CN105088056A - 一种非合金化、高强度灰铸铁生产液压铸件的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种非合金化、高强度灰铸铁生产液压铸件的制备方法，包括步骤一、确定铸件所需的化学成分及各元素之间相互关系；步骤二、采用中频感应电炉进行熔炼；步骤三、对炉料进行炉前铁水转运包冲兑合金及废钢；步骤四、对铁液进行三级孕育处理；步骤五、控制冷却时间，获得HT250及？HT300铸件。本发明在非合金化前提下，采用较高的碳当量，全废钢熔炼碳化硅增硅处理，石墨化增碳剂调整碳量合成铸铁，不仅铸铁的晶核，数量得到了提高，还改善了石墨形态，提升了全面铁液质量，从而稳定获得高强度灰铸铁液压铸件HT250、HT300。
Description
技术领域
本发明涉及一种非合金化、高强度灰铸铁生产液压铸件的制备方法，尤其是一种生产高强度灰铸铁HT250、HT300的制备方法，属于材料技术领域。
背景技术
灰铸铁是指具有片状石墨的铸铁，因断裂时断口呈暗灰色，故称为灰铸铁。要成分是铁、碳、硅、锰、硫、磷，是应用最广的铸铁，其产量占铸铁总产量80%以上，其中HT250、HT300为珠光体类型的灰铸铁。具有较高的强度、较好的耐磨性以及减振性能，因此，该材料广泛地用于制造发动机缸体、缸盖以及机床等箱体类结构零件。但其白口倾向大，铸造性能差，需进行人工时效处理。目前，制备HT250、HT300的高强度铸铁材料时，为稳定材料性能，一般均采用单一或者同时加入铜、铬合金元素。但是在非合金化条件下制备HT250、HT300高强度铸铁时存在性能稳定性低的问题。
而申请号为201310635061.0《一种高强度灰铸铁材料制备方法》的申请文件，虽然也提供了一种高强度灰铸铁材料制备方法，但是其炉料含碳量高，无法为增碳处理留出空间，无法降低过冷度，综合性能不高。同时，该申请也未规定铸件冷却时间，极易造成铸件组织结构波动大，质量不稳定，导致铸件的致命性、加工性都无法保证。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，提出一种稳定生产高强度灰铸铁液压铸件的制备方法，从而稳定获得高强度灰铸铁液压铸件HT250、HT300。
本发明通过以下技术方案解决技术问题：一种非合金化、高强度灰铸铁生产液压铸件的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、：步骤一、对HT250液压转向器阀体铸件及HT300液压马达阀体铸件所需的化学成分进行配比，并确定各元素之间相互关系：HT250液压转向器阀体铸件含有以下质量百分比的化学成分：C：3.15～3.25%，Si：2.10～2.20%，Mn：0.80～0.90%，P＜0.1%，S：0.08～0.12%，CE：3.86～3.94%，其余为Fe；所述ω(Si)/ω(C)：0.68～0.69，Si-Mn的差值为1.3，孕育硅与总硅的比值：ω(Si孕)/ω(Si终)为0.2～0.3；所述HT300液压马达阀体铸件含有以下质量百分比的化学成分：C：3.10～3.20%，Si：2.10～2.20%，Mn：0.85～0.95%，P＜0.1%，S：0.08～0.12%，CE：3.86～3.94%，其余为Fe；所述ω(Si)/ω(C)：0.68～0.69，Si-Mn的差值为1.25，孕育硅与总硅的比值：ω(Si孕)/ω(Si终)为0.25～0.35；
步骤二、采用中频感应电炉进行熔炼：选用废钢炉料及回炉料，将回炉料放置于炉底，废钢料放置于回炉料上，在炉料熔化不同程度时，分别加入石墨化增碳剂进行增碳处理及加入碳化硅进行增硅处理，并对铁液进行静置处理；
步骤三、静置后的炉料进行炉前铁水转运包冲兑合金及废钢：根据包内铁液量依次放入混合孕育剂、硅铁合金及高碳锰铁合金，之后再放入无锈碳素废钢；
步骤四、对铁液进行三级孕育处理：，一级孕育炉前转运包内使用混合孕育剂，二级孕育浇铸包内及三级孕育浇铸随流均使用硅铁孕育剂；
步骤五、完成三级孕育后，铸件在温度为1320℃～1380℃时进行浇铸；且在自动造型线型内冷却时间为90～120分钟，根据环境温度工件大小来确定，出型温度≤500℃；
步骤六、铸件最终经落砂、清理、打磨、检测后出厂。
进一步的，前述的非合金化、高强度灰铸铁生产液压铸件的制备方法，步骤二中，废钢炉料为碳素废钢，所述碳素废钢含有以下质量百分比的化学成分：C：0.2%，S：0.2%，Mn：0.4%，所述废钢炉料与回炉料占炉料的比值分别为80%、20%；
所述石墨化增碳剂在炉料熔化三分之一时加入至炉料中部；所述石墨化增碳剂的重量分别为：铸造HT250时，所述石墨化增碳剂的加入量为废钢炉料量×2.76%；铸造HT300时，所述碳化硅的加入量为废钢炉料量×2.74%；
所述碳化硅在炉料熔化三分之二时（说明书中为炉料熔化过半时）加入至炉料中部，所述碳化硅（含量85%）的加入量分别为：铸造HT250时，所述碳化硅的加入量为废钢炉料量×2.34%；铸造HT300时，所述碳化硅的加入量为废钢炉料量×2.19%。
且，炉料在1510℃高温中熔炼，并静置3～5分钟后，温度降至1490℃时出铁。
进一步的，前述的非合金化、高强度灰铸铁生产液压铸件的制备方法，步骤三中，混合孕育剂为：硅钡合金及稀土硅钡钙合金以6：4配比而成，所述混合孕育剂的粒度为3～8mm，重量分别为：铸造HT250时，所述混合孕育剂重量为包内铁液量×0.17%；铸造HT300时，所述混合孕育剂重量为包内铁液量×0.18%；
所述硅铁合金为FeSi75A12P-B，粒度为5～15mm,重量为包内铁液量×0.33%；
所述锰铁合金为FeMn68C7,粒度为5～15mm，重量为包内铁液量*0.4%；
所述无锈碳素废钢重量为包内铁液量×2%～5%,并根据浇铸温度，当浇温高时选取下限，浇温低时选取上限，且所述无锈碳素废钢长度＜100mm,厚度＜3mm。
进一步的，前述的非合金化、高强度灰铸铁生产液压铸件的制备方法，
进一步的，前述的非合金化、高强度灰铸铁生产液压铸件的制备方法，混合孕育剂为：硅钡合金FeBaSi,其成分为Si60～68%，A11.0～2.0%，Ca0.8～22%，Ba4～6%，Mn8～10%，余量为Fe；硅钡钙稀土合金RECaBaSi,成分为RE3～5%，Ca1～3%，Ba1.5～4%，A1<3%Si46～54%，余量为Fe。
硅铁孕育剂为75FeSi，其成分为Si74-79%,AI0.8-1.6%，余量为Fe。
铸造HT250时，一级孕育炉前铁液转运包内，使用混合孕育剂，所述混合孕育剂的粒度为3-8mm,用量为包内铁液量×0.17%；二级孕育浇铸包内，使用FeSi75孕育剂，所述FeSi75孕育剂的粒度为1-3mm，用量为铁液量×0.13%；三级孕育浇铸随流，机器控制随流孕育剂为FeSi75孕育剂，所述FeSi75孕育剂的粒度为0.3-1.0mm,用量为铁液的0.21%。
铸造HT300时，一级孕育炉前铁液转运包内，使用混合孕育剂，所述混合孕育剂的粒度为3-8mm,用量为包内铁液量×0.18%；二级孕育浇铸包内，使用FeSi75孕育剂，所述FeSi75孕育剂的粒度为1-3mm，用量为铁液量×0.18%；三级孕育浇铸随流，机器控制随流孕育剂为FeSi75孕育剂，所述FeSi75孕育剂的粒度为0.3-1.0mm,用量为铁液的0.21%。
进一步的，前述的非合金化、高强度灰铸铁生产液压铸件的制备方法，步骤五中，铸件在自动造型线型内根据环境温度、工件大小确定冷却时间为90-120分钟，铸件落砂温度＜500℃。
本发明在非合金化前提下，采用较高的碳当量，全废钢熔炼碳化硅增硅处理，石墨化增碳剂调整碳量合成铸铁，不仅铸铁的晶核，数量得到了提高，还改善了石墨形态，提升了全面铁液质量。1500℃-1510℃高温熔炼，优化铁液熔炼质量，根据材料牌号，选择合适的化学成分，调整Si/C比值在0.65-0.75之间，Si-Mn差值在1.3-1.5之间，ω(Si孕)/ω(Si终)即孕育硅与总硅量比值在0.25-0.35之间。采用硅钡合金和硅钡钙稀土混合孕育剂和FeSi75孕育剂，在炉前铁液转运包，浇铸包和浇铸随流作三级孕育处理。将部分合金锰铁、硅铁、连同转运包铁液量2%-5%的废钢放入炉前转运包，冲兑铁液，改善铁液冶金状态，提高铁液受孕能力和孕育效果，细化石墨，细化基体，增加初生奥氏体的数量，控制铸件型内冷却时间，进一步改善铸件组织机构和力学性能，生产出质量稳定的BZZ系列液压转向器阀体铸件HT250及BM系列液压马达阀体铸件HT300。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
实施例一
步骤一、确定材质HT250为BZZ全液压转向器阀体，所需的化学成分及各元素之间相互关系：C：3.15～3.25%，Si：2.10～2.20%，Mn：0.80～0.90%，P＜0.1%，S：0.08～0.12%，CE：3.86～3.94%，其余为Fe；且，ω(Si)/ω(C)：0.68～0.69，Si-Mn的差值为1.3，孕育硅与总硅的比值：ω(Si孕)/ω(Si终)为0.2～0.3。
步骤二、采用中频感应电炉进行熔炼：炉料采用80%碳素废钢与20%回炉料；其中，碳素废钢含有以下质量百分比的化学成分：C：0.2%，S：0.2%，Mn：0.4%，回炉料为铸件相同牌号。将回炉料放置于炉底，废钢料放置于回炉料上；
在炉料熔化三分之一时将重量为废钢量*2.76%的石墨化增碳剂加入至炉料中部，进行增碳处理；
在炉料熔化三分之二时将碳化硅加入至炉料中部，进行增硅处理。其中，碳化硅（含量85%）的加入量为：全废钢炉料量2t×2.19%；
同时，熔炼中元素烧损5%已计算在配料中；
并对铁液进行静置处理：炉料在1510℃高温中熔炼，并静置3～5分钟后，温度降至1490℃时出铁。
步骤三、静置后的炉料进行炉前铁水转运包冲兑合金及废钢：根据包内铁液量依次放入混合孕育剂、硅铁合金及高碳锰铁合金，之后再放入无锈碳素废钢；
其中，混合孕育剂为：硅钡合金及稀土硅钡钙合金以6：4配比而成，粒度为3～8mm，重量为包内铁液量500kg×0.18%；
硅铁合金为FeSi75A12P-B，粒度为5～15mm,重量为包内铁液量500kg×0.4%；
锰铁合金为FeMn68C7,粒度为5～15mm，重量为包内铁液量500kg×0.38%；
无锈碳素废钢重量为包内铁液量×2%～5%,并根据浇铸温度，当浇温超1380oC时选取选取下限2%，浇温1340oC以下时选取上限5%，且无锈碳素废钢长度＜100mm,厚度＜3mm。
步骤四、对铁液进行三级孕育处理：使用混合孕育剂，用于一级孕育炉前转运包内、使用硅铁孕育剂，用于二级孕育浇铸包内及三级孕育浇铸随流；
其中，混合孕育剂为：硅钡合金及稀土硅钡钙合金以6：4配比而成，粒度为3～8mm，用于炉前转运包内；硅钡合金FeBaSi,其成分为Si：60～68%，Al：1.0～2.0%，Ca：0.8～22%，Ba：4～6%，Mn：8～10%，余量为Fe；硅钡钙稀土合金RECaBaSi,成分为RE3～5%，Ca1～3%，Ba1.5～4%，A1<3%Si46～54%，余量为Fe。
硅铁孕育剂为75FeSi，其成分为Si：74-79%,AI：0.8-1.6%，Ca0.5-1.0%余量为Fe；其中，粒度1～3mm用于浇铸包内，粒度0.3～1mm用于随流孕育。
该孕育工艺表如下表所示：
步骤五、完成三级孕育后，铸件在温度为1320℃～1380℃浇铸。
铸件在自动造型线型内冷却时间为90～120分钟，根据环境温度工件大小来确定，且铸件出型温度≤500℃。
步骤六、铸件最终经落砂、清理、打磨、检测后出厂。
完成后的材质为HT250的BZZ全液压转向器阀体，重量5kg，铸件壁厚差20mm,终端产品落处仅1.8mm,要求耐压25Mpa,基本硬度HB200±10，单件硬度差小于HB5，珠光体基体，A型石墨85%以上，易切削加工。按照本工艺方法，稳定大批量生产出液压转向器阀体。本体强度达到250-270Mpa,硬度190-210HB,单件硬度差5HB内，25Mpa压力无渗漏，金相组织片状A型石墨均匀分布，珠光体含量91.5%，碳化物1%，易切削加工。已经大批量供货国内最大液压转向器生产厂镇江液压股份，大批量出口。
实施例二
步骤一、确定材质为HT300的BM系列摆线液压马达阀体，所需的化学成分及各元素之间相互关系：C：3.10～3.20%，Si：2.10～2.20%，Mn：0.85～0.95%，P＜0.1%，S：0.08～0.12%，CE：3.86～3.94%，其余为Fe；所述ω(Si)/ω(C)：0.68～0.69，Si-Mn的差值为1.25，孕育硅与总硅的比值：ω(Si孕)/ω(Si终)为0.25～0.35。
步骤二、采用中频感应电炉进行熔炼：炉料采用80%碳素废钢与20%回炉料；其中，碳素废钢含有以下质量百分比的化学成分：C：0.2%，S：0.2%，Mn：0.4%，回炉料为铸件相同牌号。将回炉料放置于炉底，废钢料放置于回炉料上；
在炉料熔化三分之一时将重量为废钢量2t*2.74%的石墨化增碳剂加入至炉料中部，进行增碳处理；
在炉料熔化三分之二时将碳化硅加入至炉料中部，进行增硅处理。其中，碳化硅（含量85%）的加入量为：废钢炉料量2t×2.34%；
同时，熔炼中元素烧损5%已计算在配料中；
并对铁液进行静置处理：炉料在1510℃高温中熔炼，并静置3～5分钟后，温度降至1490℃时出铁。
步骤三、静置后的炉料进行炉前铁水转运包冲兑合金及废钢：根据包内铁液量依次放入混合孕育剂、硅铁合金及高碳锰铁合金，之后再放入无锈碳素废钢；
其中，混合孕育剂为：硅钡合金及稀土硅钡钙合金以6：4配比而成，粒度为3～8mm，重量为包内铁液量500kg×0.17%；
硅铁合金为FeSi75A12P-B，粒度为5～15mm,重量为包内铁液量500kg×0.33%；
锰铁合金为FeMn68C7,粒度为5～15mm，重量为包内铁液量500kg×0.4%；
无锈碳素废钢重量为包内铁液量×2%～5%,并根据浇铸温度，当浇温超1380oC时选取选取下限2%，浇温1340oC以下时选取上限5%，且无锈碳素废钢长度＜100mm,厚度＜3mm。
步骤四、对铁液进行三级孕育处理：使用混合孕育剂，用于一级孕育炉前转运包内、使用硅铁孕育剂，用于二级孕育浇铸包内及三级孕育浇铸随流；
其中，混合孕育剂为：硅钡合金及稀土硅钡钙合金以6：4配比而成，粒度为3～8mm，用于炉前转运包内；硅钡合金FeBaSi,其成分为Si：60～68%，Al：1.0～2.0%，Ca：0.8～22%，Ba：4～6%，Mn：8～10%，余量为Fe；钡钙稀土合金RECaBaSi,成分为RE3～5%，Ca1～3%，Ba1.5～4%，A1<3%Si46～54%，余量为Fe。
硅铁孕育剂为75FeSi，其成分为Si：74-79%,AI：0.8-1.6%，Ca0.5-1.0%余量为Fe；其中，粒度1～3mm用于浇铸包内，粒度0.3～1mm用于随流孕育。
该孕育工艺表如下表所示：
步骤五、完成三级孕育后，铸件在温度为1320℃～1380℃浇铸。
铸件在自动造型线型内冷却时间为90～120分钟，根据环境温度工件大小来确定，且铸件出型温度≤500℃。
步骤六、铸件最终经落砂、清理、打磨、检测后出厂。
完成后的材质为HT300的BM系列摆线液压马达阀体，重量4.5-7kg，硬度要求HB190-210,32Mpa压力无渗透。按本发明HT300化学成分，工艺方法，稳定生产出强度在320-350Mpa,硬度在HB195-210之间，A型片状石墨均匀分布，珠光体含量92.5%，碳化物含量1%，35MPa压力检测无渗漏，BM系列摆线液压马达阀体铸件成功大批量供货国内最大摆线液压马达生产厂，镇江大力液压马达厂，大批量出口欧美。
除上述实施外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (11)
1.一种非合金化、高强度灰铸铁生产液压铸件的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、对HT250液压转向器阀体铸件及HT300液压马达阀体铸件所需的化学成分进行配比，并确定各元素之间相互关系：HT250液压转向器阀体铸件含有以下质量百分比的化学成分：C：3.15～3.25%，Si：2.10～2.20%，Mn：0.80～0.90%，P＜0.1%，S：0.08～0.12%，CE：3.86～3.94%，其余为Fe；所述ω(Si)/ω(C)：0.68～0.69，Si-Mn的差值为1.3，孕育硅与总硅的比值：ω(Si孕)/ω(Si终)为0.2～0.3；所述HT300液压马达阀体铸件含有以下质量百分比的化学成分：C：3.10～3.20%，Si：2.10～2.20%，Mn：0.85～0.95%，P＜0.1%，S：0.08～0.12%，CE：3.86～3.94%，其余为Fe；所述ω(Si)/ω(C)：0.68～0.69，Si-Mn的差值为1.25，孕育硅与总硅的比值：ω(Si孕)/ω(Si终)为0.25～0.35；
步骤二、采用中频感应电炉进行熔炼：选用废钢炉料及回炉料，将回炉料放置于炉底，废钢料放置于回炉料上，在炉料熔化过程中，分别加入石墨化增碳剂进行增碳处理及加入碳化硅进行增硅处理，并对铁液进行静置处理；
步骤三、静置后的炉料进行炉前铁水转运包冲兑合金及废钢：根据包内铁液量依次放入混合孕育剂、硅铁合金及高碳锰铁合金，之后再放入无锈碳素废钢；
步骤四、对铁液进行三级孕育处理：，一级孕育炉前转运包内使用混合孕育剂，二级孕育浇铸包内及三级孕育浇铸随流均使用硅铁孕育剂；
步骤五、完成三级孕育后，铸件在温度为1320℃～1380℃时进行浇铸；并控制冷却时间；最终获得HT250液压转向器阀体铸件和HT300液压马达阀体铸件。
2.根据权利要求1所述的非合金化、高强度灰铸铁生产液压铸件的制备方法，其特征在于：所述HT250中Si在各工艺步骤中所占比例为：总量：2.15%，炉内：1.52%，炉前铁水转运包内：0.25%，孕育处理：0.38%；所述HT250中Mn在各工艺步骤中所占比例为：总量：0.85%，炉内：0.65%，炉前铁水转运包内：0.2%。
3.根据权利要求1所述的非合金化、高强度灰铸铁生产液压铸件的制备方法，其特征在于：所述HT300中Si在各工艺步骤中所占比例为：总量：2.15%，炉内：1.45%，炉前铁水转运包内：0.30%，孕育处理：0.40%；所述HT300中Mn在各工艺步骤中所占比例为：总量：0.90%，炉内：0.65%，炉前铁水转运包内：0.25%。
4.根据权利要求1所述的非合金化、高强度灰铸铁生产液压铸件的制备方法，其特征在于：所述步骤二中，废钢炉料为碳素废钢，所述碳素废钢含有以下质量百分比的化学成分：C：0.2%，S：0.2%，Mn：0.4%，所述废钢炉料与回炉料占炉料的比值分别为80%、20%；
所述石墨化增碳剂在炉料熔化三分之一时加入至炉料中部；所述石墨化增碳剂的重量分别为：铸造HT250时，所述石墨化增碳剂的加入量为废钢炉料量×2.76%；铸造HT300时，所述碳化硅的加入量为废钢炉料量×2.74%；
所述碳化硅在炉料熔化三分之二时加入至炉料中部，所述碳化硅的加入量分别为：铸造HT250时，所述碳化硅的加入量为废钢炉料量×2.34%；铸造HT300时，所述碳化硅的加入量为废钢炉料量×2.19%。
5.根据权利要求1所述的非合金化、高强度灰铸铁生产液压铸件的制备方法，其特征在于：所述步骤二中，炉料在1510℃高温中熔炼，并静置3～5分钟后，温度降至1490℃时出铁。
6.根据权利要求1所述的非合金化、高强度灰铸铁生产液压铸件的制备方法，其特征在于：所述步骤三中，所述混合孕育剂为：硅钡合金及稀土硅钡钙合金以6：4配比而成，所述混合孕育剂的粒度为3～8mm，重量分别为：铸造HT250时，所述混合孕育剂重量为包内铁液量×0.17%；铸造HT300时，所述混合孕育剂重量为包内铁液量×0.18%；
所述硅铁合金为FeSi75A12P-B，粒度为5～15mm,重量为包内铁液量×0.33%；
所述锰铁合金为FeMn68C7,粒度为5～15mm，重量为包内铁液量*0.4%；
所述无锈碳素废钢重量为包内铁液量×2%～5%,并根据浇铸温度，当浇温高时选取下限，浇温低时选取上限，且所述无锈碳素废钢长度＜100mm,厚度＜3mm。
7.根据权利要求6所述的非合金化、高强度灰铸铁生产液压铸件的制备方法，其特征在于：所述混合孕育剂为：硅钡合金FeBaSi,其成分为Si60～68%，A11.0～2.0%，Ca0.8～22%，Ba4～6%，Mn8～10%，余量为Fe；硅钡钙稀土合金RECaBaSi,成分为RE3～5%，Ca1～3%，Ba1.5～4%，A1<3%Si46～54%，余量为Fe。
8.根据权利要求1所述的非合金化、高强度灰铸铁生产液压铸件的制备方法，其特征在于：所述步骤四中，硅铁孕育剂为75FeSi，其成分为Si74-79%,AI0.8-1.6%，余量为Fe。
9.根据权利要求1所述的非合金化、高强度灰铸铁生产液压铸件的制备方法，其特征在于：所述步骤四中，铸造HT250时，一级孕育炉前铁液转运包内，使用混合孕育剂，所述混合孕育剂的粒度为3-8mm,用量为包内铁液量×0.17%；
二级孕育浇铸包内，使用FeSi75孕育剂，所述FeSi75孕育剂的粒度为1-3mm，用量为铁液量×0.13%；
三级孕育浇铸随流，机器控制随流孕育剂为FeSi75孕育剂，所述FeSi75孕育剂的粒度为0.3-1.0mm,用量为铁液的0.21%。
10.根据权利要求1所述的非合金化、高强度灰铸铁生产液压铸件的制备方法，其特征在于：所述步骤四中，铸造HT300时，一级孕育炉前铁液转运包内，使用混合孕育剂，所述混合孕育剂的粒度为3-8mm,用量为包内铁液量×0.18%；
二级孕育浇铸包内，使用FeSi75孕育剂，所述FeSi75孕育剂的粒度为1-3mm，用量为铁液量×0.18%；
三级孕育浇铸随流，机器控制随流孕育剂为FeSi75孕育剂，所述FeSi75孕育剂的粒度为0.3-1.0mm,用量为铁液的0.21%。
11.根据权利要求1所述的非合金化、高强度灰铸铁生产液压铸件的制备方法，其特征在于：所述步骤五中，铸件在自动造型线型内根据环境温度、工件大小确定冷却时间为90-120分钟，铸件落砂温度＜500℃。
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