CN102424930B

CN102424930B - 一种冷激铸铁零件的制造工艺

Info

Publication number: CN102424930B
Application number: CN 201110390770
Authority: CN
Inventors: 王常青; 梁钞洪; 宋华
Original assignee: YIBIN CHANGDA MACHINERY CO Ltd
Current assignee: YIBIN CHANGDA MACHINERY CO Ltd
Priority date: 2011-12-01
Filing date: 2011-12-01
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2031-12-01
Also published as: CN102424930A

Abstract

本发明公开了一种冷激铸铁零件的制造工艺，包括以下步骤：A)配料：碳:3.2-3.7%；硅:1.3-2.2%；锰：0.3-0.9%；铬:0.2-0.8%；镍：0.24-0.6%；钼:0.2-0.6%；钒:0.2-0.8%；钛:0.005-0.05%；铋:0.005-0.05%，其余为废钢、生铁和回炉料；B)熔炼：包括以下分步：a)投料熔化；b)过热静置：将铁水加热至1520-1550℃，再断热静置至1460-1500℃；c)孕育：加入硅以及替代碳当量的稀土孕育合金，其中硅:0.3-0.4%，稀土孕育合金：0.15-0.4%，控制铁水温度在1390-1430℃，保持30-60秒；C)浇注：将温度在1380-1420℃的铁水注入设有冷铁的砂型中成型，冷却速度在80℃/S-120℃/S之间；D)冷却开箱、清砂。本发明能改善冷激铸铁的微观组织结构，所获零件具有高硬度和较好的韧性，可提高产品的机械性能，延长产品的使用寿命。

Description

一种冷激铸铁零件的制造工艺

技术领域

本发明涉及一种用于制造冷激铸铁零件的工艺。

背景技术

目前，柴油发动机气门挺杆、凸轮轴所用原材料主要为冷激铸铁，其工况要求零件具有高硬度和较好的韧性；现有冷激铸铁的生产工艺已较为成熟，通常用中频熔炼的方式，采用的铸造配方一般为C:3.0-3.5%；Si:1.6-2.5%；Mn：0.3-0.8%；S:≤0.30%；P:≤0.25%；Cr：≤0.30%；Mo：0.2-0.4%；Ni：0.3-0.8%，然后经过熔炼、浇注和冷却开箱、清砂获得产品；从现有冷激铸铁的微观组织上分析：碳化物（Fe3C）的含量为20-35%,数量较少，且在基体中呈无规则的网状分布，碳化物硬度仅为HV930-970，基体硬度HRC≤65；而石墨的含量＞10%，偏多，且存在片状石墨，对基体有割裂作用，造成基体韧性、强度降低；

从实际使用上看，采用传统工艺所得冷激铸铁用于制造气门挺杆，其冷激面的硬度还不理想，导致耐磨性不高，发动机台架时间仅为400-600h，但随着汽车行业的发展，对发动机性能要求越来越高，传统铸造工艺所得产品开始不适应现有工况和技术要求。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的上述不足，提供一种冷激铸铁零件的制造工艺，它能改善冷激铸铁的微观组织结构，所获零件具有高硬度和较好的韧性，可提高产品的机械性能，延长产品的使用寿命。

为达到上述目的，本发明的一种冷激铸铁零件的制造工艺，其特征在于包括以下步骤：A) 配料：硅:1.3-2.2%；锰：0.3-0.9%；铬:0.2-0.8%；镍：0.24-0.6%；钼:0.2-0.6%；钒:0.2-0.8%；钛:0.005-0.05%；铋: 0.005-0.05%，以上皆为重量百分比，其余为废钢、生铁和回炉料，在生铁、回炉料和废钢中含有占总重量3.2%-3.7%的碳；B)熔炼：包括以下分步：a)投料熔化：按顺序依次加入生铁、回炉料、废钢、铬、镍、钼、钛、钒、锰、硅、铋；将配料投入炉内熔化为铁水；b)过热静置：将铁水加热至1520-1550℃，再断热静置至1460-1500℃；c)孕育：加入硅以及替代碳当量的稀土孕育合金，其中硅:0.3-0.4%，稀土孕育合金：0.15-0.4%，控制铁水温度在1390-1430℃，保持30-60秒，形成非自发性晶核；C)浇注：将温度在1380-1420℃的铁水注入设有冷铁的砂型中成型，冷却速度在80℃/s-120℃/s之间；D)冷却开箱、清砂。

本发明在配料时新加入一定量的钛、钒、铋三种元素，经试验证明:加入钒在冷激铸铁中产生VC、V2C、(FeV)3C、V4C3等合金碳化物，它们同时存在时，可形成特殊化合物，增强Fe和C的结合力，且强力地抑制了石墨化进程，减少了石墨的数量，石墨含量小于8%；加入钛于组织中形成细小的多边形TiC颗粒固溶于基体中，不仅硬度极高：TiC硬度达到HV3200、VC硬度达到HV2800，使得基体硬度提高，还可促使铸铁中粗大、片状石墨的细化，但它们的加入量如果过高则会严重影响基体的脆性，增大断裂风险；而铋的加入能有效的细化石墨，防止石墨形态的畸变,可形成球状石墨，并均匀分布于基体中，对基体的割裂作用几乎消失，使得基体韧性增加；以上新元素的加入再配合冷却速度的增大，使得基体中合金碳化物的数量得到增加、晶粒得到均匀细化，并使基体组织片间距缩小，一次、二次支晶臂间距缩小，使显微缩松、夹杂等分散均匀化，从而提高组织的均匀性、基体的冲击韧性大幅度提高。

作为本发明的进一步改进，在步骤A配料时还包括重量百分比为0.16-0.4%的铜，铜在锰和硅之间投料熔化；铜能够降低奥氏体转变的临界温度，使合金结晶过冷度增大，从而加快了结晶过程的冷却速度，同时能够细化和增加珠光体，从而使基体强度增加；上述投料顺序可提高合金在铁水中的吸收率，减少烧损；

作为本发明的进一步改进，在步骤C浇注时，所铸零件的高硬工作面与砂型中的冷铁接触；可使得碳化物垂直于冷激面规则分布，进一步提高耐磨性；

综上所述，本发明能改善冷激铸铁的微观组织结构，所获零件具有高硬度和较好的韧性，可提高产品的机械性能，延长产品的使用寿命。

附图说明

图1为原工艺所获冷激铸铁碳化物形态放大百倍的金相照片。

图2为本发明所获冷激铸铁碳化物形态放大百倍的金相照片。

图3为原工艺所获冷激铸铁石墨形态放大百倍的金相照片。

图4为本发明所获冷激铸铁石墨形态放大百倍的金相照片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

该冷激铸铁零件的制造工艺，包括以下步骤：A)配料：硅: 2.2%；锰：0.9%；铬: 0.8%；镍：0.6%；钼:0.6%；钒:0.8%；钛:0.05%；铜：0.4%；铋: 0.05%，以上皆为重量百分比，其余为废钢、生铁和回炉料，占总重量3.7%的碳存在于废钢、生铁和回炉料中；B)熔炼：包括以下分步：a)投料熔化：按顺序依次加入生铁、回炉料、废钢、铬、镍、钼、钛、钒、锰、铜、硅、铋；将配料投入炉内熔化为铁水；b)过热静置：将铁水加热至1550℃，再断热静置至1500℃；c)孕育：加入硅以及替代碳当量的稀土孕育合金，其中硅:0.4%，稀土合金：0.4%，控制铁水温度在1410-1430℃，保持60秒，可形成非自发性晶核；C)浇注：将温度在1420℃的铁水注入设有冷铁的砂型中成型，所铸零件的高硬工作面与砂型中的冷铁接触，冷却速度为110℃/s-120℃/s之间；D)冷却开箱、清砂。

本发明在配料时新加入一定量的钛、钒、铋三种元素，经试验证明:加入钒在冷激铸铁中产生VC、V2C、(FeV)3C、V4C3等合金碳化物，它们同时存在时，可形成特殊化合物，增强Fe和C的结合力，且强力地抑制了石墨化进程，减少了石墨的数量；加入钛于组织中形成细小的多边形TiC颗粒固溶于基体中，不仅硬度极高：TiC硬度达到HV3200、VC硬度达到HV2800，使得基体硬度提高，达到HRC70，还可促使铸铁中粗大、片状石墨的细化；而铋的加入能有效的细化石墨，防止石墨形态的畸变,形成球状石墨，并均匀分布于基体中，对基体的割裂作用几乎消失，使得基体韧性增加，从图3与图4的对比中可直观地看出，本实施例所获冷激铸铁中的石墨含量仅为原来的10%以下，且分布更为均匀，粒径大为减小，直径低于0.02mm；

以上新元素的加入再配合冷却速度的增大，从图1与图2的对比即可看出，本实施例所获冷激铸铁与原工艺所获冷激铸铁相比，其基体中合金碳化物的数量得到增加、晶粒得到均匀细化，并使基体组织片间距缩小，一次、二次支晶臂间距缩小，使显微缩松、夹杂等分散均匀化，从而提高组织的均匀性、基体的冲击韧性大幅度提高；铜能够降低奥氏体转变的临界温度，加上孕育合金快速形成非自发性晶核，使合金结晶过冷度增大，从而加快了结晶过程的冷却速度，同时能够细化和增加珠光体，从而使基体强度增加；所铸零件的高硬工作面与砂型中的冷铁接触，可使得碳化物垂直于冷激面规则分布，进一步提高耐磨性，采用上述工艺所制气门挺杆参与发动机台架试验，试验时间高达2000h。

实施例二

该冷激铸铁零件的制造工艺，包括以下步骤：A)配料：硅:1.3%；锰：0.3%；铬:0.2%；镍：0.24%；钼:0.2%；钒:0.2%；钛:0.005%；铜：0.16%；铋: 0.005%，以上皆为重量百分比，其余为废钢、生铁和回炉料，占总重量3.2%的碳存在于废钢、生铁和回炉料中；B)熔炼：包括以下分步：a)投料熔化：按顺序依次加入生铁、回炉料、废钢、铬、镍、钼、钛、钒、锰、铜、硅、铋；将配料投入炉内熔化为铁水；b)过热静置：将铁水加热至1520℃，再断热静置至1460℃；c)孕育：加入硅以及替代碳当量的稀土孕育合金，其中硅:0.3%，稀土孕育合金： 0.15%，控制铁水温度在1390-1410℃，保持30秒，可快速形成非自发性晶核；C)浇注：将温度在1380-1400℃的铁水注入设有冷铁的砂型中成型，冷却速度在80℃/s-90℃/s之间；D)冷却开箱、清砂。

本实施例与实施例一的区别在于，各种合金元素的含量偏低，形成的各种合金碳化物的含量稍低，特别是VC、V2C、(FeV)3C、V4C3及TiC，基体的硬度稍低，可到达HRC 67，仍比原工艺所获的冷激铸铁要高，基体中的石墨数量稍有增加，基体韧性比实施例一稍好，铋也能有效的细化石墨，防止石墨形态的畸变,形成球状石墨，并均匀分布于基体中，对基体的割裂作用几乎消失，并且同样可使晶粒得到均匀细化，并使基体组织片间距缩小，一次、二次支晶臂间距缩小，使显微缩松、夹杂等分散均匀化，从而提高组织的均匀性、基体的冲击韧性大幅度提高。

实施例三

该冷激铸铁零件的制造工艺，包括以下步骤：A)配料：硅:1.7%；锰：0.6%；铬:0.5%；镍：0.41%；钼:0.4%；钒:0.5%；钛:0.027%；铜：0.3%；铋: 0.026%，以上皆为重量百分比，其余为废钢、生铁和回炉料，占总重量3.5%的碳存在于废钢、生铁和回炉料中；B)熔炼：包括以下分步：a)投料熔化：按顺序依次加入生铁、回炉料、废钢、铬、镍、钼、钛、钒、锰、铜、硅、铋；将配料投入炉内熔化为铁水；b)过热静置：将铁水加热至1520℃，再断热静置至1460℃；c)孕育：加入硅以及替代碳当量的稀土孕育合金，其中硅:0.35%，稀土孕育合金： 0.3%，控制铁水温度在1400-1420℃，保持45秒，可形成非自发性晶核；C)浇注：将温度在1390-1410℃的铁水注入设有冷铁的砂型中成型，冷却速度在100℃/s-110℃/s之间；D)冷却开箱、清砂。

本实施例各种合金元素的含量介于实施例一和实施例二之间，其所获零件的硬度和韧性也介于二者之间，具有较佳的综合机械性能；投料顺序可使得熔点较低的硅和铋在铁水中减少烧损，提高吸收率，充分提高合金的利用率。

Claims

1.一种冷激铸铁零件的制造工艺，其特征在于包括以下步骤：A)配料：硅:1.3-2.2%；锰：0.3-0.9%；铬:0.2-0.8%；镍：0.24-0.6%；钼:0.2-0.6%；钒:0.2-0.8%；钛:0.005-0.05%；铋: 0.005-0.05%，以上皆为重量百分比，其余为废钢、生铁和回炉料，在生铁、回炉料和废钢中含有占总重量3.2%-3.7%的碳；B)熔炼：包括以下分步：a)投料熔化：按顺序依次加入生铁、回炉料、废钢、铬、镍、钼、钛、钒、锰、硅、铋；将配料投入炉内熔化为铁水；b)过热静置：将铁水加热至1520-1550℃，再断热静置至1460-1500℃；c)孕育：加入硅以及替代碳当量的稀土孕育合金，其中硅:0.3-0.4%，稀土孕育合金：0.15-0.4%，控制铁水温度在1390-1430℃，保持30-60秒，形成非自发性晶核；C)浇注：将温度在1380-1420℃的铁水注入设有冷铁的砂型中成型，冷却速度在80℃/s-120℃/s之间；D)冷却开箱、清砂。

2.如权利要求1所述的一种冷激铸铁零件的制造工艺，其特征在于在步骤A配料时还包括重量百分比为0.16-0.4%的铜，铜在锰和硅之间投料熔化。

3.如权利要求1或2所述的一种冷激铸铁零件的制造工艺，其特征在于在步骤C浇注时，所铸零件的高硬工作面与砂型中的冷铁接触。