專利名稱：球墨鑄鐵曲軸余熱風(fēng)冷正火的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到球墨鑄鐵熱處理領(lǐng)域，特別涉及到球墨鑄鐵曲軸余熱風(fēng)冷正火的方法。
背景技術(shù)：
國(guó)家2003年在第二批《國(guó)家重點(diǎn)行業(yè)清潔生產(chǎn)技術(shù)導(dǎo)向目錄》里機(jī)械行業(yè)中技 術(shù)編號(hào)為15的技術(shù)名稱為“鑄態(tài)球墨鑄鐵技術(shù)”中提到通過控制鑄件冷卻速度，加入合 金元素，調(diào)整化學(xué)成分，采用復(fù)合孕育等措施，使鑄件鑄態(tài)達(dá)到技術(shù)條件規(guī)定的金相組織和 機(jī)械性能，從而取消正火或退火等熱處理工序。鑄態(tài)穩(wěn)定生產(chǎn)的球鐵牌號(hào)為QT400-15， QT450-10, QT500-7, QT600-3, QT700-2。該技術(shù)的不足之處在于球墨鑄鐵牌號(hào)全部低于 QT800-2，不能在高牌號(hào)球墨鑄鐵曲軸領(lǐng)域應(yīng)用。四川省南充勞動(dòng)工廠鑄造分廠劉文川、夏成懷等在《內(nèi)燃機(jī)》雜志1994年第03 期發(fā)表的《球鐵用鑄造余熱正火及節(jié)能》的文章顯示，球墨鑄鐵曲軸的材料牌號(hào)只能達(dá)到 QT600-3。江蘇省常州柴油機(jī)廠在《金屬型覆砂鑄造成套工藝》中提到利用鑄件開箱時(shí)的余 熱(850°C )進(jìn)行懸輸鏈送吹風(fēng)噴霧正火，以獲得75%以上的珠光體，從而保證鑄件具有優(yōu) 異的綜合機(jī)械性能。該技術(shù)的缺點(diǎn)是(1)、“75%以上的珠光體”其對(duì)應(yīng)的綜合機(jī)械性能不 能滿足高牌號(hào)球墨鑄鐵曲軸，珠光體含量80%以上的技術(shù)要求；(2)、“進(jìn)行懸輸鏈送吹風(fēng)噴 霧”，對(duì)現(xiàn)有鐵模覆砂生產(chǎn)線推廣困難；(3)、改造投入資金大；(4)、要在現(xiàn)有鐵模覆砂線上 運(yùn)用受到現(xiàn)有車間生產(chǎn)線布置的制約，“850°C”范圍太笮，開箱時(shí)不可能恰好850°C，在大生 產(chǎn)中不實(shí)際。山東省濱州海得曲軸有限責(zé)任公司，尹士文2009年5月5日在汽車制造業(yè)網(wǎng)站上 發(fā)表《曲軸鐵模覆砂鑄造及生產(chǎn)過程控制》中提出“曲軸余熱正火輔合金化”的思路，做法是 “在鐵水處理過程中加入0. 5% 0. 6%的Cu和微量的強(qiáng)烈促進(jìn)珠光體化的微量元素Sb，當(dāng) 鑄件溫度在860-900°C左右時(shí)開箱，然后將鑄件迅速轉(zhuǎn)入冷卻室進(jìn)行噴霧冷卻，這樣便可得 到珠光體含量85% -90%機(jī)械性能QT800-3的球鐵曲軸毛坯。該項(xiàng)技術(shù)的缺陷是(1)、“需 要加0. 5% 0. 6%的Cu”，在銅價(jià)高位徘徊時(shí)，加入鐵液中的電解銅曾達(dá)到86000元/噸， 現(xiàn)在也為63000元/噸，該技術(shù)不具備明顯的經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)勢(shì)。(2)、“迅速轉(zhuǎn)入冷卻室進(jìn)行噴 霧冷卻”，在現(xiàn)有鐵模覆砂線上運(yùn)用受到現(xiàn)有車間生產(chǎn)線布置的制約，至今未見在實(shí)際中運(yùn) 用的資料。趙黎甲、謝小平等在《鑄造技術(shù)》2003年第24卷第04期發(fā)表《余熱正火生產(chǎn)曲 軸工藝實(shí)踐》中提出用復(fù)合合金化法進(jìn)行生產(chǎn)，保證Cu含量> 0. 5%，在鑄件冷卻至850°C 時(shí)開箱，并快速震掉曲軸表面的型砂，立即進(jìn)行吹風(fēng)噴霧強(qiáng)制均勻冷卻，回火處理用電爐進(jìn) 行，達(dá)到降低曲軸鑄件中合金元素的加入量，又提高曲軸的綜合力學(xué)性能，降低生產(chǎn)成本， 生產(chǎn)出高強(qiáng)度珠光體曲軸的目的，文章顯示趙黎甲等人就此項(xiàng)工作作了三次工藝試驗(yàn)。此 項(xiàng)技術(shù)的缺陷是(1)、“用復(fù)合合金化法生產(chǎn)保證Cu含量> 0. 5%”，如前所述，加Cu增加的成本部分抵消了其省卻電爐加熱正火產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益。(2)、“冷卻至850°C時(shí)開箱”在大 生產(chǎn)中不可能實(shí)施，850°C是指鑄件的溫度，而鑄件是在鐵模里面，在鐵模外面是難以得知 里面的溫度的，即便是通過一定統(tǒng)計(jì)分析后，開箱的溫度也只能是控制在以850°C為中間值 的一定范圍內(nèi)。(3)、“快速震掉曲軸表面的型砂”無此必要，此過程降低了送到強(qiáng)制冷卻工 步的曲軸的溫度，不利于提高珠光體比例和綜合機(jī)械性能而在生產(chǎn)實(shí)際中，曲軸表面造型 用砂(除粘砂外)在開箱脫模的過程中絕大多數(shù)已經(jīng)震掉，粘砂對(duì)鑄件快速冷卻的實(shí)際影 響很小，到了可以忽略不計(jì)的程度。(4)、余熱正火后再用回火改善韌性也無此必要，當(dāng)余熱 正火后曲軸材料達(dá)到牌號(hào)韌性指標(biāo)，再通過回火來提高韌性就是多余操作，余熱正火后韌 性未達(dá)標(biāo)，用回火來改善則只能說明此技術(shù)沒有達(dá)到高牌號(hào)球鐵曲軸的技術(shù)要求。球墨鑄鐵的鑄熱水浴冷卻正火工藝，申請(qǐng)?zhí)?專利號(hào)87107076，它的作法是模型 內(nèi)達(dá)到溫度要求的鑄件取出用水浴的方式控制其冷卻速度，促進(jìn)奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變，增 加珠光體含量并細(xì)化珠光體，達(dá)到正火目的。該項(xiàng)技術(shù)運(yùn)用了鑄件的余熱，但其工藝方式與 本發(fā)明完全不同，故不對(duì)其進(jìn)行比較分析。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種合理運(yùn)用及調(diào)整鑄件在共析線以上的冷卻速度，輔以 調(diào)節(jié)珠光體穩(wěn)定元素Mn的含量來獲得提高鑄件機(jī)械性能的球墨鑄鐵曲軸余熱風(fēng)冷正火的 方法，該方法省去了通過電爐重新對(duì)鑄件加熱正火步驟。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為一種球墨鑄鐵曲軸余熱風(fēng)冷正火的方法，尤其適用于球墨鑄鐵曲軸，球墨鑄鐵曲 軸余熱風(fēng)冷正火的方法其步驟為1、球墨鑄鐵熔煉鐵液中，除Fe元素外，其它C、Si、Mn、P、S五大主要元素的質(zhì)量百 分比為C.3. 75-3. 85% SiU. 8-2. 2%Mn,0. 76-0. 82% P.O. 05-0. 09%S,0. 001-0. 024% ；2、電爐出鐵水的溫度為1480-1500°C ；3、鐵水包澆注鐵水的溫度為1350-1430°C ；4、對(duì)鑄型澆注后開箱要求當(dāng)鐵模覆砂生產(chǎn)線是連續(xù)生產(chǎn)時(shí)，即澆注為熱模時(shí)，從澆注結(jié)束起12-16分鐘開 箱，鑄件利用自重脫模；當(dāng)鐵模覆砂生產(chǎn)線是間斷生產(chǎn)時(shí)，即澆注為冷模時(shí)，從澆注結(jié)束起11-15分鐘開 箱，此時(shí)鑄件表面溫度控制在840-920°C之間，鑄件利用自重脫模；當(dāng)鐵模覆砂生產(chǎn)線為多箱澆注時(shí)，所有鐵型開箱時(shí)間均控制在從澆注結(jié)束起熱 模為12-16分鐘開箱，冷模為11-15分鐘開箱；5、鑄件從開箱到脫模的時(shí)間控制在40-70秒內(nèi)。在球墨鑄鐵曲軸余熱風(fēng)冷正火的方法中，開箱落出的鑄件應(yīng)在40-60秒內(nèi)送到風(fēng) 冷區(qū)進(jìn)行吹風(fēng)冷卻，吹風(fēng)冷卻的持續(xù)時(shí)間為30-60分鐘。本發(fā)明的積極效果為
1、在不對(duì)鑄件重新加熱正火的條件下，穩(wěn)定地獲得高于QT800-2國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的球墨 鑄鐵曲軸；2、為得到珠光體基體而進(jìn)行合金化時(shí)，不需加入價(jià)格昂貴的Cu，進(jìn)一步降低了生 產(chǎn)成本；3、勿需對(duì)現(xiàn)有鐵模覆砂造型線進(jìn)行投入性改造，僅需就近添置一臺(tái)風(fēng)機(jī)，即可實(shí) 施，體現(xiàn)出投入少，見效快的優(yōu)點(diǎn)；4、本發(fā)明擴(kuò)寬了余熱正火開箱時(shí)對(duì)鑄件允許的溫度范圍，提高了工藝保證產(chǎn)品質(zhì) 量的可靠性；5、本發(fā)明將開箱時(shí)對(duì)鑄件允許的溫度范圍轉(zhuǎn)化成開箱時(shí)間，增強(qiáng)了工藝的可操作 性，便于在大生產(chǎn)中推廣運(yùn)用；6、本發(fā)明運(yùn)用時(shí)操作簡(jiǎn)單，無需刻意去掉鑄件表面造型殘留砂；本發(fā)明取得球墨 鑄鐵機(jī)械性能高于QT800-2國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，延伸率最低時(shí)在3%，脆性小，勿需回火，省去了電爐 加熱正火的工藝過程，經(jīng)濟(jì)效益明顯。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1樣本名稱YTR4105曲軸，鑄件重量54Kg，材料要求QT800-2，硬度要求HB 240-320。用同一包鐵水澆注在鐵模覆砂生產(chǎn)線一批七箱14件YTR4105曲軸，并對(duì)澆注的第 一箱和最后一箱進(jìn)行檢測(cè)。1、電爐中球墨鑄鐵熔煉鐵液的球化處理在鐵水包中放入球化處理料，將電爐中的熔煉鐵液倒入鐵水包中進(jìn)行球化處理， 電爐鐵水出爐溫度為1492°C。球化處理前球墨鑄鐵熔煉鐵液中除Fe元素外，其它五大元素C、Si、Mn、P、S的質(zhì) 量百分比為 球化處理后球墨鑄鐵熔煉鐵液中除Fe元素外，其它五大元素C、Si、Mn、P、S的質(zhì)
量百分比為 2、鑄型澆注及澆注后開箱現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度為20°C，鐵水包澆注第一箱時(shí)的溫度為1390°C，鐵水澆注第七箱 時(shí)的溫度為1362°C ；第一箱鑄件從澆注結(jié)束到開箱開始間隔時(shí)間為12分鐘8秒，第七箱鑄件從澆注結(jié)束到開箱開始間隔時(shí)間為15分鐘53秒；第一箱鑄件開箱時(shí)鑄件表面溫度 910°C，第七箱鑄件開箱時(shí)鑄件表面溫度888°C。3、第一箱鑄件從開箱到脫模時(shí)間為50秒，第七箱鑄件從開箱到脫模時(shí)間為55秒。4、第一箱鑄件和第七箱鑄件開箱落出的鑄件送到風(fēng)冷區(qū)進(jìn)行吹風(fēng)冷卻的時(shí)間為 55秒，第一箱曲軸開始吹風(fēng)冷卻時(shí)鑄件表面溫度868°C，第七箱曲軸開始吹風(fēng)冷卻時(shí)鑄件 表面溫度853°C。5、第一箱鑄件和第七箱鑄件吹風(fēng)冷卻持續(xù)時(shí)間為30分鐘。風(fēng)機(jī)型號(hào)軸流式風(fēng)機(jī)(SFNo6-4)，功率2. 2Kwh ；轉(zhuǎn)速1450r/min ；風(fēng)量 18700m3/min。鑄件抽樣金相和機(jī)械性能檢測(cè)結(jié)果金相組織 機(jī)械性能 實(shí)施例2樣本名稱YTR4105曲軸，鑄件重量54Kg，材料要求QT800-2，硬度要求HB 240-320。1、電爐中球墨鑄鐵熔煉鐵液的球化處理在鐵水包中放入球化處理料，將電爐中的熔煉鐵液到入鐵水包中進(jìn)行球化處理， 電爐鐵水出爐溫度為1493°C。球化處理前球墨鑄鐵熔煉鐵液中除Fe元素外，其它五大元素C、Si、Mn、P、S的質(zhì) 量百分比為 球化處理后球墨鑄鐵熔煉鐵液中除Fe元素外，其它五大元素C、Si、Mn、P、S的質(zhì)量百分比為
2、鑄型澆注及澆注后開箱鐵水包澆注時(shí)的溫度為1392°C，鑄件澆注結(jié)束到開箱開始的時(shí)間為12分鐘58 秒，開箱時(shí)鑄件表面溫度為903°C。 3、鑄件從開箱到脫模時(shí)間為45秒。4、開箱落出的鑄件送到風(fēng)冷區(qū)進(jìn)行吹風(fēng)冷卻的時(shí)間為50秒，開始吹風(fēng)降溫時(shí)鑄 件表面溫度860°C。5、鑄件吹風(fēng)冷卻持續(xù)時(shí)間為40分鐘。風(fēng)機(jī)型號(hào)軸流式風(fēng)機(jī)(SFNo6-4)，功率2. 2Kwh ；轉(zhuǎn)速1450r/min ；風(fēng)量 18700m3/min。鑄件抽樣金相和機(jī)械性能檢測(cè)結(jié)果金相組織 機(jī)械性能 實(shí)施例3樣本名稱美國(guó)V8-442賽車曲軸，鑄件重量32. 5Kg，材料要求QT800_2，硬度要 求HB 230-300。用同一包鐵水澆注在鐵模覆砂生產(chǎn)線進(jìn)行澆注。1、電爐中球墨鑄鐵熔煉鐵液的球化處理在鐵水包中放入球化處理料，將電爐中的熔煉鐵液倒入鐵水包中進(jìn)行球化處理， 電爐鐵水出爐溫度為1486°C。球化處理前球墨鑄鐵熔煉鐵液中除Fe元素外，其它五大元素C、Si、Mn、P、S的質(zhì) 量百分比為 球化處理后球墨鑄鐵熔煉鐵液中除Fe元素外，其它五大元素C、Si、Mn、P、S的質(zhì) 量百分比為 2、鑄型澆注及澆注后開箱鐵水包澆注時(shí)的溫度為1382°C，鑄件澆注結(jié)束到開箱開始的時(shí)間為13分鐘03 秒，開箱時(shí)鑄件表面溫度為845°C。 3、鑄件從開箱到脫模時(shí)間為53秒.。4、開箱落出的鑄件送到風(fēng)冷區(qū)進(jìn)行吹風(fēng)冷卻的時(shí)間為60秒。5、鑄件吹風(fēng)冷卻持續(xù)時(shí)間為48分鐘。風(fēng)機(jī)型號(hào)軸流式風(fēng)機(jī)(SFNo6-4)，功率2. 2Kwh ；轉(zhuǎn)速1450r/min ；風(fēng)量 18700m3/min。鑄件抽樣金相和機(jī)械性能檢測(cè)結(jié)果金相組織 機(jī)械性能 以上所述僅是本發(fā)明的非限定實(shí)施方式，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不 脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思和不作出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都 屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種球墨鑄鐵曲軸余熱風(fēng)冷正火的方法，尤其適用于球墨鑄鐵鑄件，其特征在于，球墨鑄鐵曲軸余熱風(fēng)冷正火的方法步驟為(1)、球墨鑄鐵熔煉鐵液中，除Fe元素外，其它C、Si、Mn、P、S五大主要元素的質(zhì)量百分比為C、3.75 3.85％Si、1.8 2.2％Mn、0.76 0.82％ P、0.05 0.09％S、0.001 0.024％；(2)、電爐出鐵水的溫度為1480 1500℃；(3)、鐵水包澆注鐵水的溫度為1350 1430℃；(4)、對(duì)鑄型澆注后開箱要求當(dāng)鐵模覆砂生產(chǎn)線是連續(xù)生產(chǎn)時(shí)，即澆注為熱模時(shí)，從澆注結(jié)束起12 16分鐘開箱，鑄件利用自重脫模；當(dāng)鐵模覆砂生產(chǎn)線是間斷生產(chǎn)時(shí)，即澆注為冷模時(shí)，從澆注結(jié)束起11 15分鐘開箱，鑄件利用自重脫模，此時(shí)鑄件表面溫度控制在840 920℃之間；當(dāng)鐵模覆砂生產(chǎn)線為多箱澆注時(shí)，所有鐵型開箱時(shí)間均控制在從澆注結(jié)束起熱模為12 16分鐘開箱，冷模為11 15分鐘開箱；(5)、鑄件從開箱到脫模的時(shí)間控制在40 70秒內(nèi)。(6)、開箱落出的鑄件應(yīng)在40 60秒內(nèi)送到風(fēng)冷區(qū)進(jìn)行吹風(fēng)冷卻，吹風(fēng)冷卻的持續(xù)時(shí)間為30 60分鐘。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種球墨鑄鐵曲軸余熱風(fēng)冷正火的方法。該方法在熔煉鐵液中，其主要五大元素的質(zhì)量百分比為C、3.75-3.85％，Si、1.8-2.2％，Mn、0.76-0.82％，P、0.05-0.09％，S、0.001-0.024％，出鐵水的溫度為1480-1500℃，澆注鐵水的溫度為1350-1430℃，澆注后開箱要求為連續(xù)生產(chǎn)時(shí)，從澆注結(jié)束起12-16分鐘開箱，間斷生產(chǎn)時(shí)，從澆注結(jié)束起11-15分鐘開箱，多箱澆注時(shí)，所有鐵型開箱時(shí)間均應(yīng)控制在熱箱為12-16分鐘開箱，冷箱為11-15分鐘開箱。鑄件開箱后應(yīng)在1分鐘左右送到風(fēng)冷區(qū)，吹風(fēng)冷卻持續(xù)時(shí)間應(yīng)在30分鐘以上。該方法在不對(duì)鑄件進(jìn)行加熱正火的條件下，穩(wěn)定地獲得高于QT-800-2國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的球墨鑄鐵鑄件，且不需要對(duì)現(xiàn)有鐵模覆砂生產(chǎn)線進(jìn)行改造，降低了生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)C21D9/30GK101921947SQ20101025767
公開日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2010年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月12日
發(fā)明者徐陽, 王寶文, 王錦焱, 蔣在春 申請(qǐng)人:荊州環(huán)宇汽車零部件有限公司