一種船用柴油機(jī)機(jī)身鑄造材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)械鑄造技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種船用柴油機(jī)機(jī)身鑄造材料，本發(fā)明還涉及上述船用柴油機(jī)機(jī)身鑄造材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]柴油機(jī)機(jī)身是船用中速柴油機(jī)最關(guān)鍵零部件之一，其特點(diǎn)為:鑄件結(jié)構(gòu)緊湊，外形尺寸大，內(nèi)部鑄有潤(rùn)滑油道和冷卻水道，內(nèi)腔和外壁幾何形狀都比較復(fù)雜，且壁厚厚薄不勻，最大壁厚和最小壁厚相差懸殊，加工精度要求高，探傷部位多。由于機(jī)身鑄件的重量較大，結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，因此，機(jī)身鑄造難度很大。
[0003]球墨鑄鐵柴油機(jī)機(jī)身具有強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、減振降噪等綜合性能好的優(yōu)勢(shì)，已成為船用柴油機(jī)機(jī)身的首選材料；球墨鑄鐵材料成分配比時(shí)，不但要能夠滿足良好的使用性能和理化性能(保證水壓試驗(yàn)合格、較低的斷面敏感性)及機(jī)械加工性能，還要有良好的鑄造工藝性。球墨鑄鐵材料的自補(bǔ)縮鑄造可減少鑄造缺陷的發(fā)生，減小鑄造冒口重量、提高工藝出品率、提升鑄件的可靠性。
[0004]配比機(jī)身鑄造材料成分時(shí)，不但需要利用球墨鑄鐵材料凝固過(guò)程的自補(bǔ)縮特性獲得合格鑄件，同時(shí)，還應(yīng)根據(jù)技術(shù)文件中材料牌號(hào)和機(jī)械性能要求、零件的壁厚等進(jìn)行機(jī)身鑄造材料成分的配比設(shè)計(jì)。機(jī)身鑄造的材料，其化學(xué)成分中主要有C、S1、Mn、Cu、P、S及合金化元素，這些元素均不同程度的影響著鑄件的力學(xué)性能和鑄造性能，其中碳當(dāng)量主要影響石墨形態(tài)和鑄造性能，合金元素主要影響基體中珠光體的含量，從而影響鑄件的本體強(qiáng)度、硬度、均勻性和熱疲勞性。現(xiàn)有的鑄造技術(shù)在配比鑄造材料時(shí)，往往因其中一種或多種元素配比不合理，輕則導(dǎo)致鑄件出現(xiàn)組織缺陷降低機(jī)械性能，重則導(dǎo)致鑄件不合格產(chǎn)生報(bào)廢，增加企業(yè)生產(chǎn)成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種船用柴油機(jī)機(jī)身鑄造材料，該鑄造材料解決了現(xiàn)有船用柴油機(jī)機(jī)身鑄造材料因其中一種或多種元素配比不合理而導(dǎo)致鑄件出現(xiàn)組織缺陷、機(jī)械性能降低的問(wèn)題。
[0006]本發(fā)明的另一目的是提供上述機(jī)身鑄造材料的制備方法，能夠制造出更具穩(wěn)定性的合金材料。
[0007]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種船用柴油機(jī)機(jī)身鑄造材料，按質(zhì)量百分比由以下成分組成-Fe 91%?94%，C 3.4%?4.0%，Si 1.4%?2.6%，Cu 1%?2%，Mn0.1%?0.3%, P 0.02%?0.07%, S 0.01%?0.03%，以上組分的含量總和為100%。
[0008]本發(fā)明所采用的另一技術(shù)方案是，上述柴油機(jī)機(jī)身鑄造材料的制備方法，具體按照以下步驟實(shí)施:
[0009]步驟1、熔融爐料:按要求的設(shè)計(jì)組分進(jìn)行爐前化學(xué)成分配比，秤量爐料，將稱量好的爐料和合金加入爐中，送電，熔化并均勻化成分；加料順序?yàn)橄燃訝t料，熔清后再加入合金，制得初始鐵水。
[0010]步驟2、調(diào)整熔煉成分:
[0011]步驟2.1、分析初始鐵水的化學(xué)成分，根據(jù)化學(xué)分析結(jié)果確定成分差，并根據(jù)成分差，依據(jù)要求的設(shè)計(jì)組分進(jìn)行補(bǔ)差計(jì)算，將需要補(bǔ)充的爐料、合金加入爐中，送電熔化并再次均勻化成分；
[0012]步驟2.2、再次取樣分析，并根據(jù)化學(xué)分析結(jié)果進(jìn)行成分微調(diào)，重復(fù)上述步驟來(lái)調(diào)整化學(xué)成分，直到各元素達(dá)到設(shè)計(jì)要求，制得共晶合金；
[0013]步驟3、進(jìn)行球化處理:將經(jīng)步驟2制得的共晶合金加入球化劑和孕育劑，進(jìn)行球化處理；
[0014]步驟4、進(jìn)行反球化處理:將經(jīng)步驟3處理的共晶合金加入反球化劑，進(jìn)行反球化處理，處理溫度1460°C?1490°C，制得機(jī)身鑄造材料。
[0015]本發(fā)明另一種技術(shù)方案的特點(diǎn)還在于，
[0016]要求的設(shè)計(jì)組分為:按質(zhì)量百分比由以下成分組成:Fe 91%?94%，C 3.4%?4.0 %, Si 1.4%?2.6%，Cu I % ?2 %，Mn 0.1%?0.3%，P 0.02 % ?0.07 %，S0.01%~ 0.03%，以上組分的含量總和為100%。
[0017]爐料包括檢驗(yàn)合格的生鐵、廢鋼及球墨鑄鐵機(jī)身澆冒口、廢球墨鑄鐵機(jī)身、球鐵材質(zhì)廢鑄件、低牌號(hào)灰鑄鐵廢鑄件。
[0018]球化劑為Mg或Re-Mg合金，球化劑的塊度1mm?20mm，添加量為鐵水質(zhì)量的0.03?0.055% ;孕育劑為75FeSi，添加量為鐵水質(zhì)量的0.2%?0.6%。
[0019]反球化劑包括Ti，Pb，Te和As，添加量不大于鐵水質(zhì)量的0.1%，其中，Ti含量不大于0.05%, Pb含量不大于0.002%, Te含量不大于0.03%, As含量不大于0.02%。
[0020]球化處理工序的具體方法為，將鐵水升溫至1460°C -1500°C，在鐵水上先覆一層球化劑，再將孕育劑和球化劑混合后二次出鐵時(shí)隨流沖入。
[0021]本發(fā)明的有益效果是，
[0022](I) 一種船用柴油機(jī)機(jī)身鑄造材料，通過(guò)合金組分配比，設(shè)計(jì)碳當(dāng)量及其它元素的含量，使材料在鑄造時(shí)流動(dòng)性提高，更有利于澆注船用柴油機(jī)機(jī)身的成形條件，有利于材料自身補(bǔ)縮，提高了鑄件組織致密性，從而獲得健全的鑄件，提高了鑄件的機(jī)械性能和成品率，節(jié)省鑄造成本。
[0023](2) 一種船用柴油機(jī)機(jī)身鑄造材料的制備方法，通過(guò)材料化學(xué)成分控制、合金球化工藝、合金反球化工藝及熔煉工藝，制備出共晶合金，并且提高了工藝可靠性，使制備出的合金材料更具穩(wěn)定性，從而進(jìn)一步提高鑄件的成品率，節(jié)省鑄造成本。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0025]本發(fā)明一種船用柴油機(jī)機(jī)身鑄造材料，按質(zhì)量百分比由以下成分組成:Fe 91%?94%, C 3.4% ?4.0%，Si 1.4% ?2.6%，Cu 1% ?2%，Mn 0.1% ?0.3%，Ρ 0.02%?0.07%, S 0.01%?0.03%，以上組分的含量總和為100%，經(jīng)計(jì)算，鑄造材料中的碳當(dāng)量為 3.6%?3.
[0026]本發(fā)明一種船用柴油機(jī)機(jī)身鑄造材料的制備方法，具體按照以下步驟實(shí)施:
[0027]步驟1、熔融爐料:按要求的設(shè)計(jì)組分進(jìn)行爐前化學(xué)成分配比，秤量爐料，將稱量好的爐料和合金加入爐中，送電，熔化并均勻化成分；加料順序?yàn)橄燃訝t料，熔清后再加入合金，制得初始鐵水，其中，要求的設(shè)計(jì)組分為:按質(zhì)量百分比由以下成分組成:Fe 91%?94%, C 3.4% ?4.0%，Si 1.4% ?2.6%，Cu 1% ?2%，Mn 0.1% ?0.3%，Ρ 0.02%?0.07%, S 0.01%?0.03%，以上組分的含量總和為100%;爐料包括檢驗(yàn)合格的生鐵、廢鋼及球墨鑄鐵機(jī)身澆冒口、廢球墨鑄鐵機(jī)身、球鐵材質(zhì)廢鑄件、低牌號(hào)灰鑄鐵廢鑄件。
[0028]步驟2、調(diào)整熔煉成分:
[0029]步驟2.1、分析初始鐵水的化學(xué)成分，根據(jù)化學(xué)分析結(jié)果確定成分差，并根據(jù)成分差，依據(jù)要求的設(shè)計(jì)組分進(jìn)行補(bǔ)差計(jì)算，將需要補(bǔ)充的爐料、合金加入爐中，送電熔化并再次均勻化成分；
[0030]步驟2.2、再次取樣分析，并根據(jù)化學(xué)分析結(jié)果進(jìn)行成分微調(diào)，重復(fù)上述步驟來(lái)調(diào)整化學(xué)成分，直到各元素達(dá)到設(shè)計(jì)要求，制得共晶合金。
[0031]步驟3、進(jìn)行球化處理:將經(jīng)步驟2制得的共晶合金加入球化劑和孕育劑，進(jìn)行球化處理:將鐵水升溫至1460°C -1500°C，在鐵水上先覆一層球化劑，再將孕育劑和球化劑混合后二次出鐵時(shí)隨流沖入其中，球化劑為Mg或Re-Mg合金，球化劑的塊度1mm?20mm，添加量為鐵水質(zhì)量的0.03?0.055 % ;孕育劑為75FeSi，添加量為鐵水質(zhì)量的0.2 %?0.6 %。
[0032]步驟4、進(jìn)行反球化處理:將經(jīng)步驟3處理的共晶合金加入反球化劑，進(jìn)行反球化處理，處理溫度1460°C?1490°C，其中，反球化劑包括Ti，Pb，Te和As，添加量不大于鐵水質(zhì)量的0.1%，其中，Ti含量不大于0.05%, Pb含量不大于0.002%, Te含量不大于0.03%,As含量不大于0.02%，制得機(jī)身鑄造材料。
[0033]本發(fā)明步驟I中，爐料準(zhǔn)備前進(jìn)行材料組分設(shè)計(jì)，之后依次按順序加入爐料，熔化并均勻化成分，能夠使各組分更均勻地熔化。
[0034]本發(fā)明步驟2中，完成化學(xué)成分調(diào)整。從原鐵水的化學(xué)成分分析開(kāi)始，依據(jù)各類爐料、合金的成分進(jìn)行補(bǔ)差計(jì)算；稱量要加入的爐料、合金加入爐中，送電熔化并均勻化成分(加料順序?yàn)橄燃訝t料，熔清后加合金)；再次取樣分析；根據(jù)化學(xué)分析結(jié)果進(jìn)行成分微調(diào)；按照以上步驟，制備出達(dá)到共晶合金的成分。
[0035]本發(fā)明船用柴油機(jī)機(jī)身鑄造材料成分設(shè)計(jì)中，I)提高碳當(dāng)量:因?yàn)樘荚卮龠M(jìn)石墨化，減少白口傾向，改善流動(dòng)性，增加凝固時(shí)的體積膨脹，在不引起石墨漂浮的前提下，有利于減少鐵水的收縮和提高鐵水的石墨化膨脹自補(bǔ)縮能力。2)降低合金化元素含量:在保證機(jī)械性能的前提下，應(yīng)降低合金化元素含量，特別是碳化物形成元素含量，如猛、絡(luò)、銀等元素，有利于減少鐵水的收縮傾向。3)降低殘留鎂和稀土含量:鎂和稀土在鐵水中均能增加白口傾向，在保證球化的前提下，盡量降低鎂和稀土，也要求原鐵水中的反球化元素和含硫量低。4)降低磷含量:低熔點(diǎn)磷共晶存在，會(huì)導(dǎo)致最后凝固時(shí)得不到補(bǔ)縮而產(chǎn)生縮松。
[0036]材料配比主要依據(jù)鑄件球墨鑄鐵的牌號(hào)和各種性能要求，如鑄件的尺寸、重量、形狀和冷卻速度，是否熱處理，球化和脫硫工藝及原材料條件等，綜合考慮設(shè)計(jì)出C、S1、Mn、P、S及合金化元素的合理配比。根據(jù)以上原則，通過(guò)設(shè)計(jì)