CN107801426B - 一种深松铲及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种CADI深松铲的成分和生产工艺。通过使用高纯生铁、净化铁水降低了铁水中的夹杂物含量,采用变质处理改善了碳化物的形态,从而提高了材料冲击韧性;通过补加碳化物形成元素,增加组织中碳化物的数量,提高了深松铲的抗磨性;等温淬火后获得了奥铁体基体,提高了深松铲的使用寿命。最终获得了强度大于1200MPa,冲击韧性大于12J,硬度大于54HRC的高强韧耐磨深松铲新产品。
Description
技术领域
本发明产品应用于农机,方法涉及铸造领域,具体的说是采用一种铸造方法生产出一种新型深松铲产品。
背景技术
深松铲是农机深松耕机械上的核心部件,也是易损件,有凿型、箭型(鸭掌型)和双翼型。深松铲由楔子演变而来,应用楔子的原理来使土壤破裂,造成土壤的反复剪切失效,最后形成许多小颗粒。深松铲产品标准目前只有机械行业的《JB/T9788-1999 深松铲和深松铲柄》,该标准中深松铲采用65Mn铸钢制造,而且只规定了硬度要求,没有强度和冲击韧性的性能指标。市场上销售的深松铲也有采用35CrMo铸钢材质生产,热处理后硬度硬度超过《JB/T9788-1999 深松铲和深松铲柄》的要求,虽然其抗磨性比65Mn好,但由于淬硬层的限制,使用寿命仍没有达到用户的期望。
CADI是由ADI派生出的一种新型抗磨球铁材料。ADI又称作奥铁体球墨铸铁,是球墨铸铁等温淬火后的产物,组织主要是球状石墨、残余奥氏体和铁素体,是一种高强度、塑韧性好、吸振性好、耐磨性和耐疲劳强度高、质量轻(比钢轻10%)的节能节材、成本低的新型工程材料。CADI是含有碳化物的奥铁体球磨铸铁,是在ADI中添加一定量的碳化物形成元素,使铁水在凝固时产生一定量的碳化物,经等温淬火而成。CADI不但拥有ADI的优越性能,还表现出了比ADI更加优越的耐磨性,是重点推广和发展的新型耐磨材料。
由于CADI在大批量生产过程中工艺控制还存在一些难题,造成产品质量不稳定,因此没有得到广泛推广。这些问题主要表现在一是原材料的影响,我国铸造生铁中P、S含量较高,严重影响了球化质量,最重要的是影响了材料的冲击韧性;二是球化好的铁水浇铸时间一般不超过10-12分钟,时间长了就会产生球化衰退,球化率下降;三是等温淬火或连续淬火的设备、冷却介质、淬火温度和冷却速度控制存在不少技术难题,比如加热炉炉温偏差大,冷却介质质量不稳定等造成CADI中碳化物数量、形状和分布存在较大波动,造成CADI产品性能不稳定。
发明内容
本发明解决的技术问题是:通过CADI成分和生产工艺的改进,将CADI用于深松铲产品的批量生产,生产出高强韧的深松铲。
为解决上述技术问题,本发明的技术思路是:降低CADI中的S、P含量,通过铁水变质处理改变碳化物的形态和分布,使用铁砂壳型造型工艺快速冷却,经等温淬火后获得高强度、高韧性、高寿命的深松铲产品。
本发明所采用的技术措施和步骤包括:
深松铲采用CADI材料制作,所述CADI材料的质量百分比元素含量为:3.3-3.7%C、2.2-3.2%Si、1.2-2.2%Mn、0.5-2.0%Cr、0.1-0.8%Mo、0.1-1.0%Ni、0.04-0.1%Ti、0.02-0.2%V,0.03-0.05%Mg、0.02-0.04%RE、≤0.03%P,≤0.010%S;所述CADI材料经配料熔化、球化孕育处理、变质处理和净化处理后,铁砂壳型浇注成型,冷却后等温淬火;所述CADI材料的性能为:抗拉强度≥1200MPa,冲击韧性≥12J,硬度≥54HRC;所述孕育处理包括浇注时随流补加孕育剂;所述变质处理采用TiFe和VFe,粒度为1-5mm,加入量为铁水重量的1.2-3%;所述铁砂壳型是用铁砂将覆膜砂制作的深松铲壳型填埋在砂箱内;所述冷却包括在浇注后的水冷或风冷,即在浇注后迅速使用冷却水或雾化水冷却铁砂,或者使用风冷冷却铁砂;所述等温淬火工艺为: 880-920℃保温1-4小时,出炉后将高温工件翻入放置在水池内的料框中,水冷0.5-2分钟,出水迅速放入220-320℃的等温盐浴炉中,深松铲表面出水温度不低于220℃,在等温盐浴炉中保温1-4小时,出炉空冷。
本发明的有益效果是:将新型CADI材料应用于深松铲,生产出高强韧深松铲新产品,通过使用高纯生铁、净化铁水降低了铁水中的夹杂物含量,采用变质处理改善了碳化物的形态,从而提高了材料冲击韧性。通过补加碳化物形成元素,增加组织中碳化物的数量,提高了深松铲的抗磨性。等温淬火后获得了奥铁体基体,提高了深松铲的使用寿命。
附图说明
无。
具体实施方式
实施例1。
CADI深松铲产品成分控制范围见表1,在球铁成分的基础上,增加了Mn的含量,添加了Cr、Mo、Ti、V等碳化物形成元素,Ni的作用主要用于提高CADI的淬透性,Mg和RE元素是保障球化的残留元素。
表1
元素 | C | Si | Mn | Cr | Mo | Ni |
含量 | 3.3-3.7 | 2.2-3.2 | 1.2-2.2 | 0.5-2.0 | 0.1-0.8 | 0.1-1.0 |
元素 | Mg | RE | P | S | Ti | V |
含量 | 0.03-0.05 | 0.02-0.04 | ≤0.03 | ≤0.015 | 0.04-0.1 | 0.02-0.2 |
冶炼配料成分控制范围见表2,入炉主要原材料有优质废钢、高纯生铁、CADI回炉料,使用SiFe、MnFe、高碳CrFe、MoFe和镍板合金化。为了充分降低铁水中的S、P含量,减小S、P夹杂物对CADI性能的不利影响,使用了高纯生铁替代了铸造用生铁。
表2
元素 | C | Si | Mn | Cr | Mo | Ni | P | S |
含量 | 3.3-3.7 | 1.6-2.2 | 1.5-2.5 | 0.5-2.0 | 0.1-0.8 | 0.1-1.0 | ≤0.03 | ≤0.015 |
铁水合金化完成后,升温到1420-1480℃,出炉进行铁水处理。铁水处理包括球化处理、孕育处理、变质处理、净化处理等。球化使用市场上销售的Mg8RE5球化剂,加入量为铁水重量的0.8-1.2%,孕育使用常用的75SiFe孕育剂,加入量为为铁水重量的0.4-1.0%。铁水球化采用冲入法,孕育剂一部分覆盖在球化剂上,一部分在出铁的后期随流孕育。变质处理采用TiFe和VFe复合变质剂,同时作为合金化的手段,补加铁水中的Ti、V含量,TiFe和VFe粒度为1-5mm,加入量按照合金化成分范围加入,覆盖在包底的球化剂和孕育剂上。铁水的球化处理、孕育处理、变质处理是在同时进行的,铁水球化反应平静后,立即进行净化处理。铁水净化处理使用铁水精炼剂和/或聚渣剂,将铁水球化孕育后的夹杂物吸附,通过扒渣操作去除,也可以配合使用包底通入氩气或氮气搅拌,以利于夹杂物上浮。整个铁水处理时间最好不超过3分钟,经处理好的铁水需要在不超过10分钟内全部浇筑完毕。
造型采用铁砂壳型,先用覆膜砂制作好壳型,将壳型组合成完整的深松铲型腔,然后放入钢铁材料制作的砂箱中,加入铁砂震动填实,安置好浇冒口等待浇注。
浇注温度为1320-1370℃,如果铁水处理时间稍长,可以随流补加孕育剂,以防止孕育衰退。对于使用砂箱壁中空的砂箱,铁水浇注后,可以给砂箱通冷却水冷却,对于不是中空的砂箱,可以直接喷雾化水或少量的冷却水冷却铁砂,加速工件的冷却速度,有利于增加形核,细化晶粒,改善工件的韧性。冷却水或雾化水冷却1-3分钟,停止冷却。
工件铸造组织为球状石墨、合金碳化物、珠光体和铁素体组织,需要进行等温淬火处理以改善性能。深松铲工件经开箱、去浇冒口、清理后放入台车热处理炉内加热进行奥氏体化处理,加热温度为880-920℃,保温1-4小时,根据入炉量确定保温时间。出炉后迅速放入220-320℃的等温盐浴炉中,保温1-4小时,然后出炉空冷。
实施例2。
本实施例CADI深松铲产品成分控制范围见表3,与实施例1的区别是去掉了贵重的Ni元素,使用了B元素增加淬透性。
表3
元素 | C | Si | Mn | Cr | Mo | B |
含量 | 3.3-3.7 | 2.2-3.2 | 1.2-2.2 | 0.5-2.0 | 0.1-0.8 | 0.003-0.01 |
元素 | Mg | RE | P | S | Ti | V |
含量 | 0.03-0.05 | 0.02-0.04 | ≤0.03 | ≤0.015 | 0.04-0.1 | 0.02-0.2 |
本实施例冶炼配料与实施例1基本相同,区别是去掉了镍板合金化,熔化配比成分见表4。
表4
元素 | C | Si | Mn | Cr | Mo | P | S |
含量 | 3.3-3.7 | 1.6-2.2 | 1.5-2.5 | 0.5-2.0 | 0.1-0.8 | ≤0.03 | ≤0.015 |
本实施例铁水处理操作与实施例1基本相同,区别是将BFe加入包内,与TiFe和VFe一起进行变质处理和合金化。其他的球化、孕育、净化处理均与实施例1相同。
造型采用铁砂壳型,与实施例1一样,浇注和冷却也与实施例1一样。
等温淬火工艺与实施例1相同,但考虑奥氏体化后,880-920℃高温出炉,工件红热,烘烤严重,操作条件恶劣,常常因为操作不及时造成组织不合格,产生次品,需要重新热处理。深松铲在880-920℃高温从台车炉出来后,台车翻转,将高温工件翻入放置在水池内的料框中,水冷0.5-2分钟,吊起料框,出水迅速放入220-320℃的等温盐浴炉中,工件表面出水温度不低于220℃。这样操作有两个好处,一是改善了劳动条件,避免了高温烘烤,二是快速预冷获得了满意的组织,合格率提高。等温盐浴炉中保温1-4小时,然后出炉空冷。
本发明通过对ADI材料的改进,将新型CADI材料应用于深松铲,生产出深松铲新产品,通过使用高纯生铁、净化铁水降低了铁水中的夹杂物含量,采用变质处理改善了碳化物的形态,从而提高了材料冲击韧性。通过补加碳化物形成元素,增加组织中碳化物的数量,提高了深松铲的抗磨性。等温淬火后获得了奥铁体基体,提高了基体冲击韧性,延长了深松铲的使用寿命。最终获得了强度大于1200MPa,冲击韧性大于12J,硬度大于54HRC的高强韧耐磨深松铲新产品。
Claims (1)
1.一种深松铲,其特征在于:采用CADI材料制作,所述CADI材料的质量百分比元素含量为:3.3-3.7%C、2.2-3.2%Si、1.2-2.2%Mn、0.5-2.0%Cr、0.1-0.8%Mo、0.1-1.0%Ni、0.04-0.1%Ti、0.02-0.2%V,0.03-0.05%Mg、0.02-0.04%RE、≤0.03%P,≤0.010%S;所述CADI材料经配料熔化、球化孕育处理、变质处理和净化处理后,铁砂壳型浇注成型,冷却后等温淬火;所述CADI材料的性能为:抗拉强度≥1200MPa,冲击韧性≥12J,硬度≥54HRC;所述孕育处理包括浇注时随流补加孕育剂;所述变质处理采用TiFe和VFe,粒度为1-5mm,加入量为铁水重量的1.2-3%;所述铁砂壳型是用铁砂将覆膜砂制作的深松铲壳型填埋在砂箱内;所述冷却包括在浇注后的水冷或风冷,即在浇注后迅速使用冷却水或雾化水冷却铁砂,或者使用风冷冷却铁砂;所述等温淬火工艺为: 880-920℃保温1-4小时,出炉后将高温工件翻入放置在水池内的料框中,水冷0.5-2分钟,出水迅速放入220-320℃的等温盐浴炉中,深松铲表面出水温度不低于220℃,在等温盐浴炉中保温1-4小时,出炉空冷。
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