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寧國志誠機械,鑄造自動化設備,耐磨,鐵型覆砂,生產線,鑄球,鋼球,模具,熱處理淬火,鑄造環保設備,澆注機
寧國市志誠機械制造有限公司
 
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Production of nodular cast iron crankshaft with iron coated sand process

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Issuing time:2017-03-21 16:02

摘要介紹了鐵型覆砂鑄造工藝的優點;通過采用含Sb的專用球化劑、鐵型覆砂鑄造工藝,試制了鑄態高強度、高伸長率球鐵曲軸。結果表明:曲軸本體金相組織為球化等級2級、石墨大小6級、珠光體體積分數達到85%~95%,本體杭拉強度870~940Mpa、伸長率4.4%~6.0%,完全達到客戶要求。

   曲軸是發動機中最重要的零件之一,很大程度上影響著發動機的可靠性與壽命,它與連桿配合將作用在活塞上的氣體壓力變為旋轉動力,傳給底盤上的傳機構;同時,曲軸又是高速旋轉件,因此要求它不但要有足夠的剛度與強度,而且要有良好的承受小能量多次沖擊載荷的能力,且耐磨損和有良好的潤滑性。

       自上世紀50年代球鐵代替鍛鋼成為曲軸的材料以來,球鐵曲軸的應用得到了飛速發展,材料牌號也由原來的QT600-3發展到現在的QT900-2,而且ADI曲軸也在研發應用之中,對于一般球鐵曲軸鑄件,為獲得足夠的珠光體體積分數,多采用正火處理或加入Cu、Cr/Mo、Ni等合金元素得到合格組織;近幾年來,筆者公司在采用鐵型覆砂和含Sb球化劑生產鑄態高強度、高伸長率的球鐵曲軸方面開展了一些研究工作,并取得了一定的進展。

1、 鐵型覆砂鑄造工藝簡介

   鐵型覆砂鑄造是在粗成形金屬鑄型內壁覆上一層4~6mm厚的覆膜砂,覆膜砂在一定溫度下固化,覆蓋于鐵型內表面,鐵液注入覆膜砂的鐵型之中形成鑄件的工藝方法。此工藝是基于金屬型鑄造和砂型鑄造基礎上發展起來的,兼有兩者的優點:鐵型加快了鐵液的冷卻,使鑄件石墨細小、組織致密、基體中珠光體體積分數增加;鑄件尺寸精度高、加工余量??;造型材料需要量少;廢品率低;以及鑄件清理工作量小。其中最關鍵的是鑄型強度高、硬度高,石墨膨脹作用于

鑄型產生反作用力,使鑄件得到良好的自補縮,有利于防止縮孔、縮松缺陷的產生。與砂型鑄造相比,鐵型覆砂鑄造的鑄件組織更致密,力學性能得到改善,并有利于消除球鐵鑄件的縮孔、縮松缺陷,實現無冒口鑄造。

鐵型覆砂用于鑄態曲軸生產上,使鑄件結晶和冷卻速度加快,鑄件晶粒得到細化,因而力學性能與使用性能也大大提高,可以取消正火工藝,大大降低成本、因此,鐵型覆砂鑄造工藝在各種鑄態球鐵曲軸生產中應用極其廣泛,是獲得非合金化鑄態高強度、高伸長率球鐵曲軸的一種有效方法。

2、工藝試驗

2.1鑄件技術要求

       1為曲軸鑄件簡圖要求金相組織為:珠光體體積分數70%以上,游離滲碳體和磷共晶均不超過2%,滲碳體和磷共晶總量不超過3%;球化等級1~3級,石墨大小5~8級。要求力學性能為:曲軸本體抗拉強度≥800MPa,伸長率≥3%,布氏硬度240~320HB。

2.2試驗方案

2.2.1  原材料的選擇

       選用優質低P、低S、低干擾元素的庚辰生鐵Q12,優質無銹的碳素結構鋼,ω(C)>90%、ω(S)<0.05%的增碳劑,以獲得低S高純凈鐵液。

2.2.2化學成分選擇

       (1)C的作用和影響:C是球墨鑄鐵的基本元素,在ω(Si)量相同的情況下,ω(C)量越高,CE量越高,有利于石墨化,增加石墨球數,減少白口傾向,改善鐵液的流動性,在不產生石墨漂浮的情況下,盡量提高ω(C)量,一般控制在3.7%~3.9%。

       (2)Si的作用和影響:在球墨鑄鐵中,Si不僅可以有效地減小白口傾向,增加鐵素體體積分數,而且具有細化共晶團的作用;但是,Si提高鑄鐵的韌脆性轉變溫度,降低沖擊韌性,因此在珠光體基體球鐵中,ω(Si)量不宜過高,一般為1.8%~2.1%。

       (3)S的作用和影響:s是一種反球化元素,它與Mg、RE等球化元素有很強的親合力;S的存在會大量消耗鐵液中的球化元素,形成MgRE的硫化物,引起夾渣、氣孔等鑄造缺陷球墨鑄鐵中S主要來自生鐵和增碳劑,因此要求生鐵中的ω(S)<0.02%,增碳劑中的ω(S)<0.05%。

       (4)P的作用和影響:P是一種有害元素、它在鑄鐵中溶解度極低,當ω(P)<0.05%時,固溶于基體中,對力學性能幾乎沒有影響;當ω(P)>0.05%時,P極易偏析于共晶團邊界,形成二元、三元或復合磷共晶,降低鑄鐵的韌性。一般要求ω(P)<0.05%。

   (5)Mn的作用和影響:球墨鑄鐵中Mn的作用主要表現在提高珠光體的穩定性;但是Mn偏析于晶界上,造成球鐵的韌性下降,同時Mn也會提高鐵素體球墨鑄鐵的韌脆性轉變溫度。因此,即使是在珠光體球墨鑄鐵中,也要求ω(Mn)量盡可能低些,一般控制ω(Mn)量在0.3%~0.55%。

2.2.3球化劑的選擇

       2003~20124月份,一直使用Z-1球化劑,成分見表1,鑄件力學性能總是達不到主機廠要求,見表2

       經過多次工藝試制,20125月份以后,采用YY-1球化劑,ω(Mg)量由原來的0.032%~0.033%變為0.034%-0.036%,其成分見表1。分析認為,在YY-1中起主要作用的元素為Sb。

Sb的作用:在Ce存在的前提下,Sb可顯著提高石墨球圓整度,防止石墨畸變,并能明顯增加石墨球數。Sb加入適量,有強烈的表面吸附作用,富集在石墨界面處,既可防止石墨球破碎,又可細化石墨。Sb還起到穩定珠光體的作用,同時Sb還可改善含Ba孕育劑的孕育效果,提高孕育劑的抗衰退性能。


 2.2.4配料及熔煉工藝

爐料配比見表3。采用1t中頻電爐熔煉鐵液,熔煉溫度控制在1540~ 1550℃采用1t帶堤壩處理包,沖入法球化處理,球化劑加入量1.1%,球化反應時間為90~120S孕育劑為普通75SiFe,分兩次孕育:一次為出鐵2/3后加入0.3%~0.4%的孕育劑;第二次為球化處理后加入0.1%的孕育劑進行浮Si孕育。另外,澆注時進行瞬時孕育,瞬時孕育劑型號為BS-2,加入量為0.1%。澆注時間控制在8 min之內。打箱時間設定為最后一箱澆注結束后的10-15min。表4為鐵液的最終化學成分。

2.3鐵型覆砂工藝

菠砂層厚度4~6mm,射砂時型板、模具預熱溫度200~240℃,鐵型溫度200~220℃,固化時間10~20S,使用纖維過濾網,見圖2。

3 試驗結果與分析

 5為部分鑄態球鐵曲軸的力學性能及金相組織統計結果。采用YY-1球化劑后,球化級別2級,石墨大小6級,珠光體體積分數達到85%~95%。對曲軸小頭扇板進行力學性能測試,取樣位置如圖1,結果表明力學性能已完全達到要求。

4、結束語

采用鐵型覆砂和含Sb球化劑,成功地獲得了鑄態高強度、高伸長率球鐵曲軸,減少了資源和能耗,降低了生產成本。

轉自:消失模鑄造

附圖:鐵型覆砂曲軸生產線

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