船用柴油機(jī)機(jī)體用球墨鑄鐵及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種船用柴油機(jī)機(jī)體用球墨鑄鐵及其制備方法,其特征在于：該球磨鑄鐵的成分重量百分比組成為：C 3.65％～3.80％,Si 2.20％～2.40％，Mn 0.15％～0.25％，P≤0.03％，S≤0.02％，Ti≤0.02％，Cu 0.40％～0.55％，Sb 0.004％～0.012％，RE 0.005％～0.01％，Mg 0.025％～0.040％，余量為鐵。本發(fā)明的具有剛度和硬度高，克服壁厚相差懸殊球墨鑄鐵鑄件由于冷卻速度不同帶來(lái)的鑄件變形、開裂以及厚壁部位石墨形態(tài)差、基體組織粗大、易產(chǎn)生縮松等鑄造缺陷，具有優(yōu)異的力學(xué)性能的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】
船用柴油機(jī)機(jī)體用球墨鑄鐵及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及球墨鑄鐵技術(shù)領(lǐng)域，具體講是一種船用柴油機(jī)機(jī)體用球墨鑄鐵及其制 備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 船用柴油機(jī)主機(jī)大部分時(shí)間是在滿負(fù)荷情況下工作，有時(shí)在變負(fù)荷情況下運(yùn)轉(zhuǎn)， 而且船舶經(jīng)常在顛鑛中航行，所W船用柴油機(jī)應(yīng)能在縱傾15°-25°和橫傾15°-35°的條件下 可靠工作。而作為主體部件的機(jī)架，它是發(fā)動(dòng)機(jī)的骨架，是發(fā)動(dòng)機(jī)各機(jī)構(gòu)工作的基礎(chǔ)，承受 發(fā)動(dòng)機(jī)的各種負(fù)荷，只有機(jī)架部件具有足夠高的剛度和強(qiáng)度才能確保發(fā)動(dòng)機(jī)各機(jī)構(gòu)長(zhǎng)期正 常工作。因此要求其制備材料要具有較高的剛度和硬度才能滿足使用要求。
[0003] 此外，用于船用柴油機(jī)主機(jī)的機(jī)架部件、其輪廓尺寸為355(MmX130(MmX1100醒， 基體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，內(nèi)腔形狀不規(guī)則，壁厚相差懸殊，最大壁厚196mm，最小壁厚10mm，鐵水誘入 鑄型后，產(chǎn)生的長(zhǎng)、寬、高Ξ個(gè)方向收縮不一致，會(huì)產(chǎn)生很大的應(yīng)力，導(dǎo)致鑄件變形、開裂;另 夕h機(jī)架部件不同部位溫度場(chǎng)不完全一樣，導(dǎo)致不同部位的組織、性能也不一樣，那么不同 部位的巧巾連體試塊的力學(xué)性能、金相組織滿足同一要求也是很難達(dá)到的；壁厚相差懸殊， 不同部位溫度場(chǎng)，在凝固過(guò)程中因補(bǔ)縮不良而在熱節(jié)或最后凝固部位形成的縮孔、縮松等 鑄造缺陷。因此，球墨鑄鐵鐵液的烙煉工藝在鑄件生產(chǎn)中具有十分重要的地位，對(duì)鑄件的殘 余應(yīng)力、縮孔縮松缺陷W及連體試塊的性能有很大的影響，合理的烙煉工藝是生產(chǎn)薄壁柴 油機(jī)機(jī)體鑄件的關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種剛度和硬度高，克服壁厚相差懸殊球 墨鑄鐵鑄件由于冷卻速度不同帶來(lái)的鑄件變形、開裂W及厚壁部位石墨形態(tài)差、基體組織 粗大、易產(chǎn)生縮松等鑄造缺陷，具有優(yōu)異的力學(xué)性能的船用柴油機(jī)機(jī)體用球墨鑄鐵。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種船用柴油機(jī)機(jī)體用球墨 鑄鐵，該鑄鐵由W下重量百分比各組分構(gòu)成：C 3.65%~3.80%，Si 2.20%~2.40%，Mn 0.15%~0.25%，P《0.03%，S《0.02%，Ti《0.02%，Cu0.40%~0.55%，Sb 0.004%~ 0.012%，36(稀±)0.005%~0.01%，]\% 0.025%~0.040%，余量為鐵。
[0006] 作為優(yōu)選，所述的船用柴油機(jī)機(jī)體用球墨鑄鐵，該鑄鐵由W下重量百分比各組分 構(gòu)成：〔3.70%~3.80%，512.25%~2.35%，]?110.20%~0.25%，？《0.02%，5《 0.012%，Ti《0.015%，Cu 0.40% ~0.45%，Sb 0.004% ~0.006%，RE 0.005% ~ 0.008%，Mg 0.035%~0.040%，余量為鐵。
[0007] 本發(fā)明還提供一種操作簡(jiǎn)單、成本低的船用柴油機(jī)機(jī)體用球墨鑄鐵的制備方法， 步驟包括配料工序、烙煉工序、球化工序、孕育工序和誘注工序。
[000引所述的配料工序?yàn)?按照配方比例將制備船用柴油機(jī)機(jī)體用球墨鑄鐵原料稱量、 混合。
[0009] 所述的烙煉工序?yàn)?采用沖天爐一電爐雙聯(lián)烙煉，將配料后的原料進(jìn)行加熱烙融， 得到鐵液。
[0010] 所述的球化工序?yàn)?采用沖入法進(jìn)行球化，球化劑為稀±儀娃鐵合金，加入量為鐵 液總重量的1.1~1.3wt %，使6噸鐵液在100s內(nèi)完成球化反應(yīng)，具體是控制6噸鐵液球化反 應(yīng)為 60-lOOs。
[00川本發(fā)明的球化劑具體成分含量為：Si 35-42wt%，RE(稀±)0.85-1. 15wt%， Mg5.55-6.15wt %，余量為鐵。
[0012] 所述的孕育工序?yàn)?采脫次孕育，首先在出鐵時(shí)采用宜興鐵流公司BS-巧育劑進(jìn) 行一次孕育，粒度為3-8mm，加入量為鐵液重量的0.3~0.6wt %，誘注前采用75娃鐵孕育塊 (寧夏新順成股份有限公司）進(jìn)行二次孕育，加入量為鐵液重量的0.2~0.3wt % ;本發(fā)明第 二次采用孕育塊，塊狀的孕育劑能漂浮在鐵液的表面，由于孕育劑有衰退期，運(yùn)種狀態(tài)的孕 育塊保證逐漸緩慢的對(duì)鐵液進(jìn)行孕育，提高孕育效果。
[0013] 本發(fā)明的(BS-1孕育劑)一次孕育為普通領(lǐng)娃孕育劑，二次孕育為專用方塊狀孕育 劑，一次孕育：娃領(lǐng)孕育劑的顆粒為3-8mm，成分為5172-7物*%，41《1.2巧*%，8日1.6- 2.4wt %，余量為鐵;二次孕育:孕育劑的尺寸為90 X 60 X 60mm(長(zhǎng)X寬X高）的塊狀孕育劑， 成分為 5171-73訊1%，41《1.2訊1%，5《0.02訊1%，〔曰0.7-1.3訊1%，8曰1.6-2.4訊1%，余量為 鐵。
[0014] 所述的誘注工序?yàn)?使得鐵液溫度控制在1370°C~1400°C進(jìn)行誘注。
[0015] 本發(fā)明所述的鐵液為各種原料混合、高溫烙煉成的液態(tài)溶液。
[0016] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：
[0017] 1.本發(fā)明嚴(yán)格控制制備船用柴油機(jī)機(jī)體的球墨鑄鐵的特定組分和含量，克服壁厚 相差懸殊球墨鑄鐵鑄件由于冷卻速度不同帶來(lái)的鑄件變形、開裂W及厚壁部位石墨形態(tài) 差、基體組織粗大、易產(chǎn)生縮松等鑄造缺陷，具有優(yōu)異的力學(xué)性能。比如本發(fā)明的Cu是珠光 體促進(jìn)元素，共晶期間促進(jìn)石墨化，其作用相當(dāng)于Si的1/5,降低奧氏體轉(zhuǎn)變臨界溫度，能細(xì) 化并增加珠光體;本發(fā)明的Sb是珠光體促進(jìn)元素，能細(xì)化石墨，提高石墨球的圓整度，能防 止石墨崎變;本發(fā)明的Ti，殘留的鐵含量>0.025會(huì)形成團(tuán)絮狀石墨鑄鐵及針狀石墨，縮小 穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)共晶溫度間的范圍，當(dāng)鐵存在時(shí)促進(jìn)氨氣孔出現(xiàn)。Ξ種合理的配比和用量W 及彼此之間的協(xié)同作用，使得鑄件克服了變形、開裂W及厚壁部位石墨形態(tài)差、基體組織粗 大、易產(chǎn)生縮松等鑄造缺陷。
[0018] 2.本發(fā)明采用沖天爐一電爐雙聯(lián)烙煉，有效的提高了原鐵液的純凈度，在鐵液中 添加促進(jìn)珠光體形成的金屬元素，最終使鑄件不同部位的附鑄試塊力學(xué)性能達(dá)到DIN EN1563:2012標(biāo)準(zhǔn)中EN-G JS-500-7的性能要求。
[0019] 3.本發(fā)明采用沖入法進(jìn)行球化，球化劑為無(wú)錫吉恒鑄造材料有限公司JH-5T球化 劑，控制6噸鐵液的球化反應(yīng)時(shí)間在100s內(nèi)完成，提高了儀和稀±的吸收率，增強(qiáng)了脫硫效 果，相應(yīng)地降低了球化劑的加入量，球化劑加入量控制在1.1%~1.3%之間，從而把鐵液中 的殘余稀±量和殘余儀量控制在較低范圍，殘余稀±量控制在0.005 %~0.008%，殘余儀 量0.035%~0.040%，通過(guò)該方法，在凈化鐵液和細(xì)化石墨的同時(shí)，促進(jìn)了珠光體的形成W 及細(xì)化了珠光體組織。
[0020] 4.本發(fā)明采用2次孕育技術(shù)，出鐵時(shí)采用宜興鐵流公司BS-1孕育劑進(jìn)行一次孕育， 粒度為3-8mm，加入量為鐵液重量的ο. 3%~ο. 6 %，誘注前采用75娃鐵孕育塊(寧夏新順成 股份有限公司)進(jìn)行二次孕育，加入量為鐵液重量的0.2%~0.3%。W此解決鑄件由于壁厚 較大、冷卻速度緩慢、共晶凝固時(shí)間長(zhǎng)造成的石墨形態(tài)差，球化衰退等現(xiàn)象。
[0021] 5.本發(fā)明正是通過(guò)鑄鐵材料成分和含量的限定，并結(jié)合特定的制備工藝，使得獲 得的最終產(chǎn)品滿足客戶使用要求。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的2祁巧鑄試塊放大100倍金相圖。
[0023] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例2制備的3祁巧鑄試塊放大100倍金相圖。
[0024] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例1制備的2祁巧鑄試塊放大500倍金相圖。
[0025] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例1制備的3祁巧鑄試塊放大500倍金相圖。
[0026] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例1制備的1#外誘試塊圖。
[0027] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例1制備的2祁巧鑄試塊圖。
[0028] 圖7為本發(fā)明實(shí)施例1制備的3祁巧鑄試塊圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 下面通過(guò)實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明，但本發(fā)明不僅僅局限于W下實(shí)施例。
[0030] 采用本發(fā)明的方法生產(chǎn)MTU20V1163TB93船用柴油機(jī)機(jī)體，該船用柴油機(jī)機(jī)體是 MTU20V1163TB93船用柴油機(jī)極為重要的關(guān)鍵部件，它承擔(dān)船用柴油機(jī)幾乎所有零部件的安 裝定位，機(jī)體凈重5噸，最大外形尺寸3550醒X 1360醒X 1150醒，最大壁厚超過(guò)100mm，通過(guò) 對(duì)烙煉工藝、球化孕育處理、誘注工藝的控制，誘注鑄件。試塊尺寸及力學(xué)性能符合DIN EN 1563: 2012標(biāo)準(zhǔn)，1#為外誘試塊，試塊尺寸如圖1所示;2祁付鑄試塊放置在鑄件缸孔部位，共 10塊，試塊尺寸:A = 40, b = 30, C = 20, h = 60, Lt = 180，加工Φ 14mm試樣檢測(cè);3#附鑄試塊垂 直附著于鑄件中上部外側(cè)面，共4塊，試塊尺寸:4 = 26,6 = 20,〇 = 12.5，}1 = 30，1^ = 120，加 工Φ 10mm試樣檢測(cè)。
[0031] 實(shí)施例1
[0032] 采用生鐵、廢鋼、娃鐵、儘鐵、電解銅、錬錠為原料配料，采用沖天爐一電爐雙聯(lián)烙 煉，沖天爐烙煉原鐵水，電爐加合金調(diào)成分，采用沖入法進(jìn)行球化，球化劑為無(wú)錫吉恒鑄造 材料有限公司JH-5T球化劑（球化劑成分含量滿足：Si 35-42wt%，RE 0.85-1.15wt%，Mg 5.55-6.15wt %，余量為鐵），加入量為鐵液總重量的1.2 %，控制球化反應(yīng)在70s內(nèi)完成;采 用多次孕育技術(shù)，出鐵時(shí)采用宜興鐵流公司BS-1孕育劑（Si72-74wt%、A1《1.2wt%、Ba 1.6-2.4wt %，余量為鐵)進(jìn)行一次孕育，粒度為3-8mm，加入量為鐵液重量的0.3 %，誘注前 采用75娃鐵孕育塊進(jìn)行二次孕育（5171-73巧1%、41《1.2巧1%、5《0.02巧1%、〔3〇.7- 1.3wt %、Ba 1.6-2.4wt %，余量為鐵），加入量為鐵液重量的0.3 % ;最終制得由W下重量百 分比的成分組成的鐵液(也即最終鑄鐵的成分含量）：C 3.72%，Si 2.32%，Mn 0.15%，P 0.018%，S 0.009%，Ti 0.012%，Cu 0.46%，Sb 0.004%，RE 0.008%，Mg 0.039%，余量 為鐵。將鐵液靜置到1382 °C誘注鑄件。
[0033] 對(duì)MTU20V1163TB93船用柴油機(jī)機(jī)體附鑄試塊進(jìn)行性能檢測(cè)，結(jié)果見表1。
[0034] 表1機(jī)體附鑄試塊性能檢測(cè)結(jié)果
[0035]
[0036]
[0037] 圖1-4為本發(fā)明2祁??鑄試塊、3祁??鑄試塊的分別放大100倍和500倍的金相圖，由附 圖可W看出球化等級(jí)為2級(jí)，石墨大小為6級(jí)，珠光體>65 %，無(wú)碳化物，無(wú)碎塊狀石墨及開 花狀石墨等異常石墨，石墨形態(tài)合格。
[0038] 附圖5-7為本發(fā)明1#為外誘試塊、2祁巧鑄試塊、3祁巧鑄試塊的結(jié)構(gòu)尺寸圖。
[0039] 實(shí)施例2
[0040] 采用生鐵、廢鋼、娃鐵、儘鐵、電解銅、錬錠為原料配料，采用沖天爐一電爐雙聯(lián)烙 煉，沖天爐烙煉原鐵水，電爐加合金調(diào)成分，采用沖入法進(jìn)行球化，球化劑為無(wú)錫吉恒鑄造 材料有限公司JH-5T球化劑，加入量為鐵液總重量的1.1%，控制球化反應(yīng)在80s內(nèi)完成;采 用多次孕育技術(shù)，出鐵時(shí)采用宜興鐵流公司BS-1孕育劑進(jìn)行一次孕育，粒度為3-8mm，加入 量為鐵液重量的0.4%，誘注前采用75娃鐵孕育塊進(jìn)行二次孕育，加入量為鐵液重量的 0.3%;最終制得由W下重量百分比的成分組成的鐵液:C 3.75%，Si 2.30%，Mn 0.20%，P 0.015%，S 0.006%，Ti 0.011%，Cu 0.40%，Sb 0.005%，RE 0.006%，Mg0.04%，余量為 鐵。將鐵液靜置到1390°C誘注鑄件。
[0041] 表2機(jī)體附鑄試塊性能檢測(cè)結(jié)果
[0042]
[0043] 實(shí)施例3
[0044] 采用生鐵、廢鋼、娃鐵、儘鐵、電解銅、錬錠為原料配料，采用沖天爐一電爐雙聯(lián)烙 煉，沖天爐烙煉原鐵水，電爐加合金調(diào)成分，采用沖入法進(jìn)行球化，球化劑為無(wú)錫吉恒鑄造 材料有限公司JH-5T球化劑，加入量為鐵液總重量的1.25 %，控制球化反應(yīng)在95s內(nèi)完成;采 用多次孕育技術(shù)，出鐵時(shí)采用宜興鐵流公司BS-1孕育劑進(jìn)行一次孕育，粒度為3-8mm，加入 量為鐵液重量的0.5%，誘注前采用75娃鐵孕育塊進(jìn)行二次孕育，加入量為鐵液重量的 0.3%;最終制得由W下重量百分比的成分組成的鐵液:C 3.80%，Si 2.35%，Mn 0.18%，P 0.015%，S 0.01%，Ti 0.015%，Cu 0.45%，Sb 0.006%，RE 0.007%，Mg 0.045%，余量為 鐵。將鐵液靜置到1386 °C誘注鑄件。
[0045] 表3機(jī)體附鑄試塊性能檢測(cè)結(jié)果
[0046]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種船用柴油機(jī)機(jī)體用球墨鑄鐵，其特征在于：該球墨鑄鐵的成分重量百分比組成 為：C 3.65%~3.80%，Si 2.20%~2·40%，Μη 0.15%~0·25%，Ρ彡0.03%，S彡0.02%， Ti 彡 0.02%，Cu 0.40% ~0.55%，Sb 0.004% ~0.012%，RE 0.005% ~0.01%，Mg 0.025%~0.040%，余量為鐵。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的船用柴油機(jī)機(jī)體用球墨鑄鐵，其特征在于:該球磨鑄鐵的成分 重量百分比組成為：〇3.70%~3.80%，512.25%~2.35%，]?110.20%~0.25%，？彡 0.02%，S彡 0.012%，Ti 彡 0.015%，Cu 0.40% ~0.45%，Sb 0.004% ~0.006%，RE 0.005%~0.008%，Mg 0.035%~0.040%，余量為鐵。3. -種船用柴油機(jī)機(jī)體用球墨鑄鐵的制備方法，其特征在于：包括配料工序、熔煉工 序、球化工序、孕育工序和澆注工序。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的船用柴油機(jī)機(jī)體用球墨鑄鐵的制備方法，其特征在于:所述的 配料工序?yàn)?按照配方比例將制備船用柴油機(jī)機(jī)體用球墨鑄鐵原料稱量、混合。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的船用柴油機(jī)機(jī)體用球墨鑄鐵的制備方法，其特征在于:所述的 熔煉工序?yàn)?采用沖天爐一電爐雙聯(lián)熔煉，將配料后的原料進(jìn)行加熱熔融。6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的船用柴油機(jī)機(jī)體用球墨鑄鐵的制備方法，其特征在于:所述的 球化工序?yàn)椋翰捎脹_入法進(jìn)行球化，球化劑為稀土鎂硅鐵合金，加入量為鐵液總重量的 1.1 %~1.3%，使6噸鐵液在100s內(nèi)完成球化反應(yīng)。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的船用柴油機(jī)機(jī)體用球墨鑄鐵的制備方法，其特征在于:所述的 球化劑為Si 35-42wt%，RE 0.85-1.15wt%，Mg 5.55-6.15wt%，余量為鐵。8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的船用柴油機(jī)機(jī)體用球墨鑄鐵的制備方法，其特征在于:所述的 孕育工序?yàn)?孕育次數(shù)控制在2次，出鐵時(shí)采用BS-1孕育劑進(jìn)行一次孕育，孕育劑粒度為3-8mm，加入量為鐵液重量的0.3 %~0.6% ;澆注前采用75硅鐵孕育塊進(jìn)行二次孕育，加入量 為鐵液重量的0.2%~0.3%。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的船用柴油機(jī)機(jī)體用球墨鑄鐵的制備方法，其特征在于:所述的 一次孕育的孕育劑為：Si 72-74wt%、Al彡1.2wt%、Ba 1.6-2.4wt%，余量為鐵;二次孕育 的孕育劑尺寸為90X60X60mm，成分為Si 71-73wt%、Al彡 1.2wt%、S<0.02wt%、Ca0.7-1.3wt%、Ba 1.6-2.4wt%，余量為鐵。10. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的船用柴油機(jī)機(jī)體用球墨鑄鐵的制備方法，其特征在于:所述 的澆注工序中，澆注溫度控制在1370°C~1400°C，將鐵液澆注到型腔中。
【文檔編號(hào)】C22C37/04GK106011602SQ201610638275
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年8月3日
【發(fā)明人】劉建東, 宋賢發(fā), 張坤, 傅明康, 陳倩慧
【申請(qǐng)人】日月重工股份有限公司