CN108220762A - 一种曲轴的铸造工艺 - Google Patents

一种曲轴的铸造工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种曲轴的铸造工艺，涉及机械铸件铸造技术领域，具体包括以下步骤：1)造型；2)熔炼；3)浇注；4)调质处理：淬火阶段和回火冷却。本发明的曲轴的铸造工艺简单方便，浇注温度科学合理，利用该种工艺制得的曲轴强度硬度高、韧性好、耐磨性优良，次品率低，有效地提高了产品的质量及精度。

Description

一种曲轴的铸造工艺
技术领域
本发明涉及机械铸件铸造技术领域，具体涉及一种曲轴的铸造工艺。
背景技术
目前，牌号为QT600-3的曲轴品种共有二类，重量分别为225公斤和354公斤，铸件高度达1000mm，其壁厚为150-180mm，属大断面厚实铸件，它的技术难度大，需要本体硬度达到HB190-250，普通铸造方法的次品率较高，无法达到其质量或精度要求。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种曲轴的铸造工艺，该种铸造工艺工艺简单方便，浇注温度科学合理，利用该种工艺制得的曲轴强度硬度高、韧性好、耐磨性优良，次品率低，有效地提高了产品的质量及精度。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：
一种曲轴的铸造工艺，包括造型、熔炼和浇注，具体包括以下步骤：
(1)造型：制备型砂，该型砂由以下重量份数的原料制成：硅砂40-60份、碳酸钠水溶液4-8份、聚醚砜树脂1-3份、铝矾土5-15份和改性菱沸石粉5-15份；
(2)熔炼：将工业原料钢材置于电炉内加热至熔炼温度，使合金充分熔化形成铁水，控制调整铁水为如下的化学元素成分含量：C：3.40-4.20％、Si：1.85-2.45％、Mn：0.40-1.00％、Cu：0.15-0.35％、Zn：0.08-0.16％、Cr：0.10-0.22％、S≤0.05％和P≤0.06％，余量为Fe和不可避免的杂质；
(3)浇注：将步骤(2)中的铁水在温度为1420-1460℃条件下，加入孕育剂和球化剂，浇注到步骤(1)中的造型中，浇注时间设定为2-3min，浇注完成后，空冷降温至320-340℃取出曲轴半成品件；
(4)调质处理
a、淬火阶段：将所述曲轴半成品件输送至真空淬火炉中，在温度为480-520℃条件下淬火处理50-60min；
b、回火冷却：将曲轴半成品件输送至回火炉中，在温度为560-620℃条件下回火处理40-50min，之后随炉空冷即可。
进一步地，上述造型是按照铸件图纸尺寸要求设计制模，模具包括上模具和下模具，将上模具和下模具组装到射芯机，通过射芯机将型砂压满模型内，且所述型砂在温度为140-160℃条件下加热固化成型后，备用。
进一步地，上述型砂由以下重量份数的原料制成：硅砂50份、碳酸钠水溶液6份、聚醚砜树脂2份、铝矾土10份和改性菱沸石粉10份。
进一步地，上述改性菱沸石粉通过以下步骤制得的：将菱沸石在温度为420-460℃的条件下煅烧40-50min，然后粉碎至粒径≤1mm，得菱沸石粉，再将菱沸石粉放入碳酸钠与高锰酸钾混合溶液中浸泡1-3h后，取出干燥，加入相当于菱沸石粉重量2-4％的硅烷偶联剂KH550、相当于菱沸石粉重量1-3％的月桂醇硫酸钠、相当于菱沸石粉重量4-6％的二氧化硅粉末和相当于菱沸石粉重量3-5％的碳化铌搅拌混匀，即得。
进一步地，上述铁水由下列化学元素成份组成：C：3.80％、Si：1.15％、Mn：0.70％、Cu：0.25％、Zn：0.12％、Cr：0.16％、S≤0.03％和P≤0.04％。
进一步地，上述型砂是通过以下步骤获得的：先将硅砂和碳酸钠水溶液混合均匀后，缓慢加入铝矾土和改性菱沸石粉，搅拌均匀后加入聚醚砜树脂，最后在转速为60-80r/min的条件下搅拌15-25min即得。
进一步地，上述孕育剂中含有73％以上的Si，其加入量为铁水重量的0.2-0.4％，粒度为1-2mm。
进一步地，上述球化剂中含镁量在6-7％，其加入量为铁水重量的0.4-0.8％，粒度为0.5-1.5mm。
本发明具有如下的有益效果：
(1)本发明的曲轴的铸造工艺简单方便，浇注温度科学合理，通过对浇注的曲轴母液成分、浇注过程以及铸件半成品的热处理作了改进优化，使得成品的曲轴件理化性能大大提高；另外，利用该种工艺制得的曲轴在取件时，粘砂、落砂现象明显减少，消除了曲轴裂纹和气孔等缺陷，提高了曲轴的硬度，且耐磨和密封性能优良，大大降低了次品率，提高了产品的质量及精度；
(2)本发明通过对曲轴半成品件进行淬火和回火处理，有利于消除成型过程中由于温度差和组分不均匀而引起的内应力，有助于提高曲轴成品件的强度、韧性和耐磨性等性质，改善曲轴件的品质，延长曲轴的使用寿命，拓宽曲轴件的实际应用场合；
(3)本发明在的轴承盖铸造工艺在铸造过程中采用特质的型砂，进一步提高了曲轴铸件的质量和生产效率。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
一种曲轴的铸造工艺，按照以下步骤进行：
(1)造型：制备型砂，该型砂由以下原料制成：硅砂40kg、碳酸钠水溶液4kg、聚醚砜树脂1kg、铝矾土5kg和改性菱沸石粉5kg；该型砂是通过以下步骤获得的：先将硅砂和碳酸钠水溶液混合均匀后，缓慢加入铝矾土和改性菱沸石粉，搅拌均匀后加入聚醚砜树脂，最后在转速为60r/min的条件下搅拌15min即得；
按照铸件图纸尺寸要求设计制模，模具包括上模具和下模具，将上模具和下模具组装到射芯机，通过射芯机将型砂压满模型内，且上述型砂在温度为140℃条件下加热固化成型后，备用；
上述改性菱沸石粉通过以下步骤制得的：将菱沸石在温度为420℃的条件下煅烧40min，然后粉碎至粒径≤1mm，得菱沸石粉，再将菱沸石粉放入碳酸钠与高锰酸钾混合溶液中浸泡1h后，取出干燥，加入相当于菱沸石粉重量2％的硅烷偶联剂KH550、相当于菱沸石粉重量1％的月桂醇硫酸钠、相当于菱沸石粉重量4％的二氧化硅粉末和相当于菱沸石粉重量3％的碳化铌搅拌混匀，即制得本发明中型砂所需的原料；
(2)熔炼：将工业原料钢材置于电炉内加热至熔炼温度，使合金充分熔化形成铁水，控制调整铁水为如下的化学元素成分含量：C：3.40％、Si：1.85％、Mn：0.40％、Cu：0.15％、Zn：0.08％、Cr：0.10％、S≤0.05％和P≤0.06％，余量为Fe和不可避免的杂质；
(3)浇注：将步骤(2)中的铁水在温度为1420℃条件下，加入孕育剂和球化剂，浇注到步骤(1)中的造型中，浇注时间设定为2min，浇注完成后，空冷降温至320℃取出曲轴半成品件；
上述孕育剂中含有75％的Si，其加入量为铁水重量的0.2％，粒度为1-2mm；上述球化剂中含镁量在6％，其加入量为铁水重量的0.4％，粒度为0.5-1.5mm；
(4)调质处理
a、淬火阶段：将上述曲轴半成品件输送至真空淬火炉中，在温度为480℃条件下淬火处理50min；
b、回火冷却：将曲轴半成品件输送至回火炉中，在温度为560℃条件下回火处理40min，之后随炉空冷即制得曲轴成品。
实施例2
一种曲轴的铸造工艺，按照以下步骤进行：
(1)造型：制备型砂，该型砂由以下原料制成：硅砂50kg、碳酸钠水溶液6kg、聚醚砜树脂2kg、铝矾土10kg和改性菱沸石粉10kg；该型砂是通过以下步骤获得的：先将硅砂和碳酸钠水溶液混合均匀后，缓慢加入铝矾土和改性菱沸石粉，搅拌均匀后加入聚醚砜树脂，最后在转速为70r/min的条件下搅拌20min即得；
按照铸件图纸尺寸要求设计制模，模具包括上模具和下模具，将上模具和下模具组装到射芯机，通过射芯机将型砂压满模型内，且上述型砂在温度为150℃条件下加热固化成型后，备用；
上述改性菱沸石粉通过以下步骤制得的：将菱沸石在温度为440℃的条件下煅烧45min，然后粉碎至粒径≤1mm，得菱沸石粉，再将菱沸石粉放入碳酸钠与高锰酸钾混合溶液中浸泡2h后，取出干燥，加入相当于菱沸石粉重量3％的硅烷偶联剂KH550、相当于菱沸石粉重量2％的月桂醇硫酸钠、相当于菱沸石粉重量5％的二氧化硅粉末和相当于菱沸石粉重量4％的碳化铌搅拌混匀，即制得本发明中型砂所需的原料；
(2)熔炼：将工业原料钢材置于电炉内加热至熔炼温度，使合金充分熔化形成铁水，控制调整铁水为如下的化学元素成分含量：C：3.80％、Si：1.15％、Mn：0.70％、Cu：0.25％、Zn：0.12％、Cr：0.16％、S≤0.03％和P≤0.04％，余量为Fe和不可避免的杂质；
(3)浇注：将步骤(2)中的铁水在温度为1440℃条件下，加入孕育剂和球化剂，浇注到步骤(1)中的造型中，浇注时间设定为2.5min，浇注完成后，空冷降温至330℃取出曲轴半成品件；
上述孕育剂中含有77％的Si，其加入量为铁水重量的0.3％，粒度为1-2mm；上述球化剂中含镁量在6.5％，其加入量为铁水重量的0.6％，粒度为0.5-1.5mm；
(4)调质处理
a、淬火阶段：将上述曲轴半成品件输送至真空淬火炉中，在温度为500℃条件下淬火处理55min；
b、回火冷却：将曲轴半成品件输送至回火炉中，在温度为590℃条件下回火处理45min，之后随炉空冷即制得曲轴成品。
实施例3
一种曲轴的铸造工艺，按照以下步骤进行：
(1)造型：制备型砂，该型砂由以下原料制成：硅砂60kg、碳酸钠水溶液8kg、聚醚砜树脂3kg、铝矾土15kg和改性菱沸石粉15kg；该型砂是通过以下步骤获得的：先将硅砂和碳酸钠水溶液混合均匀后，缓慢加入铝矾土和改性菱沸石粉，搅拌均匀后加入聚醚砜树脂，最后在转速为80r/min的条件下搅拌25min即得；
按照铸件图纸尺寸要求设计制模，模具包括上模具和下模具，将上模具和下模具组装到射芯机，通过射芯机将型砂压满模型内，且上述型砂在温度为160℃条件下加热固化成型后，备用；
上述改性菱沸石粉通过以下步骤制得的：将菱沸石在温度为460℃的条件下煅烧50min，然后粉碎至粒径≤1mm，得菱沸石粉，再将菱沸石粉放入碳酸钠与高锰酸钾混合溶液中浸泡3h后，取出干燥，加入相当于菱沸石粉重量4％的硅烷偶联剂KH550、相当于菱沸石粉重量3％的月桂醇硫酸钠、相当于菱沸石粉重量6％的二氧化硅粉末和相当于菱沸石粉重量5％的碳化铌搅拌混匀，即制得本发明中型砂所需的原料；
(2)熔炼：将工业原料钢材置于电炉内加热至熔炼温度，使合金充分熔化形成铁水，控制调整铁水为如下的化学元素成分含量：C：4.20％、Si：2.45％、Mn：1.00％、Cu：0.35％、Zn：0.16％、Cr：0.22％、S≤0.05％和P≤0.06％，余量为Fe和不可避免的杂质；
(3)浇注：将步骤(2)中的铁水在温度为1460℃条件下，加入孕育剂和球化剂，浇注到步骤(1)中的造型中，浇注时间设定为3min，浇注完成后，空冷降温至340℃取出曲轴半成品件；
上述孕育剂采用中含有78％的Si，其加入量为铁水重量的0.4％，粒度为1-2mm；上述球化剂中含镁量在7％，其加入量为铁水重量的0.8％，粒度为0.5-1.5mm；
(4)调质处理
a、淬火阶段：将上述曲轴半成品件输送至真空淬火炉中，在温度为520℃条件下淬火处理60min；
b、回火冷却：将曲轴半成品件输送至回火炉中，在温度为620℃条件下回火处理50min，之后随炉空冷即制得曲轴成品。
性能检测
对上述实施例1-3制得的曲轴件成品进行强度、韧性、硬度等力学性能的检测，具体检测数据件下表1所示；
表1
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种曲轴的铸造工艺，包括造型、熔炼和浇注，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)造型：制备型砂，所述型砂由以下重量份数的原料制成：硅砂40-60份、碳酸钠水溶液4-8份、聚醚砜树脂1-3份、铝矾土5-15份和改性菱沸石粉5-15份；
(2)熔炼：将工业原料钢材置于电炉内加热至熔炼温度，使合金充分熔化形成铁水，控制调整铁水为如下的化学元素成分含量：C：3.40-4.20％、Si：1.85-2.45％、Mn：0.40-1.00％、Cu：0.15-0.35％、Zn：0.08-0.16％、Cr：0.10-0.22％、S≤0.05％和P≤0.06％，余量为Fe和不可避免的杂质；
(3)浇注：将步骤(2)中的铁水在温度为1420-1460℃条件下，加入孕育剂和球化剂，浇注到步骤(1)中的造型中，浇注时间设定为2-3min，浇注完成后，空冷降温至320-340℃取出曲轴半成品件；
(4)调质处理
a、淬火阶段：将所述曲轴半成品件输送至真空淬火炉中，在温度为480-520℃条件下淬火处理50-60min；
b、回火冷却：将曲轴半成品件输送至回火炉中，在温度为560-620℃条件下回火处理40-50min，之后随炉空冷即可。
2.根据权利要求1所述的一种曲轴的铸造工艺，其特征在于，所述造型是按照铸件图纸尺寸要求设计制模，模具包括上模具和下模具，将上模具和下模具组装到射芯机，通过射芯机将型砂压满模型内，且所述型砂在温度为140-160℃条件下加热固化成型后，备用。
3.根据权利要求1所述的一种曲轴的铸造工艺，其特征在于，所述型砂由以下重量份数的原料制成：硅砂50份、碳酸钠水溶液6份、聚醚砜树脂2份、铝矾土10份和改性菱沸石粉10份。
4.根据权利要求1所述的一种曲轴的铸造工艺，其特征在于，所述改性菱沸石粉通过以下步骤制得的：将菱沸石在温度为420-460℃的条件下煅烧40-50min，然后粉碎至粒径≤1mm，得菱沸石粉，再将菱沸石粉放入碳酸钠与高锰酸钾混合溶液中浸泡1-3h后，取出干燥，加入相当于菱沸石粉重量2-4％的硅烷偶联剂KH550、相当于菱沸石粉重量1-3％的月桂醇硫酸钠、相当于菱沸石粉重量4-6％的二氧化硅粉末和相当于菱沸石粉重量3-5％的碳化铌搅拌混匀，即得。
5.根据权利要求1所述的一种曲轴的铸造工艺，其特征在于，所述铁水由下列化学元素成份组成：C：3.80％、Si：1.15％、Mn：0.70％、Cu：0.25％、Zn：0.12％、Cr：0.16％、S≤0.03％和P≤0.04％。
6.根据权利要求1所述的一种曲轴的铸造工艺，其特征在于，所述型砂是通过以下步骤获得的：先将硅砂和碳酸钠水溶液混合均匀后，缓慢加入铝矾土和改性菱沸石粉，搅拌均匀后加入聚醚砜树脂，最后在转速为60-80r/min的条件下搅拌15-25min即得。
7.根据权利要求1所述的一种曲轴的铸造工艺，其特征在于，所述孕育剂中含有73％以上的Si，其加入量为铁水重量的0.2-0.4％，粒度为1-2mm。
8.根据权利要求1所述的一种曲轴的铸造工艺，其特征在于，所述球化剂中含镁量在6-7％，其加入量为铁水重量的0.4-0.8％，粒度为0.5-1.5mm。
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