高强度灰铸铁件轮轨制造技术

高强度灰铸铁件轮轨制造技术

我们公司的主要产品有fl413-513f系列冷冻柴油发动机和bfm1015系列冷柴油发动机。德国kwd公司的生产技术已经通过了多年的生产实践和技术改进，基本上实现了工业化。飞轮、飞轮壳是柴油发动机上的重要零部件,属于高强度灰铸铁件。飞轮铸件壁厚为40~60mm,重量为60~90kg,本体抗拉强度要求在320MPa以上;飞轮壳铸件壁厚为8~20mm,重量为50~70kg,单铸试棒抗拉强度要求在300MPa以上。通过对多年实践工作的经验总结,可以采取下列措施生产飞轮、飞轮壳等柴油发动机高强度灰铸铁件。1铸造的形状和制造工艺飞轮、飞轮壳铸件的外观质量要求比较高,采用呋喃树脂自硬砂手工造型、制芯。模样和芯盒采用ZL101制做。1.1%+固化剂配料比例为:原砂100%+呋喃树脂1.5%~2.5%+固化剂0.7%~1.3%。混砂工艺:原砂(混碾10~20s)+固化剂(混碾30~40s)+呋喃树脂(混碾20~30s)出砂。1.2醇基石墨材料砂型砂芯砂芯(1)原砂需经烘干处理,不允许有砂块;(2)混砂应均匀且迅速,在保证型砂质量的前提下,尽快混好并立即开始造型(制芯);(3)生产过程中应根据环境温度、湿度、砂温等因素,选择适当的树脂、固化剂种类以及加入量;(4)为提高铸件外观质量,砂型、砂芯工作面应喷涂一层厚度为0.1~0.3mm的醇基石墨涂料,并点燃干燥;(5)为防止砂型、砂芯因受潮质量下降,存放时间不得超过3天。1.3压边冒口的布置(1)飞轮类铸件属于厚大件,采用压边浇冒系统,铸件大平面向上布置在下箱,6个压边冒口均匀布置在环型横浇道上,压边宽度为4~7mm;(2)飞轮壳类铸件属于薄壁件,按照顺序凝固原则采用侧冒口引入式浇注系统,铸件开口向上,从中部分型。(3)对于厚大铸件飞轮,采用外冷铁来提高局部铸件的冷却速度,提高本体的强度和硬度。2选择合适的化学成分范围，并注意不同元素之间的合理匹配2.1传统化学元素c、si、mn、p、s用于灰铁2.1.1碳使用量和硅碳比碳和硅都是强烈促进石墨化的元素,碳当量和硅碳比对灰铸铁的组织和性能有着显著的影响,在一般情况下,适当降低碳当量、提高硅碳比,对提高铸件的力学性能是有利的,对于飞轮、飞轮壳等柴油发动机高强度灰铸铁件,碳当量宜控制在3.4%~3.6%,硅碳比控制在0.5~0.6,有利于珠光体的形成,保持比较高的抗拉强度和硬度。2.1.2硫化锰、氧化锰锰是阻碍石墨化的元素,锰能稳定并细化珠光体,稍微提高铸铁的强度、硬度。锰还能与硫结合成硫化锰,削弱硫的有害作用。硫化锰、氧化锰可以在铸铁内形成石墨的核心,间接地起到了促进石墨化的作用。在高强度灰铸铁中,w(Mn)在0.9%~1.2%范围内适当增加,对提高铸件的力学性能是有利的。2.1.3磷酸和硫在一般情况下,磷在灰铸铁中和硫一样,是作为有害元素需加以控制的。因此,在高强度灰铸铁中,磷和硫含量控制得越低越好。2.2化学成分的确定根据实践经验和技术资料的介绍,对于牌号为HT300以上的飞轮、飞轮壳等柴油发动机高强度灰铸铁件,其化学成分(质量分数)确定为如下范围比较适宜:w(C)2.9%~3.1%,w(Si)1.5%~1.8%,w(Mn)0.9%~1.2%,w(P)<0.06%,w(S)0.02%~0.04%。3铸造屑的精炼和注入3.1提高炉料质量我公司熔炼设备选用1.5t工频感应电炉,炉衬为石英砂酸性炉衬。生铁选用邢台武安Z14生铁,废钢选用轧钢厂的普通碳素钢下脚料,回炉料选用相同材料的浇冒口或非材料报废的铸件。铁合金和孕育剂的化学成分、粒度应适合生产高强度灰铸铁件。另外,所有炉料的质量都必须符合国家标准和技术文件的要求,炉料的表面应洁净、无油无锈,必要时可预先进行抛丸清理。制定合理的炉料配比,将生铁、废钢、回炉料、铁合金等多种金属炉料,以最低的成本、合理的比例进行配合,并通过熔炼获得铸铁件的材料性能所要求的化学成分。高强度灰铸铁件配料时应遵循的原则是:适当增加废钢的比例,并在保证铸铁件质量的前提下,力求低成本。对于牌号在HT300以上的柴油发动机高强度灰铸铁件,主要炉料配比(质量分数)一般控制在:40%~50%生铁+20%~25%废钢+25%~40%回炉料。3.2炉前化学成分(1)熔化温度采用低温制,即炉料一次加满,随化随补,在炉料充满状态下进行熔化;(2)炉料的加入顺序为:启熔块(或剩余铁液)-铬铁-生铁-废钢-回炉料-钼铁-紫铜-锰铁;(3)待铁液熔净后,温度达到1300℃左右加入铁合金(合金元素);(4)炉前化学成分分析取样应在炉料全部熔化并均匀化后,铁液温度达到1400~1450℃之间进行;(5)用直读光谱仪进行炉前化学成分分析,并根据化学成分分析结果,对照技术要求调整化学成分,合格后方可准备出炉。3.3高温静置时间在灰铸铁熔炼过程中,在一定范围内提高铁液过热温度和静置时间,能够消除炉料的遗传性给铸铁的组织和性能造成的不良影响,可以使石墨细化,基体组织致密,提高灰铸铁的抗拉强度,同时铁液的冶金质量指标也得到改善,另外,高温静置有利于铁液中杂质上浮,便于出炉前造渣清除。这对生产高强度灰铸铁是有利的。飞轮、飞轮壳铸件的铁液过热温度(即最高熔化温度)范围为:1500~1520℃,静置时间3~5min为宜。铁液出炉温度为1480~1490℃,必须用热电偶测量。3.4浇注温度的确定为了解决高温出炉、低温浇注的矛盾,在飞轮类铸件生产过程中,采用倒包浇注的方法,加快铁液的降温速度,来解决因等待降温时间过长而导致孕育衰退的问题,铸件的浇注温度范围为(必须用热电偶测量):飞轮类铸件1370~1320℃。飞轮壳类铸件1410~1360℃。飞轮、飞轮壳铸件的浇注采用吊车吊运500kg浇包,手工操作,每型浇注时间为15~25s。4出生处理生产飞轮、飞轮壳铸件的孕育剂选用无锡产SiCaBa或RECaBa孕育剂。4.1红树莓原汁的孕育剂包括其添加量为5.飞轮、飞轮壳铸件均采用包内冲入法,孕育处理的操作要点:(1)铁液处理后温度应在1400℃以上;(2)孕育剂的加入量为铁液重的0.5%~0.6%;(3)孕育剂的粒度应为2~7mm;(4)孕育使用前应进行预热干燥,预热温度为300℃,保温1h;(5)孕育处理后应搅拌铁液,使孕育剂在铁液中分布均匀;(6)经过孕育处理的铁液,应尽快浇注完毕。4.2混合使用的孕育效果强化孕育处理,改善孕育效果的途径有以下几种:(1)复合孕育处理,将SiCaBa和FeSi75两种孕育剂按照1:1比例混合起来使用,可以改善孕育效果。(2)飞轮采用二次孕育:出铁时在浇包内冲入占铁液重0.4%~0.5%的孕育剂进行一次孕育处理,倒包浇注时在另一个浇包内冲入占铁液重0.1%的孕育剂进行二次孕育处理,并进行搅拌。(3)选用新型孕育剂RECaBa硅铁来代替传统孕育剂FeSi75,强化孕育处理,经过生产实验,效果比较好。5有效方法与有效方法多元低合金化,也是生产高强度灰铸铁的有效方法。通过向铁液中加入少量的铜、钼、铬等多种合金元素,以达到改善铸件的基体组织和石墨形态,提高铸件性能的目的。5.1提高铸件力和硬度铜是促进石墨化的元素。铜可以细化石墨并改善其分布形态,能促进并细化珠光体;铜可以强化珠光体和铁素体,减小断面敏感性,因此能增加铸铁的强度和硬度。在一定范围内,随着w(Cu)量的增加,铸铁的强度和硬度会不断提高,这对生产高强度灰铸铁是非常有利的。在合金灰铸铁飞轮中,铜通常以紫铜(电解铜)板的形式加入到炉内,w(Cu)一般为0.7%~1.0%。5.2抗灰铸铁材料钼是中等稳定碳化物形成元素和阻碍石墨化的元素。钼可以细化并改善石墨分布,钼能细化珠光体并增加其含量,同时钼还可以强化珠光体中的铁素体,因而能有效地提高铸铁的强度、硬度。因此常用来制造高强度灰铸铁件。在合金灰铸铁飞轮中,钼通常以块状钼铁合金的形式加入到炉内,w(Mo)一般为0.4%~0.7%。5.3wcr铬是强烈稳定碳化物,阻碍石墨化的元素。在普通灰铸铁中加入w(Cr)0.5%左右,能细化石墨,增加珠光体数量,可以提高铸铁的