硅鐵與YJ-5孕育劑混合孕育劑，將鑄件型腔內(nèi)的鐵水自然冷卻到小于700°C后，即可開箱出鑄件；
g、將冷卻后的鑄件通過正火處理，保溫溫度875°C，保溫50分鐘，隨爐冷卻到793°C，保溫50分鐘，出爐霧冷10分鐘，并翻動(dòng)，冷卻后即可得到一種高強(qiáng)度、高延伸率的球墨鑄鐵曲軸。
[0022]所得到的高性能球墨鑄鐵曲軸經(jīng)檢測(cè)，化學(xué)成分(重量百分比)為:(重量百分比)為:C:3.68 %, Si:2.2%, Mn:0.32%, P:0.035%, S:0.008%, Mg:0.034%, Re:0.028%, Cu:
0.85%, Ni:0.68%ο
[0023]金相組織為:球化2級(jí)，石墨6級(jí)，珠光體96%。
[0024]機(jī)械性能為:抗拉強(qiáng)度920MPa，延伸率7.6%。
[0025]上述實(shí)施例中的球墨鑄鐵用生鐵為Q8-Q12的球鐵用優(yōu)質(zhì)生鐵；球化劑和YJ-5孕育劑為陜西眾友特種合金科技有限公司生產(chǎn)的。
【權(quán)利要求】
1.高性能球墨鑄鐵曲軸，其組分原料包括C、S1、Mn、P、S、Mg、Re、Cu、Fe，其特征是其組分還包括Ni，各組分的重量百分比為:C:3.68?3.78%, S1:2.1?2.3%，Mn:0.31?0.37%，P:0.033?0.038%, S:0.01 ?0.015%, Mg:0.034?0.039%, Re:0.027?0.029%, Cu:0.6?1%，Ni:0.6?1%，余量為Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能球墨鑄鐵曲軸，其特征是各組分的重量百分比為:C:3.7%, Si:2.25%, Mn:0.35%, P:0.035%, S:0.013%, Mg:0.038%, Re:0.029%, Cu:0.8%, Ni:0.8%，余量為Fe。
3.制造權(quán)利要求1或2所述高性能球墨鑄鐵曲軸，其特征是包括以下步驟: a、將球墨鑄鐵用優(yōu)質(zhì)生鐵、普通廢鋼、電解銅、鎳板、球墨鑄鐵回爐料、球化劑、孕育劑備好，待用； b、通過計(jì)算將備好的球墨鑄鐵用優(yōu)質(zhì)生鐵、普通廢鋼和球墨鑄鐵回爐料按比例加入中頻電爐內(nèi)，進(jìn)行溶化，鐵水中C含量控制在3.7?3.8%，再將鐵水升溫至1540°C，出爐前5分鐘將備好的電解銅、鎳板加入爐內(nèi)； C、將鐵水總重量0.75^1%的球化劑倒入球化鐵水包的后坑內(nèi)，用鐵水總重量1%的鐵屑與球化劑攪拌搗實(shí)，扒平，在扒平的鐵屑上放置孕育劑； d、通過造型機(jī)在鐵型型腔內(nèi)均勻覆上一層樹脂砂，待樹脂砂固化后，將上鐵型及下鐵型合箱待用； e、將壓好球化劑的鐵水包吊運(yùn)至中頻電爐鐵水溶液出口處，用蓋包球化法將步驟b備好的鐵水倒入鐵水包的前坑內(nèi)； f、將球化、孕育好的鐵水轉(zhuǎn)運(yùn)至扒渣處進(jìn)行扒渣，然后澆注到步驟d已合箱的鐵型中，澆注過程中在包嘴上用漏斗隨流加入鐵水總重量0.17-0.23%的孕育劑，將鐵型型腔內(nèi)的鐵水自然冷卻到小于700°C后，即可開箱出鑄件； g、將冷卻后的鑄件通過正火處理，保溫溫度880°C±10°C，保溫50分鐘，隨爐冷卻到800±10°C，保溫50分鐘，出爐霧冷10分鐘，并翻動(dòng)曲軸，冷卻后即可得到高性能球墨鑄鐵曲軸回祁O
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高性能球墨鑄鐵曲軸的制造方法，其特征是步驟d中所述采用的是鐵型覆砂鑄造工藝，樹脂砂的抗彎強(qiáng)度為3-5MPa，發(fā)氣量< 18ml/g。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高性能球墨鑄鐵曲軸的制造方法，其特征是步驟e中所述孕育劑是粒度為0.2?1_、含硅量為75%的硅鐵與YJ-5孕育劑混合而成的孕育劑。
【文檔編號(hào)】C22C37/10GK104264035SQ201410512129
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月29日
【發(fā)明者】馬解放, 馮澤民, 李慧生, 李發(fā)紅, 靳志堅(jiān), 趙紅星, 席浩玉, 陳寶生, 孫光軍, 張強(qiáng)強(qiáng) 申請(qǐng)人:侯馬市東鑫機(jī)械鑄造有限公司