超低溫球墨鑄鐵鑄件的離心鑄造工藝方法技術

本發明專利技術是一種使用溫度在-100℃到-196℃范圍內、含鎳量按重量百分比14%到35%區間內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設計、離心鑄造覆膜砂造型、中頻感應熔煉并合金及碳硅成分調整，球化及孕育處理過程、離心澆注及開模、熱處理和表面處理。通過本發明專利技術所涉及的離心鑄造工藝方法生產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。本發明專利技術還以一種低溫壓縮機缸套為具體實施案例進行闡述。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及球墨鑄鐵生產領域，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。
技術介紹
近些年來，隨著我國機械制造工業的發展，機械制造水平得到了長足的發展，然而對于一些特定環境下使用的機械關鍵零部件的制造遠遠落后于國外發達國家的水平，成為了制約我國機械制造工業發展的瓶頸。目前，國內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，其不適合生產多腔多孔等形狀復雜的鑄件；而用鍛鋼件機械加工進行生產這類產品，其材料的利用率和生產效率都會大幅的降低，導致生產周期被拉長、生產成本無法控制。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℃）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。本專利技術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，通過本專利技術的離心鑄造工藝方法生產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℃時），其布氏硬度可以到達160至220HB，低溫沖擊性能指標符合國家相關標準、規范的規定，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，為今后這類機械產品關鍵零部件鑄件生產提供了一直新的離心鑄造工藝方法。采用本專利技術的離心鑄造工藝方法生產的球墨鑄鐵鑄件的表面硬度相比傳統砂型鑄造工藝方法可以提高20%至40%，鑄件外表面質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。
技術實現思路
技術方案：本專利技術是一種使用溫度在-100℃到-196℃范圍內、含鎳量按重量百分比14%到35%區間內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設計、離心鑄造覆膜砂造型、中頻感應熔煉并合金及碳硅成分調整，球化及孕育處理過程、離心澆注及開模、熱處理和表面處理。1.離心鑄造模具及澆注系統設計和離心鑄造覆膜砂造型階段：1）離心鑄造模具設計時，其鑄造縮尺按照1.0%到1.5%計算；2）澆注系統設計時，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°，澆道內體積不超過澆口杯內體積的1/2；3）離心鑄造覆膜砂造型時，采用水玻璃砂散入旋轉離心鑄造模具的方式，覆膜砂厚度為不超過20mm；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熱。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。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、化學方法的表面處理。4.需要特別指出的是，離心澆注需要滿足如下要求：1）澆注溫度控制在1400℃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，不允許出現斷流的狀態；3）澆注后，離心鑄造模具持續旋轉不小于20分鐘。附圖說明圖1為球墨鑄鐵缸套三維圖；圖2為離心鑄造模具的設計圖紙。其中1是旋轉套，2是外模腔，3是覆膜砂，4是端蓋。具體實施方式下面結合具體實施方式對本專利技術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。以下是一個具體你實施案例，本專利技術的內容并不局限于此。本專利技術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設計、離心鑄造覆膜砂造型、中頻感應熔煉并合金及碳硅成分調整，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。1.離心鑄造模具及澆注系統設計模具設計時，根據計算鑄造縮尺按1.3%計算，采用堤壩式的澆口杯，澆口杯高度設計為100mm，體積為0.0045m3；斜入離心模具的澆道傾角為20°，澆道內體積不超過澆口杯內體積的4/15。2.離心鑄造覆膜砂造型采用水玻璃砂散入旋轉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熱45分鐘。3.中頻感應熔煉并合金及碳硅成分調整熔煉時，采用中頻感應電爐熔煉，生產過程中要將合金加入爐內充分過熱，過熱溫度1580℃。合金成分調整前，碳硅含量分別需保證在3.8%和2.3%；合金成分調整后，碳當量需保證在3.9%。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℃，球化方法為沖入法，孕育方式為一次型內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，鐵水中轉過程中采用覆蓋劑覆蓋，并在澆注之前完成除渣處理。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℃；澆注時間為35s，澆注時液流平穩且連貫；離心模具在澆注時的旋轉速度為240r/min。鑄件澆注后，離心鑄造模具保持繼續旋轉25分鐘，開模時間為澆注后40分鐘。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。鑄件生產后，對鑄件本體及隨爐澆注的Y型試塊進行力學測試，其測試結果如下：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℃，三次沖擊功平均值為：17.5J；布氏硬度：鑄件端面，178HB。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
本專利技術是一種使用溫度在?100℃到?196℃范圍內、含鎳量按重量百分比14%到35%區間內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設計、離心鑄造覆膜砂造型、中頻感應熔煉并合金及碳硅成分調整，球化及孕育處理過程、離心澆注及開模、熱處理和表面處理。

【技術特征摘要】
1.本發明是一種使用溫度在-100℃到-196℃范圍內、含鎳量按重量百分比14%到35%區間內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設計、離心鑄造覆膜砂造型、中頻感應熔煉并合金及碳硅成分調整，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.根據權利要求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設計和離心鑄造覆膜砂造型階段的特征在于：
離心鑄造模具設計時，其鑄造縮尺按照1.0%到1.5%計算；
澆注系統設計時，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°，澆道內體積不超過澆口杯內體積的1/2；
離心鑄造覆膜砂造型時，采用水玻璃砂散入旋轉離心鑄造模具的方式，覆膜砂厚度為不超過20mm；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熱。
3.根據權利要求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...

【專利技術屬性】
技術研發人員：曲迎東，姜珂，尤俊華，蔣立鵬，張新寧，李榮德，
申請(專利權)人：沈陽工業大學，
類型：發明
國別省市：遼寧;21