一種低應(yīng)力鑄鐵件鑄造工藝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種低應(yīng)力鑄鐵件鑄造工藝方法，尤其涉及一種機(jī)床產(chǎn)品通用低應(yīng)力 鑄鐵件的鑄造工藝，屬于鑄鐵件鑄造工藝技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，鑄鐵作為主要結(jié)構(gòu)材料在機(jī)床行業(yè)中占有很大的份額，鑄鐵重量約占機(jī)床 產(chǎn)品重量的70%左右?，F(xiàn)代機(jī)床向高負(fù)荷、高效率、高精度方向發(fā)展，這就要求鑄鐵材料具 有強(qiáng)度高、剛度大、尺寸精度穩(wěn)定。
[0003] 由于鑄件壁厚差較大，鑄件硬度不均勻，斷面敏感性強(qiáng)，鑄件內(nèi)應(yīng)力較大，造成機(jī) 加工后易變形，鑄件的穩(wěn)定性差，要通過一次或幾次人工失效來解決機(jī)加工后變形問題，增 加了生產(chǎn)成本，降低了生產(chǎn)效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于：提供一種低應(yīng)力鑄鐵件鑄造工藝方法，解決現(xiàn)有鑄件內(nèi)應(yīng)力 較大，造成機(jī)加工后易變形以及鑄件穩(wěn)定性差的技術(shù)問題，從而能有效的解決上述現(xiàn)有技 術(shù)中存在的問題。
[0005] 本發(fā)明目的：為了使鑄件在凝固過程中組織更加均勻，減少厚薄斷面硬度差，得到 組織應(yīng)力和收縮應(yīng)力都較小的鑄鐵材料，提供一種低應(yīng)力鑄鐵件鑄造工藝方法，其包括如 下工藝步驟：
[0006] 第一步，化學(xué)成分的選取：選取化學(xué)成份質(zhì)量分?jǐn)?shù)si/c = 0. 6~0. 8、CE = 3. 6%~3. 85%的灰鑄鐵；
[0007] 第二步，孕育處理：孕育劑為75SiFe，孕育量為0. 5%~0. 7%;孕育劑采用沖入法 和鐵水槽孕育相結(jié)合的方式；
[0008] 第三步，打箱處理：打箱時間根據(jù)鑄件重量及壁厚而定，打箱溫度為350°C~ 450。。。
[0009] 作為一種優(yōu)選方式，在第一步中，低牌號的灰鑄鐵選取上限，高牌號的灰鑄鐵選取 下限。
[0010] 作為一種優(yōu)選方式，所述低牌號的灰鑄鐵為灰鑄鐵的牌號小于或者等于HT200,高 牌號的灰鑄鐵為灰鑄鐵的牌號大于或者等于HT300。
[0011] 作為一種優(yōu)選方式，低牌號的灰鑄鐵包括HT150, HT200,高牌號的灰鑄鐵包括 HT300, HT350。
[0012] 作為一種優(yōu)選方式，在第一步中，灰鑄鐵的化學(xué)成分包括高牌號灰鑄鐵和低牌 號灰鑄鐵，其中：高牌號灰鑄鐵為HT300以上材質(zhì)，材料：C2. 8%~2. 99%、Si 1.85%~ 2. 05%、Mn0. 8%~1.1%、P彡0.1%、S彡0.1% ;低牌號灰鑄鐵為HT200以下材質(zhì)，材料： C3. 2%~3. 4%、Si2. 1%~2. 3%、MnO. 55%~0? 8%、P 彡 0? 15%、S 彡 0? 1% ;中間牌號 灰鑄鐵材質(zhì)選擇化學(xué)成分中間值。
[0013] 作為一種優(yōu)選方式，在第一步的化學(xué)成分選取中加入CrO. 2 %~0. 4 %、 CuO. 1 %~0. 30,進(jìn)行合金化處理。
[0014] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明所述鑄鐵工藝生產(chǎn)出來的鑄鐵件其 力學(xué)性能、機(jī)械加工性能良好，硬度均勻，在合理的保溫時間打箱的鑄件，可以取消人工失 效的工藝，縮短了生產(chǎn)周期，降低了生產(chǎn)成本。
【附圖說明】
[0015] 圖1是本發(fā)明不同Si/C隨CE變化曲線。
[0016] 圖 1 中：Si/c = 0? 4 ~0? 55 為曲線 I ;Si/c = 0? 6 ~0? 85 為曲線 II ;Si/c = 0? 86 ~1. 1 曲線III。
[0017] 圖2是本發(fā)明不同Si/CHB隨CE變化曲線。
[0018] 圖3是合金化對高Si/C對6 b的影響。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明 進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于 限定本發(fā)明。
[0020] 本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了相互排斥 的特質(zhì)和/或步驟以外，均可以以任何方式組合，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類 似目的的替代特征加以替換，即，除非特別敘述，每個特征之一系列等效或類似特征中的一 個實(shí)施例而已。
[0021] 一 ?低應(yīng)力鑄件的試驗(yàn)方法：
[0022] 熔煉設(shè)備2500kg中頻感應(yīng)電爐、10噸沖天爐。試棒為單鑄（i>30mm和（i>30mm、 傘50mm、巾90mm、巾120mm的組棒，應(yīng)力框均米用樹脂砂造型，每一試驗(yàn)爐號所有試樣均為同 包鐵水澆注，鐵水的出爐溫度大于1430°C，澆注溫度為1350°C~1380°C。
[0023] 試驗(yàn)方案：化學(xué)成份質(zhì)量分?jǐn)?shù)選?。篊 2. 85% ±0. 1%，C 3. % ±0. 1%，C3. 2% ±0. 1%，Sil. 6%~1. 8%，Si 1. 8%~2. 0%，Si 2. 0%~2. 2%，Mn 0? 8%~1. 0%。采 用正交試驗(yàn)法，得出不同成份組合的鑄鐵試件，測其不同Si/C比，對材料性能和金相組織 的影響，以及合金化處理對力學(xué)性能和組織的影響。
[0024] 從圖1-3可以看出如下結(jié)果：
[0025] ①無論Si/C多少，抗拉強(qiáng)度和硬度隨CE量的增加而下降，Si/C越高，其下降幅度 越大。
[0026] ②在CE量相同或相近的情況下，抗檢強(qiáng)度隨Si/C比提高而增加。Si/C比為0.6~ 0.85鑄鐵強(qiáng)度穩(wěn)定，可以達(dá)到HT300以上性能。在相同的CE量下，高Si/C鑄鐵強(qiáng)度高于普 通低Si/C比鑄鐵lOMpa~30Mpa。
[0027] ③采用高Si/C比，雖然CE量和Si量高于以往，但硬度并未降低，而且有所增加， 提高 5-20HB。
[0028] ④在尚Si/C鑄鐵中加入穩(wěn)定珠光體兀素Cr后，強(qiáng)度和硬度均有所提尚，強(qiáng)度提尚 15Mpa ~30Mpa，硬度提高 5-20HB。
[0029] ⑤金相組織中基體增多，石墨量減少，石墨呈過冷狀態(tài)，端部較鈍。在一定的CE量 下，適當(dāng)提尚Si/C比，使Si含量提尚，C含量減少，從而擴(kuò)大了鑄鐵的共晶范圍，在結(jié)晶過 程中析出較多的奧氏體和較少的石墨。鑄鐵組織中基體量增加，石墨量減少，同時Si強(qiáng)化 了珠光體中的鐵素體，適當(dāng)加入Cr后，穩(wěn)定基體中珠光體，細(xì)化珠光體片間距，同時也細(xì)化 了石墨，使鑄鐵硬度提尚。
[0030] 二、斷面敏感性分析：
[0031] 由于鑄件，特別是機(jī)床導(dǎo)軌類鑄鐵件的壁厚相差懸殊大，灰鑄鐵因壁厚不同，冷卻 速度不同，厚壁處性能降低。研究鑄鐵斷面敏感性對壁厚差較大的機(jī)床導(dǎo)軌類鑄件有著重 要的意義。壁厚對鑄鐵組織和性能的影響，試驗(yàn)選擇一組巾30mm、巾50mm、巾90mm、巾120mm 試棒，不同成份鐵水，試驗(yàn)結(jié)果見表1。
[0032] 表1為不同壁厚HB6b
[0033]
[0034] 由表1可得出下列結(jié)果：
[0035] ①高Si/C成分選擇適當(dāng)，斷面敏感性很小：巾30mm~巾120mm斷面最大硬度差為 39HB，強(qiáng)度差為94Mpa，而低Si/C比鑄鐵斷面敏感性很大：巾30mm~巾120mm間最大硬度差 為53HB，強(qiáng)度差為121Mpa。
[0036] ②對硬度、強(qiáng)度有較高要求的厚大斷面鑄件，即使CE量選擇合適，也要對鑄鐵進(jìn) 行合金化，加入穩(wěn)定珠光體合金元素，避免出現(xiàn)較多的游離鐵素體。
[0037] 對鑄鐵斷面敏感性影響最大的是含C量，含C量低有利于減少斷面敏感性的不利 影響。Si量較高可使薄壁處充分石墨化，減少白口傾向，并且固溶鐵素體的Si可強(qiáng)化珠光 體，從而保證了厚大斷面具有較高強(qiáng)度和硬度。因此，高Si/C鑄鐵比普通低Si/C鑄鐵的組 織更均勻，斷面敏感性也小。
[0038] 三、鑄件殘余應(yīng)力分析：
[0039] 鑄件的應(yīng)力包括熱應(yīng)力、組織應(yīng)力及機(jī)械阻礙應(yīng)力。鑄件在打箱清理后機(jī)械應(yīng)力 就消除了，而熱應(yīng)力和組織應(yīng)力則不同程度保留在鑄件內(nèi)，成為殘余應(yīng)力，當(dāng)殘余應(yīng)力大于 強(qiáng)度極限時，鑄件就產(chǎn)生裂紋。殘余應(yīng)力在鑄件自然松馳過程中，會使鑄件慢慢變形，影響 零件或機(jī)床的精度。采用圖1中應(yīng)力框進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。試驗(yàn)高Si/C比與普通灰鑄鐵的殘余應(yīng) 力的數(shù)據(jù)見表2。
[0040] 表2為應(yīng)力框變形量測試表：
[0041 ]
[0042] 其中：編號1~3為普通鑄鐵，編號4~6是低應(yīng)力鑄件，從應(yīng)力框殘余應(yīng)力變量 看出，變形量越小，應(yīng)力越低。Si/C比越大，應(yīng)力越低，低應(yīng)力鑄鐵選擇高Si/C比。
[0043] 四、鐵水白口傾向檢查：
[0044] 在試驗(yàn)中澆注樹脂砂三角試片看白口數(shù)量。高Si/C比鑄鐵白口傾向低于普通Si/ C比鑄鐵。生產(chǎn)HT300牌號鑄件用Si/C比0. 45~0. 55鑄鐵件時，白口深度常控制在10~ 15mm，而用高Si/C鑄件時，白口深度只有3mm~8mm。過去5mm鑄件披縫為白口鐵，現(xiàn)在3mm 披縫全為灰口。
[0045] 結(jié)合上面的研發(fā)過程，得出本發(fā)明所述低應(yīng)力鑄鐵件鑄造工藝方法，其包括如下 工藝步驟：
[0046] 第一步，化學(xué)成分的選取：選取化學(xué)成份質(zhì)量分?jǐn)?shù)si/c = 0. 6~0. 8、碳當(dāng)量CE =3. 6%~3. 85%的灰鑄鐵；灰鑄鐵的化學(xué)成分包括各種牌號灰鑄鐵，其中：高牌號灰鑄 鐵為 HT300 以上材質(zhì)，材料：C2.8%~2.99%、Si 1.85%~2.05%、Mn0.8%~1. 1%、