曲軸用墨鑄鐵及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及球墨鑄鐵領(lǐng)域，具體涉及一種曲軸用墨鑄鐵及其制備方法，所述曲軸用球墨鑄鐵中各元素成分的質(zhì)量百分比為：C：3.6?3.8％，Si：1.9?2.2％，Mn：0.4?0.6％，Cu：0.4?0.7％，Mg：0.03?0.035％，Sn：0.02?0.03％，Ni：0.04?0.06％，Ge：0.005?0.015％，Sb：0.004?0.005％，P：≤0.03％，S：≤0.01％，余量為Fe；制備方法主要步驟包括原料熔煉、球化處理及孕育處理、熱處理。本發(fā)明通過合理配置各元素成分，所制得的曲軸用球墨鑄鐵具有高強(qiáng)度、高韌性，而且具有較高的剛性及耐磨性，提高了曲軸的承載能力和可靠性，使用壽命延長(zhǎng)，同時(shí)通過優(yōu)化制備方法降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。
【專利說明】
曲軸用墨鑄鐵及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及球墨鑄鐵領(lǐng)域，具體涉及一種曲軸用墨鑄鐵及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]球墨鑄鐵是通過球化和孕育處理得到球狀石墨，有效地提高了鑄鐵的機(jī)械性能，特別是提高了塑性和韌性，從而得到比碳鋼還高的強(qiáng)度。球墨鑄鐵是從20世紀(jì)五十年代發(fā)展起來的一種高強(qiáng)度鑄鐵材料，其綜合性能接近于鋼，正是基于其優(yōu)異的性能，已成功地用于鑄造一些受力復(fù)雜，強(qiáng)度、韌性、耐磨性要求較高的零件。球墨鑄鐵已迅速發(fā)展為僅次于灰鑄鐵的、應(yīng)用十分廣泛的鑄鐵材料。所謂“以鐵代鋼”，主要指球墨鑄鐵。
[0003]曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件之一，曲軸在工作時(shí)承受大的負(fù)荷和不斷變化的彎矩及扭矩作用，曲軸的強(qiáng)度和剛度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性有決定性影響。曲軸常見的失效形式有強(qiáng)度值不足導(dǎo)致的疲勞斷裂及硬度值低造成的磨損。因此，要求曲軸材質(zhì)具有較高的剛性和疲勞強(qiáng)度以及良好的耐磨性能。隨著球墨鑄鐵技術(shù)的發(fā)展，其性能也在不斷提高，優(yōu)質(zhì)廉價(jià)的球墨鑄鐵已成為制造曲軸的重要材料之一?，F(xiàn)有的球墨鑄鐵曲軸存在突出的問題在于不能在保證尚強(qiáng)度的同時(shí)兼有尚的初性，所以現(xiàn)有的球墨鑄鐵曲軸的制造材料本身的特性成為制約高速化、高功率化，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排發(fā)展目的的首要因素。中國(guó)專利CN 103388112 A公開了一種“球墨鑄鐵曲軸的組份及其生產(chǎn)方法”，所述球墨鑄鐵具有很好的強(qiáng)度及韌性，而在制備高強(qiáng)度高韌性的球磨鑄鐵的同時(shí)，控制生產(chǎn)成本也成為亟需解決的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明提供了一種曲軸用球墨鑄鐵及其制備方法，所述曲軸用球墨鑄鐵具有高強(qiáng)度、高韌性，同時(shí)具有較高的剛性及耐磨性。
[0005]為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
[0006]—種曲軸用球墨鑄鐵，其各元素成分的質(zhì)量百分比為:C:3.6-3.8%，S1:l.9-2.2% ,Mn:0.4-0.6% ,Cu:0.4-0.7% ,Mg:0.03-0.035% ,Sn:0.02-0.03% ,Ni:0.04-0.06% ,Ge:0.005-0.015% ,Sb:0.004-0.005%，P:彡0.03%，S:彡0.01 %，余量為Fe。
[0007]優(yōu)選地，所述曲軸用球墨鑄鐵中各元素成分的質(zhì)量百分比為:C:3.7%，S1:2.1%，Mn:0.5% ,Cu:0.55% ,Mg:0.03% ,Sn:0.025% ,N1:0.05% ,Ge:0.01% ,Sb:0.0045%，P:彡0.03%，S:彡0.01%，余量為Fe。
[0008]曲軸用球墨鑄鐵的制備方法，具體包括以下步驟:
[0009](I)原料熔煉:將生鐵、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)廢鋼依次加入中頻感應(yīng)電爐中進(jìn)行溶化，熔煉過程中保證鐵水溫度為1450-1500°C，然后再將備好的銅錠、鎳錠加入爐內(nèi)，檢測(cè)鐵水中各元素的含量，并調(diào)整各元素含量至符合配方要求，隨后進(jìn)行脫硫處理；
[0010](2)球化處理及孕育處理:將稀土鎂合金球化劑及增碳劑進(jìn)行粉碎后混合均勻，加入到球化包內(nèi)，使用蓋包法進(jìn)行球化處理，然后進(jìn)行隨流孕育，完成孕育處理，澆注；
[0011](3)熱處理:A、正火:將鑄造成型的球墨鑄鐵在溫度800-820°C下出殼后進(jìn)行自動(dòng)旋轉(zhuǎn)噴霧冷卻;B、淬火:將冷卻后的鑄件加熱至900-940°C，保溫2-3h后，以18-22°C/s的速度降溫至400-450°C，再于400-450°C下保溫l_2h后，放入250-300°C的鹽浴中，保溫l_1.5h，
再空冷至室溫，得所述曲軸用球墨鑄鐵。
[0012]優(yōu)選地，所述步驟(I)中生鐵和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)廢鋼的重量比為1-3:10-12。
[0013]優(yōu)選地，所述球化劑的加入量為鐵水總重量的1.1-1.2%。
[0014]優(yōu)選地，所述孕育劑中各元素成分的質(zhì)量百分比為:S1:40-48%，Ca:2-3%，Ba:0.2-0.4% ,Mn:4-5% ,Sn:0.4-0.6%，余量為鐵。
[0015]本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明將增碳劑放在密封球化包內(nèi)，球化劑遇高溫鐵水產(chǎn)生大量鎂蒸氣，包內(nèi)壓力瞬間上升，形成正壓無氧狀態(tài)，可防止氧化過多而出現(xiàn)增碳效果不明顯和鑄件碳含量不夠的情況，大幅度減少了生鐵用量。而使用蓋包法進(jìn)行球化處理，防止了鎂的氧化燒損，球化質(zhì)量穩(wěn)定可控，同時(shí)減少球化劑用量。在配方中加入鍺與鎳，可增加球墨鑄鐵的剛性、強(qiáng)度及韌性。將錫配制到孕育劑中，不僅充分發(fā)揮了錫的合金化作用，又強(qiáng)化了孕育效果，同時(shí)改變了銅的組織偏析狀態(tài)，使元素在材料基體內(nèi)的分布更加均勻。本發(fā)明先采用正火得到主要含珠光體的球墨鑄件，再經(jīng)過特殊淬火后使球墨鑄件的強(qiáng)度、韌性及耐磨性較傳統(tǒng)工藝都有進(jìn)一步的提高。本發(fā)明通過合理配置各元素成分，所制得的球墨鑄鐵具有尚強(qiáng)度、尚初性，而且具有$父尚的剛性及耐磨性，提尚了曲軸的承載能力和可靠性，使用壽命延長(zhǎng)，同時(shí)通過優(yōu)化制備方法降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)解決方案，實(shí)施例不能理解為是對(duì)技術(shù)解決方案的限制。
[0017]實(shí)施例1:
[0018]—種曲軸用球墨鑄鐵，其各元素成分的質(zhì)量百分比為:C: 3.7%，S1:2.1%，Mn:0.5% ,Cu:0.55% ,Mg:0.03% ,Sn: 0.025% ,Ni: 0.05 % ,Ge: 0.01 % , Sb: 0.0045 % , P: ^0.03%，S:彡0.01%，余量為Fe。
[0019]曲軸用球墨鑄鐵的制備方法，具體包括以下步驟:
[0020](I)原料熔煉:將生鐵、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)廢鋼依次加入中頻感應(yīng)電爐中進(jìn)行溶化，熔煉過程中保證鐵水溫度為1500°C，然后再將備好的銅錠、鎳錠加入爐內(nèi)，檢測(cè)鐵水中各元素的含量，并調(diào)整各元素含量至符合配方要求，隨后進(jìn)行脫硫處理；
[0021](2)球化處理及孕育處理:將鐵水總重量1.1%的稀土鎂合金球化劑及增碳劑進(jìn)行粉碎后混合均勻，加入到球化包內(nèi)，使用蓋包法進(jìn)行球化處理，然后進(jìn)行隨流孕育，完成孕育處理，澆注；
[0022](3)熱處理:A、正火:將鑄造成型的球墨鑄鐵在溫度820°C下出殼后進(jìn)行自動(dòng)旋轉(zhuǎn)噴霧冷卻;B、淬火:將冷卻后的鑄件加熱至9000C，保溫3h后，以22°C/s的速度降溫至400°C，再于400°C下保溫Ih后，放入300°C的鹽浴中，保溫lh，再空冷至室溫，得所述曲軸用球墨鑄鐵。
[0023]所述步驟(I)中生鐵和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)廢鋼的重量比為1:12。
[0024]所述孕育劑中各元素成分的質(zhì)量百分比為:5丨:40%<&:3%，8&:0.4%，111:4%，Sn:0.6%，余量為鐵。
[0025]實(shí)施例2:
[0026]—種曲軸用球墨鑄鐵，其各元素成分的質(zhì)量百分比為:C: 3.8%，S1:1.9%，Mn:0.6% ,Cu:0.4% ,Mg:0.035% ,Sn:0.02% ,N1:0.06% ,Ge:0.005% ,Sb:0.005% ,P:^0.03%，S:彡0.01%，余量為Fe。
[0027]曲軸用球墨鑄鐵的制備方法，具體包括以下步驟:
[0028](I)原料熔煉:將生鐵、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)廢鋼依次加入中頻感應(yīng)電爐中進(jìn)行溶化，熔煉過程中保證鐵水溫度為1450°C，然后再將備好的銅錠、鎳錠加入爐內(nèi)，檢測(cè)鐵水中各元素的含量，并調(diào)整各元素含量至符合配方要求，隨后進(jìn)行脫硫處理；
[0029](2)球化處理及孕育處理:將鐵水總重量1.2%的稀土鎂合金球化劑及增碳劑進(jìn)行粉碎后混合均勻，加入到球化包內(nèi)，使用蓋包法進(jìn)行球化處理，然后進(jìn)行隨流孕育，完成孕育處理，澆注；
[0030](3)熱處理:A、正火:將鑄造成型的球墨鑄鐵在溫度800°C下出殼后進(jìn)行自動(dòng)旋轉(zhuǎn)噴霧冷卻;B、淬火:將冷卻后的鑄件加熱至9400C，保溫2h后，以18°C/s的速度降溫至450°C，再于450°C下保溫2h后，放入250°C的鹽浴中，保溫1.5h，再空冷至室溫，得所述曲軸用球墨鑄鐵。
[0031]所述步驟(I)中生鐵和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)廢鋼的重量比為3:10。
[0032]所述孕育劑中各元素成分的質(zhì)量百分比為:5丨:48%，0&:2%，8&:0.2%%，111:5%，Sn:0.4%，余量為鐵。
[0033]實(shí)施例3:
[0034]一種曲軸用球墨鑄鐵，其各元素成分的質(zhì)量百分比為:C:3.6%，S1:2.2%，Mn:0.4% ,Cu:0.7% ,Mg:0.03% ,Sn:0.03% ,N1:0.04% ,Ge:0.015% ,Sb:0.004% ,P: ^0.03%，S:彡0.01%，余量為Fe。
[0035]曲軸用球墨鑄鐵的制備方法，具體包括以下步驟:
[0036](I)原料熔煉:將生鐵、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)廢鋼依次加入中頻感應(yīng)電爐中進(jìn)行溶化，熔煉過程中保證鐵水溫度為1480°C，然后再將備好的銅錠、鎳錠加入爐內(nèi)，檢測(cè)鐵水中各元素的含量，并調(diào)整各元素含量至符合配方要求，隨后進(jìn)行脫硫處理；
[0037](2)球化處理及孕育處理:將鐵水總重量1.15%的稀土鎂合金球化劑及增碳劑進(jìn)行粉碎后混合均勻，加入到球化包內(nèi)，使用蓋包法進(jìn)行球化處理，然后進(jìn)行隨流孕育，完成孕育處理，澆注；
[0038](3)A、正火:將鑄造成型的球墨鑄鐵在溫度800°C下出殼后進(jìn)行自動(dòng)旋轉(zhuǎn)噴霧冷卻；B、淬火:將冷卻后的鑄件加熱至920°C，保溫3h后，以20°C/s的速度降溫至420°C，再于420°C下保溫1.5h后，放入280°C的鹽浴中，保溫lh，再空冷至室溫，得所述曲軸用球墨鑄鐵。
[0039]所述步驟(I)中生鐵和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)廢鋼的重量比為1:11。
[0040]所述孕育劑中各元素成分的質(zhì)量百分比為:S1:45% ,Ca:2.5%,Ba:0.3% ,Mn:4%，Sn:0.6%，余量為鐵。
[0041 ] 實(shí)施例4:
[0042]一種曲軸用球墨鑄鐵，其各元素成分的質(zhì)量百分比為:C: 3.6%，S1:1.9%，Mn:0.6% ,Cu: 0.6% ,Mg: 0.035% ,Sn:0.03% ,Ni:0.04% ,Ge:0.01% ,Sb:0.004% ,P:^0.03%，S:彡0.01%，余量為Fe。
[0043]曲軸用球墨鑄鐵的制備方法，具體包括以下步驟:
[0044](I)原料熔煉:將生鐵、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)廢鋼依次加入中頻感應(yīng)電爐中進(jìn)行溶化，熔煉過程中保證鐵水溫度為1450°C，然后再將備好的銅錠、鎳錠加入爐內(nèi)，檢測(cè)鐵水中各元素的含量，并調(diào)整各元素含量至符合配方要求，隨后進(jìn)行脫硫處理；
[0045](2)球化處理及孕育處理:將鐵水總重量1.15%的稀土鎂合金球化劑及增碳劑進(jìn)行粉碎后混合均勻，加入到球化包內(nèi)，使用蓋包法進(jìn)行球化處理，然后進(jìn)行隨流孕育，完成孕育處理，澆注；
[0046](3)A、正火:將鑄造成型的球墨鑄鐵在溫度820°C下出殼后進(jìn)行自動(dòng)旋轉(zhuǎn)噴霧冷卻;B、淬火:將冷卻后的鑄件加熱至900°C，保溫2.5h后，以18°C/s的速度降溫至400°C，再于400°C下保溫l_2h后，放入250°C的鹽浴中，保溫1.5h，再空冷至室溫，得所述曲軸用球墨鑄鐵。
[0047]所述步驟(I)中生鐵和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)廢鋼的重量比為2:12。
[0048]所述孕育劑中各元素成分的質(zhì)量百分比為:S1:48%，Ca:3%，Ba:0.2%，Mn:4%，Sn:0.6%，余量為鐵。
[0049]實(shí)施例5:
[0050]—種曲軸用球墨鑄鐵，其各元素成分的質(zhì)量百分比為:(::3.8%，51:2.2%，111:0.5% ,Cu: 0.6% ,Mg: 0.035% ,Sn: 0.02% ,Ni:0.06% ,Ge: 0.015 % , Sb: 0.0045 % , P: ^0.03%，S:彡0.01%，余量為Fe。
[0051]曲軸用球墨鑄鐵的制備方法，具體包括以下步驟:
[0052](I)原料熔煉:將生鐵、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)廢鋼依次加入中頻感應(yīng)電爐中進(jìn)行溶化，熔煉過程中保證鐵水溫度為1460°C，然后再將備好的銅錠、鎳錠加入爐內(nèi)，檢測(cè)鐵水中各元素的含量，并調(diào)整各元素含量至符合配方要求，隨后進(jìn)行脫硫處理；
[0053](2)球化處理及孕育處理:將鐵水總重量1.1%的稀土鎂合金球化劑及增碳劑進(jìn)行粉碎后混合均勻，加入到球化包內(nèi)，使用蓋包法進(jìn)行球化處理，然后進(jìn)行隨流孕育，完成孕育處理，澆注；
[0054](3)A、正火:將鑄造成型的球墨鑄鐵在溫度810°C下出殼后進(jìn)行自動(dòng)旋轉(zhuǎn)噴霧冷卻；B、淬火:將冷卻后的鑄件加熱至9400C，保溫3h后，以22°C/s的速度降溫至450°C，再于450°C下保溫Ih后，放入300°C的鹽浴中，保溫1.5h，再空冷至室溫，得所述曲軸用球墨鑄鐵。
[0055]所述步驟(I)中生鐵和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)廢鋼的重量比為1:10。
[0056]所述孕育劑中各元素成分的質(zhì)量百分比為:S1:40%，Ca: 2%、Ba:0.34%，Mn: 5%，Sn:0.5%，余量為鐵。
[0057]性能測(cè)試:對(duì)由實(shí)施例1-5所制得的曲軸用球墨鑄鐵進(jìn)行性能測(cè)試，經(jīng)檢測(cè)，本發(fā)明曲軸用球墨鑄鐵的抗拉強(qiáng)度為920-940MPa，屈服強(qiáng)度為615_625MPa，延伸率為5_7 %，韌性為39-42J/cm2，球化等級(jí)為1-2級(jí)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種曲軸用球墨鑄鐵，其特征在于，其各元素成分的質(zhì)量百分比為:C:3.6-3.8%，Si:1.9-2.2% ,Mn:0.4-0.6% ,Cu: 0.4-0.7% ,Mg: 0.03-0.035% ,Sn: 0.02-0.03% ,Ni:0.04-0.06% ,Ge:0.005-0.015% ,Sb:0.004-0.005%，P:彡0.03%，S:彡0.01 %，余量為Fe。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的曲軸用球墨鑄鐵，其特征在于，其各元素成分的質(zhì)量百分比^:C:3.7% ,Si: 2.1% ,Mn: 0.5% ,Cu:0.55% ,Mg:0.03% ,Sn: 0.025% ,Ni:0.05% ,Ge:0.01% ,Sb:0.0045% ,P:^0.03%，S:彡0.01 %，余量為 Fe。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的曲軸用球墨鑄鐵的制備方法，其特征在于，具體包括以下步驟: (1)原料熔煉:將生鐵、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)廢鋼依次加入中頻感應(yīng)電爐中進(jìn)行溶化，熔煉過程中保證鐵水溫度為1450-1500°C，然后再將備好的銅錠、鎳錠加入爐內(nèi)，檢測(cè)鐵水中各元素的含量，并調(diào)整各元素含量至符合配方要求，隨后進(jìn)行脫硫處理； (2)球化處理及孕育處理:將稀土鎂合金球化劑及增碳劑進(jìn)行粉碎后混合均勻，加入到球化包內(nèi)，使用蓋包法進(jìn)行球化處理，然后進(jìn)行隨流孕育，完成孕育處理，澆注； (3)熱處理:A、正火:將鑄造成型的球墨鑄鐵在溫度800-820°C下出殼后進(jìn)行自動(dòng)旋轉(zhuǎn)噴霧冷卻;B、淬火:將冷卻后的鑄件加熱至900-940°C，保溫2-3h后，以18-22°C/s的速度降溫至400-450°C，再于400-450°C下保溫l_2h后，放入250-300°C的鹽浴中，保溫1_1.5h，再空冷至室溫，得所述曲軸用球墨鑄鐵。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的曲軸用球墨鑄鐵的制備方法，其特征在于，所述步驟(I)中生鐵和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)廢鋼的重量比為1-3:10-12。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的曲軸用球墨鑄鐵的制備方法，其特征在于，所述球化劑的加入量為鐵水總重量的1.1-1.2%。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的曲軸用球墨鑄鐵的制備方法，其特征在于，所述孕育劑中各元素成分的質(zhì)量百分比為:S1:40-48%、Ca: 2-3%，Ba:0.2-0.4%，Mn:4-5%，Sn:0.4-0.6%，余量為鐵。
【文檔編號(hào)】C22C33/10GK105886892SQ201610496130
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年6月27日
【發(fā)明人】張福新
【申請(qǐng)人】含山縣興達(dá)球墨鑄鐵廠