CN109468525B - 一种bk系列制动器体壳耐磨蠕墨铸铁件铸造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种BK系列制动器体壳耐磨蠕墨铸铁件铸造工艺，涉及铸铁件生产技术领域。包括以下步骤：原料熔炼、原料除杂、成分分析、成分补充、蠕化孕育、铁水除渣、浇注成型、冷却成型、煅烧处理、落砂处理、碳氮共渗。本发明在铁水原料中添加多种化学成分，使制得的铸铁件的强度高且韧性高，并且通过碳氮共渗的方式在铸铁件表面掺入碳和氮，通过对压强、温度和速度的精准控制，使制得的铸铁件表面耐磨性好、抗疲劳性能好。
Description
技术领域
本发明涉及铸铁件生产技术领域，具体涉及一种BK系列制动器体壳耐磨蠕墨铸铁件铸造工艺。
背景技术
制动器是具有使运动部件减速、停止或保持停止状态等功能的装置，是使机械中的运动件停止或减速的机械零件。俗称刹车、闸。目前，制动器体壳均采用灰铸铁材料。
蠕墨铸铁力学性能介于灰铸铁和球墨铸铁之间，蠕墨铸铁的断面敏感性较普通灰铸铁小得多，故其厚大截面上的力学性能仍比较均匀。蠕墨铸铁突出的优点是屈强比在铸造合金中最高，导热性和耐热疲劳性比球墨铸铁高得多。抗生长性和抗氧化性均较其它铸铁都高。切削加工性优于球墨铸铁，铸造性能接近低牌号灰铸铁，其缩孔、缩松倾向小于球墨铸铁，故铸造工艺比较简单。
实际使用过程中表明，目前用蠕墨铸铁生产的灰铸铁生产制动器体壳的耐磨性较差。由于制动器体壳在长期使用下磨损严重，如果其本身耐磨性较差，则严重影响制动器的使用寿命，给使用者带来了较大的麻烦。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供一种BK系列制动器体壳耐磨蠕墨铸铁件铸造工艺，本发明在铁水原料中添加多种化学成分，使制得的铸铁件的强度高且韧性高，并且通过碳氮共渗的方式在铸铁件表面掺入碳和氮，通过对压强、温度和速度的精准控制，使制得的铸铁件表面耐磨性好、抗疲劳性能好。
为实现以上目的，本发明的技术方案通过以下技术方案予以实现：
一种BK系列制动器体壳耐磨蠕墨铸铁件铸造工艺，包括以下步骤：
（1）将Q10生铁、弹簧钢、电解锰和蠕铁回炉料等原料加入熔炼炉中，并且升温至1540-1560℃进行熔炼，熔炼50-60min后进行除杂，并取样对其合金的化学成分进行光谱分析，分析检测各成分的含量，根据检测结果添加锰铁、锡铁、石墨化增碳剂和90碳化硅，继续混炼10-20min后得铁水备用；
（2）在铁水包底覆盖一层蠕化剂，并在其上覆盖一层硅钡钙孕育剂，保持铁水的温度为1530-1540℃，再加入上述步骤（1）中的铁水进行蠕化孕育处理，当铁水完全加入后，在其液面上覆盖一层硅钡钙孕育剂，再在其上覆盖一层蠕化剂，进行二次蠕化孕育处理；
（3）将上述步骤（2）中的铁水蠕化孕育30-60s后，通过陶瓷过滤片对蠕化孕育后的铁水进行除渣，将除渣后的铁水浇注到预热至1390-1410℃的制动器体壳型腔内，浇注时间控制在4-6min，冷却至室温后得到铸铁件初品备用；
（4）将上述步骤（3）中的铸铁件初品置于回火炉内，并升温至540-560℃后保温2-2.5h，冷却至室温后进行落砂处理，得到铸铁件成品备用；
（5）将上述步骤（4）中的铸铁件成品放入滴控井式炉中进行碳氮共渗，升温至860-880℃，并向滴控井式炉内通入氨气，从而将炉内的空气全部排出，保持炉内的气压为0.3-0.4MPa，再缓慢滴加煤油，保压共渗3.5-4h后停止滴加，缓慢降温且降压得到产品。
优选的，步骤（1）中各原料成分的质量百分比为：Q10生铁37-41%、弹簧钢25-29%、电解锰 0.8-1.2%、蠕铁回炉料23-27%、锰铁4.3-4.7%、锡铁0.3-0.7%、石墨化增碳剂1.2-1.8%、90碳化硅1.2-1.8%。
优选的，步骤（1）中铁水按照质量百分比由以下化学成分组成：C 3.3-3.7%、Mn3.3-3.7%、Si 1.0-1.4%、Sn 0.05-0.3%、S 0.02-0.03%、P 0.1-0.2%，余量为Fe。
优选的，步骤（1）中石墨化增碳剂按照质量百分比由以下化学成分组成：C 98-99%、S 0.05-0.1%、P 0.8-1.2%。
优选的，步骤（2）中蠕化剂按照质量百分比由以下成分组成：稀土9-11%、Mg 4-6%、Si 38-42%、Fe 38-44%、Sr 1.8-2.2%、In 1.5-2.5%。
优选的，步骤（2）中硅钡钙孕育剂按照质量百分比由以下化学成分组成：Si 38-42%、Ba 18-22%、Ca 12-16%、Bi 1.4-1.8%、V 0.4-0.6%、Mo 0.7-0.9%、Co 0.8-1.0%、W 1.4-1.6%，其余为Fe。
优选的，步骤（2）中蠕化剂和孕育剂每次的加入量分别为铁水质量的0.4-0.6%和0.3-0.5%。
优选的，步骤（5）中以420-440L/h的速度通入氨气，以8-10 mL/min的速度滴加煤油。
本发明提供一种BK系列制动器体壳耐磨蠕墨铸铁件铸造工艺，与现有技术相比优点在于：
（1）本发明在铁水原料中添加Mn和Sn等化学成分，使制得的铸铁件的强度高且韧性高，抗冲击性能好，同时使得共晶时奥氏体中的碳聚集稳定不会扩散，提高珠光体的稳定性，有效提高产品的耐磨性和抗疲劳性，方便使用；
（2）本发明在铸铁件铸造结束后，采用碳氮共渗的方式在铸铁件表面掺入碳和氮，通过对压强、温度和速度的精准控制，使制得的铸铁件表面耐磨性好、抗疲劳性能好；
（3）本发明通过在铁水的上方和下方均覆盖一层蠕化剂和孕育剂，从而对铁水进行二次蠕化孕育处理，同时使得铁水能够得到均匀的蠕化孕育处理，处理效果好，铸铁件性能高。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种BK系列制动器体壳耐磨蠕墨铸铁件铸造工艺，包括以下步骤：
（1）将Q10生铁、弹簧钢、电解锰和蠕铁回炉料等原料加入熔炼炉中，并且升温至1540-1560℃进行熔炼，熔炼50-60min后进行除杂，并取样对其合金的化学成分进行光谱分析，分析检测各成分的含量，根据检测结果添加锰铁、锡铁、石墨化增碳剂和90碳化硅，继续混炼10-20min后得铁水备用；
（2）在铁水包底覆盖一层蠕化剂，并在其上覆盖一层硅钡钙孕育剂，保持铁水的温度为1530-1540℃，再加入上述步骤（1）中的铁水进行蠕化孕育处理，当铁水完全加入后，在其液面上覆盖一层硅钡钙孕育剂，再在其上覆盖一层蠕化剂，进行二次蠕化孕育处理；
（3）将上述步骤（2）中的铁水蠕化孕育30-60s后，通过陶瓷过滤片对蠕化孕育后的铁水进行除渣，将除渣后的铁水浇注到预热至1390-1410℃的制动器体壳型腔内，浇注时间控制在4-6min，冷却至室温后得到铸铁件初品备用；
（4）将上述步骤（3）中的铸铁件初品置于回火炉内，并升温至540-560℃后保温2-2.5h，冷却至室温后进行落砂处理，得到铸铁件成品备用；
（5）将上述步骤（4）中的铸铁件成品放入滴控井式炉中进行碳氮共渗，升温至860-880℃，并向滴控井式炉内通入氨气，从而将炉内的空气全部排出，保持炉内的气压为0.3-0.4MPa，再缓慢滴加煤油，保压共渗3.5-4h后停止滴加，缓慢降温且降压得到产品。
其中，步骤（1）中各原料成分的质量百分比为：Q10生铁37%、弹簧钢29%、电解锰0.8%、蠕铁回炉料25%、锰铁4.7%、锡铁0.5%、石墨化增碳剂1.2%、90碳化硅1.8%；步骤（1）中铁水按照质量百分比由以下化学成分组成：C 3.3%、Mn 3.7%、Si 1.0%、Sn 0.2%、S 0.02%、P0.1%，余量为Fe；步骤（1）中石墨化增碳剂按照质量百分比由以下化学成分组成：C 98-99%、S 0.05-0.1%、P 0.8-1.2%；步骤（2）中蠕化剂按照质量百分比由以下成分组成：稀土9-11%、Mg 4-6%、Si 38-42%、Fe 38-44%、Sr 1.8-2.2%、In 1.5-2.5%；步骤（2）中硅钡钙孕育剂按照质量百分比由以下化学成分组成：Si 38-42%、Ba 18-22%、Ca 12-16%、Bi 1.4-1.8%、V 0.4-0.6%、Mo 0.7-0.9%、Co 0.8-1.0%、W 1.4-1.6%，其余为Fe；步骤（2）中蠕化剂和孕育剂每次的加入量分别为铁水质量的0.4-0.6%和0.3-0.5%；步骤（5）中以420-440L/h的速度通入氨气，以8-10 mL/min的速度滴加煤油。
实施例2：
一种BK系列制动器体壳耐磨蠕墨铸铁件铸造工艺，包括以下步骤：
（1）将Q10生铁、弹簧钢、电解锰和蠕铁回炉料等原料加入熔炼炉中，并且升温至1540-1560℃进行熔炼，熔炼50-60min后进行除杂，并取样对其合金的化学成分进行光谱分析，分析检测各成分的含量，根据检测结果添加锰铁、锡铁、石墨化增碳剂和90碳化硅，继续混炼10-20min后得铁水备用；
（2）在铁水包底覆盖一层蠕化剂，并在其上覆盖一层硅钡钙孕育剂，保持铁水的温度为1530-1540℃，再加入上述步骤（1）中的铁水进行蠕化孕育处理，当铁水完全加入后，在其液面上覆盖一层硅钡钙孕育剂，再在其上覆盖一层蠕化剂，进行二次蠕化孕育处理；
（3）将上述步骤（2）中的铁水蠕化孕育30-60s后，通过陶瓷过滤片对蠕化孕育后的铁水进行除渣，将除渣后的铁水浇注到预热至1390-1410℃的制动器体壳型腔内，浇注时间控制在4-6min，冷却至室温后得到铸铁件初品备用；
（4）将上述步骤（3）中的铸铁件初品置于回火炉内，并升温至540-560℃后保温2-2.5h，冷却至室温后进行落砂处理，得到铸铁件成品备用；
（5）将上述步骤（4）中的铸铁件成品放入滴控井式炉中进行碳氮共渗，升温至860-880℃，并向滴控井式炉内通入氨气，从而将炉内的空气全部排出，保持炉内的气压为0.3-0.4MPa，再缓慢滴加煤油，保压共渗3.5-4h后停止滴加，缓慢降温且降压得到产品。
其中，步骤（1）中各原料成分的质量百分比为：Q10生铁39%、弹簧钢27%、电解锰1.0%、蠕铁回炉料25%、锰铁4.5%、锡铁0.5%、石墨化增碳剂1.5%、90碳化硅1.5%；步骤（1）中铁水按照质量百分比由以下化学成分组成：C 3.5%、Mn 3.5%、Si 1.2%、Sn 0.2%、S 0.025%、P 0.15%，余量为Fe；步骤（1）中石墨化增碳剂按照质量百分比由以下化学成分组成：C 98-99%、S 0.05-0.1%、P 0.8-1.2%；步骤（2）中蠕化剂按照质量百分比由以下成分组成：稀土9-11%、Mg 4-6%、Si 38-42%、Fe 38-44%、Sr 1.8-2.2%、In 1.5-2.5%；步骤（2）中硅钡钙孕育剂按照质量百分比由以下化学成分组成：Si 38-42%、Ba 18-22%、Ca 12-16%、Bi 1.4-1.8%、V0.4-0.6%、Mo 0.7-0.9%、Co 0.8-1.0%、W 1.4-1.6%，其余为Fe；步骤（2）中蠕化剂和孕育剂每次的加入量分别为铁水质量的0.4-0.6%和0.3-0.5%；步骤（5）中以420-440L/h的速度通入氨气，以8-10 mL/min的速度滴加煤油。
实施例3：
一种BK系列制动器体壳耐磨蠕墨铸铁件铸造工艺，包括以下步骤：
（1）将Q10生铁、弹簧钢、电解锰和蠕铁回炉料等原料加入熔炼炉中，并且升温至1540-1560℃进行熔炼，熔炼50-60min后进行除杂，并取样对其合金的化学成分进行光谱分析，分析检测各成分的含量，根据检测结果添加锰铁、锡铁、石墨化增碳剂和90碳化硅，继续混炼10-20min后得铁水备用；
（2）在铁水包底覆盖一层蠕化剂，并在其上覆盖一层硅钡钙孕育剂，保持铁水的温度为1530-1540℃，再加入上述步骤（1）中的铁水进行蠕化孕育处理，当铁水完全加入后，在其液面上覆盖一层硅钡钙孕育剂，再在其上覆盖一层蠕化剂，进行二次蠕化孕育处理；
（3）将上述步骤（2）中的铁水蠕化孕育30-60s后，通过陶瓷过滤片对蠕化孕育后的铁水进行除渣，将除渣后的铁水浇注到预热至1390-1410℃的制动器体壳型腔内，浇注时间控制在4-6min，冷却至室温后得到铸铁件初品备用；
（4）将上述步骤（3）中的铸铁件初品置于回火炉内，并升温至540-560℃后保温2-2.5h，冷却至室温后进行落砂处理，得到铸铁件成品备用；
（5）将上述步骤（4）中的铸铁件成品放入滴控井式炉中进行碳氮共渗，升温至860-880℃，并向滴控井式炉内通入氨气，从而将炉内的空气全部排出，保持炉内的气压为0.3-0.4MPa，再缓慢滴加煤油，保压共渗3.5-4h后停止滴加，缓慢降温且降压得到产品。
其中，步骤（1）中各原料成分的质量百分比为：Q10生铁41%、弹簧钢25%、电解锰1.2%、蠕铁回炉料25%、锰铁4.3%、锡铁0.5%、石墨化增碳剂1.8%、90碳化硅1.2%；步骤（1）中铁水按照质量百分比由以下化学成分组成：C 3.3%、Mn 3.7%、Si 1.0%、Sn 0.05%、S 0.03%、0.2%，余量为Fe；步骤（1）中石墨化增碳剂按照质量百分比由以下化学成分组成：C 98-99%、S 0.05-0.1%、P 0.8-1.2%；步骤（2）中蠕化剂按照质量百分比由以下成分组成：稀土9-11%、Mg 4-6%、Si 38-42%、Fe 38-44%、Sr 1.8-2.2%、In 1.5-2.5%；步骤（2）中硅钡钙孕育剂按照质量百分比由以下化学成分组成：Si 38-42%、Ba 18-22%、Ca 12-16%、Bi 1.4-1.8%、V 0.4-0.6%、Mo 0.7-0.9%、Co 0.8-1.0%、W 1.4-1.6%，其余为Fe；步骤（2）中蠕化剂和孕育剂每次的加入量分别为铁水质量的0.4-0.6%和0.3-0.5%；步骤（5）中以420-440L/h的速度通入氨气，以8-10 mL/min的速度滴加煤油。
实施例4：
检测本发明铸铁件的强度、耐磨性和抗疲劳性，选取上述实施例1-3所制得的铸铁件和市面上普通的铸铁件，采用三点抗弯测试铸铁件的抗弯强度（弯曲强度：MPa），采用砂轮摩擦法检测铸铁件的耐磨性（即磨损量：mg），采用空气弹老化试验机检测铸铁件的抗疲劳性能（即老化时间：h），以实施例1-3所得铸铁件为实验组1-3，普通铸铁件为对照组，结果如下表所示：
| 组别 | 实验组1 | 实验组2 | 实验组3 | 对照组 |
| 弯曲强度 | 450 | 420 | 390 | 270 |
| 磨损量 | 7 | 9 | 11 | 18 |
| 老化时间 | 2240 | 2080 | 1890 | 1360 |
由上表可知，由于弯曲强度和老化时间越高其性能越强，磨损量越少耐磨性越好，因此本发明所制得铸铁件的性能远远优于普通铸铁件，且实施例1所制得的铸铁件的性能最佳。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种BK系列制动器体壳耐磨蠕墨铸铁件铸造工艺，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将Q10生铁、弹簧钢、电解锰和蠕铁回炉料加入熔炼炉中，并且升温至1540-1560℃进行熔炼，熔炼50-60min后进行除杂，并取样对其合金的化学成分进行光谱分析，分析检测各成分的含量，根据检测结果添加锰铁、锡铁、石墨化增碳剂和90碳化硅，继续混炼10-20min后得铁水备用；其中铁水按照质量百分比由以下化学成分组成：C 3.3-3.7%、Mn 3.3-3.7%、Si 1.0-1.4%、Sn 0.05-0.3%、S 0.02-0.03%、P 0.1-0.2%，余量为Fe；
（2）在铁水包底覆盖一层蠕化剂，并在其上覆盖一层硅钡钙孕育剂，保持铁水的温度为1530-1540℃，再加入上述步骤（1）中的铁水进行蠕化孕育处理，当铁水完全加入后，在其液面上覆盖一层硅钡钙孕育剂，再在其上覆盖一层蠕化剂，进行二次蠕化孕育处理；
（3）将上述步骤（2）中的铁水蠕化孕育30-60s后，通过陶瓷过滤片对蠕化孕育后的铁水进行除渣，将除渣后的铁水浇注到预热至1390-1410℃的制动器体壳型腔内，浇注时间控制在4-6min，冷却至室温后得到铸铁件初品备用；
（4）将上述步骤（3）中的铸铁件初品置于回火炉内，并升温至540-560℃后保温2-2.5h，冷却至室温后进行落砂处理，得到铸铁件成品备用；
（5）将上述步骤（4）中的铸铁件成品放入滴控井式炉中进行碳氮共渗，升温至860-880℃，并向滴控井式炉内通入氨气，从而将炉内的空气全部排出，保持炉内的气压为0.3-0.4MPa，再缓慢滴加煤油，保压共渗3.5-4h后停止滴加，缓慢降温且降压得到产品。
2.根据权利要求1所述的一种BK系列制动器体壳耐磨蠕墨铸铁件铸造工艺，其特征在于：步骤（1）中各原料成分的质量百分比为：Q10生铁37-41%、弹簧钢25-29%、电解锰 0.8-1.2%、蠕铁回炉料23-27%、锰铁4.3-4.7%、锡铁0.3-0.7%、石墨化增碳剂1.2-1.8%、90碳化硅1.2-1.8%。
3.根据权利要求1所述的一种BK系列制动器体壳耐磨蠕墨铸铁件铸造工艺，其特征在于：步骤（1）中石墨化增碳剂按照质量百分比由以下化学成分组成：C 98-99%、S 0.05-0.1%、P 0.8-1.2%。
4.根据权利要求1所述的一种BK系列制动器体壳耐磨蠕墨铸铁件铸造工艺，其特征在于：步骤（2）中蠕化剂按照质量百分比由以下成分组成：稀土9-11%、Mg 4-6%、Si 38-42%、Fe38-44%、Sr 1.8-2.2%、In 1.5-2.5%。
5.根据权利要求1所述的一种BK系列制动器体壳耐磨蠕墨铸铁件铸造工艺，其特征在于：步骤（2）中硅钡钙孕育剂按照质量百分比由以下化学成分组成：Si 38-42%、Ba 18-22%、Ca 12-16%、Bi 1.4-1.8%、V 0.4-0.6%、Mo 0.7-0.9%、Co 0.8-1.0%、W 1.4-1.6%，其余为Fe。
6.根据权利要求1所述的一种BK系列制动器体壳耐磨蠕墨铸铁件铸造工艺，其特征在于：步骤（2）中蠕化剂和孕育剂每次的加入量分别为铁水质量的0.4-0.6%和0.3-0.5%。
7.根据权利要求1所述的一种BK系列制动器体壳耐磨蠕墨铸铁件铸造工艺，其特征在于：步骤（5）中以420-440L/h的速度通入氨气，以8-10 mL/min的速度滴加煤油。
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