超低溫下使用的球墨鑄鐵鑄件鑄造工藝方法
【專利摘要】本發(fā)明是使用溫度在-100℃到-196℃范圍內(nèi)、含鎳量按重量百分比14%～35%區(qū)間內(nèi)的奧氏體超低溫球墨鑄鐵鑄件鑄造工藝方法，其鑄造工藝方法為：模具和澆注系統(tǒng)設(shè)計、自硬砂造型、中頻感應(yīng)熔煉并合金化及碳硅成分調(diào)整，球化及孕育處理過程、澆注及開箱、清理和粗加工、熱處理和表面處理、清理和精磨。通過本發(fā)明的鑄造工藝方法生產(chǎn)得到的球墨鑄鐵鑄件有著較高的超低溫下使用的力學(xué)性能，能夠在超低溫（小于-100℃）下使用，最低工作溫度可以達(dá)到-196℃，其低溫沖擊性能指標(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(jī)械重要零部件低溫材料選擇上的瓶頸，為今后這類機(jī)械產(chǎn)品關(guān)鍵零部件鑄件生產(chǎn)提供了新的鑄造工藝方法。本發(fā)明還以一種超低溫條件下使用的球墨鑄鐵低溫壓縮機(jī)缸套為具體實(shí)施案例，介紹了本發(fā)明所涉及的鑄造工藝方法。
【專利說明】超低溫下使用的球墨鑄鐵鑄件鑄造工藝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及球墨鑄鐵生產(chǎn)領(lǐng)域，具體涉及超低溫下使用的球墨鑄鐵鑄件鑄造工藝方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近些年來，隨著我國機(jī)械制造工業(yè)的發(fā)展，機(jī)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(jī)械關(guān)鍵零部件的制造遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國外發(fā)達(dá)國家的水平，成為了制約我國機(jī)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(jī)械制造諸如閥門、泵、壓縮機(jī)、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(jī)械加工進(jìn)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。球墨鑄鐵的鑄造性能相比鑄鋼更適合制造結(jié)構(gòu)復(fù)雜、形狀特殊的零件鑄件，如美國GE公司、德國西門子、日本川崎重工等國外大型機(jī)械制造集團(tuán)早已研制出超低溫球墨鑄鐵材料用于制造這類機(jī)械的關(guān)鍵零部件鑄件。而我國機(jī)械制造企業(yè)，對于低于-1oo°c的機(jī)械關(guān)鍵零部件設(shè)計和制造上的球墨鑄鐵材料科研及應(yīng)用仍很少，不多的使用該類材料的企業(yè)用于其鑄造工藝方法上的不足和生產(chǎn)質(zhì)量要求上的缺失導(dǎo)致該類材料鑄件總是不能滿足超低溫機(jī)械制造使用上的要求。通過本發(fā)明的鑄造工藝方法生產(chǎn)得到的球墨鑄鐵鑄件有著較高的超低溫下使用的力學(xué)性能，能夠在超低溫(小于_100°C )下使用，最低工作溫度可以達(dá)到-196°C，其低溫沖擊性能指標(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(jī)械重要零部件低溫材料選擇上的瓶頸，為今后這類機(jī)械產(chǎn)品關(guān)鍵零部件鑄件生產(chǎn)提供了新的鑄造工藝方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明是超低溫下使用的球墨鑄鐵鑄件鑄造工藝方法，適用于本發(fā)明鑄造工藝方法的鑄件是使用溫度在-100°C~-196°C范圍內(nèi)、含鎳量按重量百分比14%~35%區(qū)間內(nèi)的奧氏體超低溫球墨鑄鐵鑄件，其鑄造工藝方法為:模具和澆注系統(tǒng)設(shè)計、自硬砂造型、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、澆注及開箱、熱處理和表面處理。
[0004]1.本發(fā)明涉及的超低溫下使用的球墨鑄鐵鑄件鑄造工藝方法，其在砂型制造階段的特征在于:
1)模具設(shè)計時，其鑄造縮尺按照1.0%~1.5%計算；
2)澆注系統(tǒng)設(shè)計時，采用半封閉式澆注系統(tǒng)；當(dāng)鑄件壁厚小于35_時，要求采用雨淋式澆注系統(tǒng)，雨滴澆道間距在150mnT350mm之間；
3)自硬砂造型時，選用呋喃樹脂和酸性固化劑造型，樹脂含氮量要求在3%~5%，加入量為1.0%~1.3%，酸性固化劑酸值要求在45%~50%，加入量為0.2%~0.4%。
[0005]2.本發(fā)明涉及的超低溫下使用的球墨鑄鐵鑄件鑄造工藝方法，其在熔煉澆注生產(chǎn)階段特征在于:1)合金成分調(diào)整前，碳硅含量分別需保證在3.8%~4.5%, 2.3%~2.8%，合金成分調(diào)整后，碳當(dāng)量需保證在3.8%~4.2% ；
2)鑄件生產(chǎn)時，必須保證在球化處理前和澆注前至少各一次溫度測量。
[0006]3.本發(fā)明涉及的超低溫下使用的球墨鑄鐵鑄件鑄造工藝方法，其在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(jìn)行拋丸處理和粗加工；
3)鑄件可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行合金化擴(kuò)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需要特別指出的是本發(fā)明涉及的超低溫下使用的球墨鑄鐵鑄件鑄造工藝方法，其在球化及孕育過程的特征在于:孕育方式為一次澆包內(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，二次孕育劑為鍶硅鐵。球化方法為沖入法，所采用的球化劑為鎳鎂球化劑。
[0008]【專利附圖】

【附圖說明】:
圖1為含雨淋式澆注系統(tǒng)的缸套；
圖2為沖擊韌性曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0009]下面結(jié)合具體實(shí)施`方式對本發(fā)明超低溫下使用的球墨鑄鐵鑄件鑄造工藝方法進(jìn)行進(jìn)一步說明，以下是一個具體你實(shí)施案例，本發(fā)明的內(nèi)容并不局限于此。
[0010]本發(fā)明以球墨鑄鐵缸套為具體實(shí)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(qiáng)化。其鑄造工藝方法為以下步驟:模具和澆注系統(tǒng)設(shè)計、自硬砂造型、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、澆注及開箱、熱處理和表面處理。
[0011]1.模具和澆注系統(tǒng)設(shè)計
模具設(shè)計時，根據(jù)計算鑄造縮尺按1.3%計算，由于該鑄件的平均壁厚小于35mm，需要采用雨淋式澆注系統(tǒng)，其特點(diǎn)為金屬液分成多股細(xì)流連續(xù)地注入型腔，對型腔沖擊力小，液面活躍，排氣方便，擋渣效果好，又能防止型腔內(nèi)夾雜物因上浮而粘附在型，芯壁上，能形成自下而上的順序凝固和良好的補(bǔ)縮能力，有利于獲得組織致密的鑄件，雨滴澆道間距在180mm.0
[0012]2.自硬砂造型
自硬砂造型時，選用呋喃樹脂和酸性固化劑造型，樹脂含氮量為3%，加入量為1.0%，酸性固化劑酸值要求為45%，加入量為0.35%，砂溫控制在2(T25°C。
[0013]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)電爐熔化鐵水，生產(chǎn)過程中要將合金加入爐內(nèi)充分過熱，過熱溫度1580°C。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%。球化處理進(jìn)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。
[0014]4.澆注和開箱
澆注前，進(jìn)行一次溫度測量，澆注溫度為1380°C ;澆注時，要求液流平穩(wěn)且連貫。鑄件澆注后保溫至200°C以下開箱。
[0015]5.熱處理和表面處理
由于本鑄件對于其表面硬度有著一定的要求，所以鑄件進(jìn)行了離子滲N處理。表面處理前，將鑄件表面粘砂和涂料去除掉，同時先進(jìn)行拋丸處理，然后將鑄件進(jìn)行粗機(jī)加工。離子滲N處理前，鑄件表面硬度為190Hv，處理后，可以達(dá)到400Hv以上。
[0016]本發(fā)明不同溫度下的沖擊韌性見如下表1，其曲線如圖2所示，由曲線可以大致判
斷出隨著溫度的降低其沖擊韌性的變化趨勢，同時，還對其他的性能進(jìn)行測試，其結(jié)果與預(yù)
期的基本保持一致，可以說明鑄造工藝方法的合理性，滿足在超低溫條件下使用的要求
表1不同溫度下的沖擊韌性(J/cm2)
【權(quán)利要求】
1.本發(fā)明是使用溫度在-100°C到-196°c范圍內(nèi)、含鎳量按重量百分比14%~35%區(qū)間內(nèi)的奧氏體超低溫球墨鑄鐵鑄件鑄造工藝方法，其鑄造工藝方法為:模具和澆注系統(tǒng)設(shè)計、自硬砂造型、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、澆注及開箱、熱處理和表面處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低溫下使用的球墨鑄鐵鑄件鑄造工藝方法，其在砂型制造階段的特征在于: 模具設(shè)計時，其鑄造縮尺按照1.0%~1.5%計算； 澆注系統(tǒng)設(shè)計時，采用半封閉式澆注系統(tǒng)；當(dāng)鑄件壁厚小于35mm時，要求采用雨淋式澆注系統(tǒng)，雨滴澆道間距在150mnT350mm之間； 自硬砂造型時，選用呋喃樹脂和酸性固化劑造型，樹脂含氮量要求在3%~5%，加入量為1.0%~1.3%，酸性固化劑酸值要求在45%~50%，加入量為0.2%~0.4%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低溫下使用的球墨鑄鐵鑄件鑄造工藝方法，其在球化及孕育過程的特征在于:孕育方式為一次澆包內(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，二次孕育劑為鍶硅鐵；球化方法為沖入法，所采用的球化劑為鎳鎂球化劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低溫下使用的球墨鑄鐵鑄件鑄造工藝方法，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(jìn)行拋丸處理和粗加工； 鑄件可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行合金化擴(kuò)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。
【文檔編號】B22C9/02GK103752781SQ201310631685
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月2日
【發(fā)明者】曲迎東, 姜珂, 高民強(qiáng), 朱紹晨, 尤俊華, 張新寧 申請人:沈陽工業(yè)大學(xué)