超低溫球墨鑄鐵鑄件的離心鑄造工藝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及球墨鑄鐵生產(chǎn)領(lǐng)域，具體涉及一種超低溫下使用的球墨鑄鐵鑄件的離心鑄造工藝方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近些年來，隨著我國機械制造工業(yè)的發(fā)展，機械制造水平得到了長足的發(fā)展，然而對于一些特定環(huán)境下使用的機械關(guān)鍵零部件的制造遠遠落后于國外發(fā)達國家的水平，成為了制約我國機械制造工業(yè)發(fā)展的瓶頸。目前，國內(nèi)用于超低溫條件下使用的機械制造諸如閥門、泵、壓縮機、罐體等超低溫材料大多采用鑄鋼鑄件和不銹鋼鍛件。由于鑄鋼在鑄造性能上的制約，其不適合生產(chǎn)多腔多孔等形狀復(fù)雜的鑄件；而用鍛鋼件機械加工進行生產(chǎn)這類產(chǎn)品，其材料的利用率和生產(chǎn)效率都會大幅的降低，導(dǎo)致生產(chǎn)周期被拉長、生產(chǎn)成本無法控制。奧氏體球墨鑄鐵是一種可以在超低溫度下使用的鑄造性能良好的材料，其在超低溫度下(_196°C)的最高沖擊值可以達到28J/cm2。然而，由于材料本身的特性以及鑄造致密性的影響，傳統(tǒng)砂型鑄造下的球墨鑄鐵鑄件的布氏硬度值一般只能達到120HB至130HB，無法滿足超低溫下一些特性鑄件的需要。本發(fā)明是一種超低溫下使用的球墨鑄鐵鑄件的離心鑄造工藝方法，通過本發(fā)明的離心鑄造工藝方法生產(chǎn)的球墨鑄鐵鑄件有著較高的超低溫下沖擊韌性可達到20至25J/cm2 (在-196°C時)，其布氏硬度可以到達160至220HB，低溫沖擊性能指標(biāo)符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的規(guī)定，解決了我國超低溫條件下使用的機械重要零部件低溫材料選擇上的瓶頸，為今后這類機械產(chǎn)品關(guān)鍵零部件鑄件生產(chǎn)提供了一直新的離心鑄造工藝方法。采用本發(fā)明的離心鑄造工藝方法生產(chǎn)的球墨鑄鐵鑄件的表面硬度相比傳統(tǒng)砂型鑄造工藝方法可以提高20%至40%，鑄件外表面質(zhì)量也有著非常顯著的提高，特別適合于制造對于外表面有著超低溫沖擊韌性以及硬度的零件制造。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]技術(shù)方案:
本發(fā)明是一種使用溫度在-100°C到-196°c范圍內(nèi)、含鎳量按重量百分比14%到35%區(qū)間內(nèi)的奧氏體超低溫球墨鑄鐵鑄件的離心鑄造工藝方法，其鑄造工藝方法為:離心鑄造模具及澆注系統(tǒng)設(shè)計、離心鑄造覆膜砂造型、中頻感應(yīng)熔煉并合金及碳硅成分調(diào)整，球化及孕育處理過程、離心澆注及開模、熱處理和表面處理。
[0004]1.離心鑄造模具及澆注系統(tǒng)設(shè)計和離心鑄造覆膜砂造型階段:
1)離心鑄造模具設(shè)計時，其鑄造縮尺按照1.0%到1.5%計算；
2)澆注系統(tǒng)設(shè)計時，采用堤壩式的澆口杯，澆口杯高度不小于150mm，體積不小于
0.006m3;斜入離心模具的澆道傾角為10°至30°，澆道內(nèi)體積不超過澆口杯內(nèi)體積的1/2 ；
3)離心鑄造覆膜砂造型時，采用水玻璃砂散入旋轉(zhuǎn)離心鑄造模具的方式，覆膜砂厚度為不超過20_ ;造型后，采用CO2法硬化，表面涂刷涂料并烘干；澆注前，離心鑄造模具需整體預(yù)熱。
[0005]2.熔煉、球化及孕育處理、離心澆注及開模階段的特征在于:熔煉方式采用中頻感應(yīng)電爐熔煉；球化處理方式為包底沖入法，所采用的球化劑為鎳鎂球化劑；孕育處理方式為一次澆包內(nèi)孕育和二次隨流孕育，一次孕育與二次孕育的孕育劑分別為:一次孕育劑為硅鐵，二次孕育劑為鍶鋯硅鐵孕育劑；澆注采用離心澆注的方式，開模時間為澆注后30分鐘以上。
[0006]3.鑄件后處理階段特征在于:
1)鑄件熱處理和表面處理前必須將表面粘砂和涂料去除掉；
2)鑄件表面處理前需先將鑄件進行拋丸處理和粗加工；
3)鑄件可以根據(jù)實際需要進行合金化擴散、滲氮、滲碳、表面激光處理、表面噴涂涂層等各類物理、化學(xué)方法的表面處理。
[0007]4.需要特別指出的是，離心澆注需要滿足如下要求:
O澆注溫度控制在1400°C以上，澆注時間控制在20s至150s ；
2)澆注時，離心鑄造模具的旋轉(zhuǎn)速度控制在120r/min至420r/min，要求為連貫的澆注過程，不允許出現(xiàn)斷流的狀態(tài)；
3)澆注后，離心鑄造模具持續(xù)旋轉(zhuǎn)不小于20分鐘。
[0008]
【附圖說明】
[0009]圖1為球墨鑄鐵缸套三維圖；
圖2為離心鑄造模具的設(shè)計圖紙。
[0010]其中I是旋轉(zhuǎn)套，2是外模腔，3是覆膜砂，4是端蓋。
【具體實施方式】
[0011]下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明一種超低溫下使用的球墨鑄鐵鑄件的離心鑄造工藝方法進行進一步說明。
[0012]以下是一個具體你實施案例，本發(fā)明的內(nèi)容并不局限于此。
[0013]本發(fā)明以球墨鑄鐵缸套為具體實施案例，該鑄件的基體材料為高Ni球墨鑄鐵，其最終組織為奧氏體，加入適量的Cr可以提高基體的硬度，適量的Cu有利于基體固溶強化。其鑄造工藝方法為以下步驟:離心鑄造模具及澆注系統(tǒng)設(shè)計、離心鑄造覆膜砂造型、中頻感應(yīng)熔煉并合金及碳硅成分調(diào)整，球化及孕育處理過程、離心澆注及開模、清理和粗加工、熱處理和表面處理、清理和精磨。
[0014]1.離心鑄造模具及澆注系統(tǒng)設(shè)計
模具設(shè)計時，根據(jù)計算鑄造縮尺按1.3%計算，采用堤壩式的澆口杯，澆口杯高度設(shè)計為100mm，體積為0.0045m3;斜入離心模具的澆道傾角為20°，澆道內(nèi)體積不超過澆口杯內(nèi)體積的4/15。
[0015]2.離心鑄造覆膜砂造型
采用水玻璃砂散入旋轉(zhuǎn)離心鑄造模具的方式進行覆膜砂造型，覆膜砂平均厚度為12mm ;造型后，采用CO2法硬化，表面涂刷鋯基鑄鐵涂料并烘干；澆注前，離心鑄造模具需整體預(yù)熱45分鐘。
[0016]3.中頻感應(yīng)熔煉并合金及碳硅成分調(diào)整
熔煉時，采用中頻感應(yīng)電爐熔煉，生產(chǎn)過程中要將合金加入爐內(nèi)充分過熱，過熱溫度15800C。合金成分調(diào)整前，碳硅含量分別需保證在3.8%和2.3% ;合金成分調(diào)整后，碳當(dāng)量需保證在3.9%。
[0017]4.球化及孕育處理過程
球化處理進行一次溫度測量,球化溫度為1490°C，球化方法為沖入法，孕育方式為一次型內(nèi)孕育和二次隨流孕育，一次孕育與二次孕育的孕育劑不同，一次孕育劑為硅鐵，二次孕育劑為鍶硅鐵，球化方法為沖入法，所采用的球化劑為鎳鎂球化劑，鐵水中轉(zhuǎn)過程中采用覆蓋劑覆蓋，并在澆注之前完成除渣處理。
[0018]5.離心澆注和開模
澆注前，進行一次溫度測量，澆注溫度為1420°C;澆注時間為35s，澆注時液流平穩(wěn)且連貫；離心模具在澆注時的旋轉(zhuǎn)速度為240r/min。鑄件澆注后，離心鑄造模具保持繼續(xù)旋轉(zhuǎn)25分鐘，開模時間為澆注后40分鐘。
[0019]6.熱處理和表面處理
鑄件開模后進行拋丸處理，拋丸時間為15分鐘。
[0020]鑄件生產(chǎn)后，對鑄件本體及隨爐澆注的Y型試塊進行力學(xué)測試,其測試結(jié)果如下: 常溫拉伸性能:屈服強度235MPa，抗拉強度443MPa，伸長率21% ；
低溫沖擊性能:_196°C，三次沖擊功平均值為:17.5J ；
布氏硬度:鑄件端面，178HB。
【主權(quán)項】
1.本發(fā)明是一種使用溫度在-100°C到-196°C范圍內(nèi)、含鎳量按重量百分比14%到35%區(qū)間內(nèi)的奧氏體超低溫球墨鑄鐵鑄件的離心鑄造工藝方法，其鑄造工藝方法為:離心鑄造模具及澆注系統(tǒng)設(shè)計、離心鑄造覆膜砂造型、中頻感應(yīng)熔煉并合金及碳硅成分調(diào)整，球化及孕育處理過程、離心澆注及開模、熱處理和表面處理。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低溫球墨鑄鐵鑄件的離心鑄造工藝方法，其在離心鑄造模具及澆注系統(tǒng)設(shè)計和離心鑄造覆膜砂造型階段的特征在于: 離心鑄造模具設(shè)計時，其鑄造縮尺按照1.0%到1.5%計算； 澆注系統(tǒng)設(shè)計時，采用堤壩式的澆口杯，澆口杯高度不小于150mm，體積不小于0.006m3;斜入離心模具的澆道傾角為10°至30°，澆道內(nèi)體積不超過澆口杯內(nèi)體積的1/2 ； 離心鑄造覆膜砂造型時，采用水玻璃砂散入旋轉(zhuǎn)離心鑄造模具的方式，覆膜砂厚度為不超過20_ ;造型后，采用CO2法硬化，表面涂刷涂料并烘干；澆注前，離心鑄造模具需整體預(yù)熱。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低溫球墨鑄鐵鑄件的離心鑄造工藝方法，其在熔煉、球化及孕育處理、離心澆注及開模階段的特征在于:熔煉方式采用中頻感應(yīng)電爐熔煉；球化處理方式為包底沖入法，所采用的球化劑為鎳鎂球化劑；孕育處理方式為一次澆包內(nèi)孕育和二次隨流孕育，一次孕育與二次孕育的孕育劑分別為:一次孕育劑為硅鐵，二次孕育劑為鍶鋯硅鐵孕育劑；澆注采用離心澆注的方式，開模時間為澆注后30分鐘以上。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低溫球墨鑄鐵鑄件的離心鑄造工藝方法，其在鑄件后處理階段特征在于: 鑄件熱處理和表面處理前必須將表面粘砂和涂料去除掉； 鑄件表面處理前需先將鑄件進行拋丸處理和粗加工； 鑄件可以根據(jù)實際需要進行合金化擴散、滲氮、滲碳、表面激光處理、表面噴涂涂層等各類物理、化學(xué)方法的表面處理。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超低溫球墨鑄鐵鑄件的離心鑄造工藝方法，其在離心澆注時的特征在于:O澆注溫度控制在1400°C以上，澆注時間控制在60s以內(nèi)；2)澆注時，離心鑄造模具的旋轉(zhuǎn)速度控制在120r/min至420r/min，要求為連貫的澆注過程，不允許出現(xiàn)斷流的狀態(tài)； 3)澆注后，離心鑄造模具持續(xù)旋轉(zhuǎn)不小于20分鐘。
【專利摘要】本發(fā)明是一種使用溫度在-100℃到-196℃范圍內(nèi)、含鎳量按重量百分比14%到35%區(qū)間內(nèi)的超低溫奧氏體球墨鑄鐵鑄件的離心鑄造工藝方法，其鑄造工藝方法為：離心鑄造模具及澆注系統(tǒng)設(shè)計、離心鑄造覆膜砂造型、中頻感應(yīng)熔煉并合金及碳硅成分調(diào)整，球化及孕育處理過程、離心澆注及開模、熱處理和表面處理。通過本發(fā)明所涉及的離心鑄造工藝方法生產(chǎn)得到的球墨鑄鐵鑄件在超低溫下沖擊韌性可達到15至20J/cm2，常溫布氏硬度可以達到160至220HB，與相比傳統(tǒng)砂型鑄造工藝方法可以提高20%至40%，特別適合于制造對鑄件表面有著超低溫沖擊韌性以及硬度的零件制造。本發(fā)明還以一種低溫壓縮機缸套為具體實施案例進行闡述。
【IPC分類】B22D13/00
【公開號】CN105710331
【申請?zhí)枴緾N201410728742
【發(fā)明人】曲迎東, 姜珂, 尤俊華, 蔣立鵬, 張新寧, 李榮德
【申請人】沈陽工業(yè)大學(xué)