專利名稱：：一種球墨鑄鐵行星架的鑄造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于球墨鑄鐵生產(chǎn)工藝領(lǐng)域，特別涉及一種齒輪箱用球墨鑄鐵行星架的鑄造工藝。二
背景技術(shù)：
：現(xiàn)有技術(shù)目前，在球墨鑄鐵行星架的生產(chǎn)過程中，為了提高其生產(chǎn)進(jìn)程，行業(yè)上一般都是采用鑄態(tài)生產(chǎn)的方法，但是，現(xiàn)有技術(shù)鑄態(tài)生產(chǎn)的方式很難使球墨鑄鐵行星架達(dá)到力學(xué)性能方面的要求。2兆瓦以上風(fēng)電主傳動(dòng)齒輪箱關(guān)鍵部件-行星架的材質(zhì)要求為QT700-2,是齒輪箱內(nèi)最為關(guān)鍵的部件，要求耐磨、強(qiáng)度高，但此鑄件斷面較厚大，均超過lOOmm,而其本體要求硬度為HB225-305,且硬度均勻性要求為士10HB。按傳統(tǒng)工藝，一般是通過熱處理后獲得，此工藝相對來說，工藝成本高、效率低下、能耗較大。三、
發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種操作簡單、能耗小、成本低、生產(chǎn)周期短，且制得的鑄件組織均勻、性能好的齒輪箱用球墨鑄鐵行星架的鑄造工藝。技術(shù)方案本發(fā)明的技術(shù)解決方案為一種球墨鑄鐵行星架的鑄造工藝，包括造型工序、熔煉鐵液工序、球化工序、孕育工序、澆注工序、正火工序和去應(yīng)力退火工序，所述澆注工序中，在^f亍星架的底盤和立柱的頂部設(shè)有4-10根階梯式內(nèi)澆道，同時(shí)進(jìn)行澆注。所述造型工序中，在行星架的底盤和立柱的結(jié)合部位以及及底盤上凸臺的兩端部位擺放冷鐵。所述熔煉鐵液工序中，鐵液中加入Sn元素，所述Sn元素的加入質(zhì)量為鐵液總質(zhì)量的0.015~0.02%。所述球化工序中，采用凹坑式的處理包形式，凹坑式的處理包形式是指球化處理包底部分為高低不平的兩部分，剖切面呈階梯形狀，其中凹坑的面積占包底的2/5~1/2，凹深按容納處理滿包鐵水所需的球化劑量而定。球化劑的加入質(zhì)量為鐵水質(zhì)量的1.2-1.4%,并用硅鐵粉覆蓋在所述球化劑表面。所述孕育工序中，孕育次數(shù)為三次，分別是在球化反應(yīng)包坑內(nèi)覆蓋在球化劑上面一次孕育、出水過程中出水四分之三時(shí)的倒包二次孕育和澆注過程中的隨流孕育。一次孕育加入量控制為0.5%~0.7%;倒包二次孕育是指為了延長孕育處理的有效作用時(shí)間，在鐵水轉(zhuǎn)入小包時(shí)，進(jìn)行孕育處理，由于經(jīng)球化處理和第一次孕育處理后鐵水的溫度已較低，因此此倒包二次孕育的劑量不宜過大，孕育劑粒度也要小于5毫米，且最好烘至紅熱狀態(tài)加入，還要充分?jǐn)嚢瑁杏齽┘尤肓靠刂茷?.25%~0.35%;隨流孕育是指在澆注過程中，裝有孕育劑的漏斗出口對準(zhǔn)澆注的鐵水流把孕育劑撒在鐵水流上，在整個(gè)澆注過程中均勻的加入，由于澆注溫度較低為防止鑄件產(chǎn)生硅偏析要避免孕育劑粒度過大和加入量過多，加入量控制為0.1%~0.15%,漏斗出口尺寸控制為4)10毫米。所述的澆注工序中，澆注溫度控制在1350°C-136(TC,澆注工序完成后，檢測鑄型內(nèi)鑄件溫度，控制在85088(TC進(jìn)行開箱，空冷至520~540°C，再放入盛有干砂的箱內(nèi)并使用型砂進(jìn)行覆蓋，然后冷卻至室溫開箱。有益效果本發(fā)明對傳統(tǒng)的球墨鑄鐵行星架的鑄造工藝進(jìn)行了改進(jìn)，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)首先，在澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中采用兼顧了底注和頂注的階梯澆注法，此改進(jìn)使內(nèi)澆道*，金屬液沖擊力小，充型平穩(wěn)，高溫金屬液在型腔上部，有利于補(bǔ)縮，排氣，兼有頂注和底注的優(yōu)點(diǎn)，提高了鑄件的成品率。作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，在造型工序中，本發(fā)明在鑄件的厚壁部位擺放冷鐵，冷鐵的激冷作用強(qiáng)不但可防止在壁厚部位產(chǎn)生裂紋，減輕或防止厚壁處的偏析，還可配合冒口的使用有效防止縮孔、縮松，加強(qiáng)鑄件的順序凝固條件，改善鑄件局部的金相組織和力學(xué)性能，提高鑄件的表面硬度和耐磨性。作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，熔煉鐵液工序中，本發(fā)明在鐵液中加入了Sn元素，Sn元素是一種具有能促進(jìn)形成珠光體并細(xì)化組織，能提高球墨鑄鐵的強(qiáng)度和耐磨性的元素，Sn元素穩(wěn)定珠光體的能力是Cu元素的10倍，同時(shí)Cu元素和Sn元素的組合合金化，不僅符合高質(zhì)量、低成本的要求，還能夠降低球墨鑄鐵斷面的敏感性并可使在齒輪箱的厚壁處也能達(dá)到高的珠光體含量，在熔煉鐵液中加入Sn元素可促進(jìn)珠光體生成；同時(shí)發(fā)明人由于考慮到Sn元素是碳化物形成元素，容易使鑄件材料變脆，降低材料的疲勞強(qiáng)度，將所述Sn元素的加入量確定為鐵液總質(zhì)量的0.015-0.02%。通過此處理，使最終產(chǎn)品行星架的珠光體含量達(dá)到88%以上。作為本發(fā)明的另一個(gè)改進(jìn)，在所述的球化工序中，本發(fā)明采用凹坑式的處理包形式，在凹坑內(nèi)球化劑能得到緊實(shí)，起爆時(shí)間和反應(yīng)速度易于控制，吸收率顯著提高；球化劑的加入量根據(jù)原鐵水的含S量，選擇在處理鐵水質(zhì)量的1.2~1.4%,原鐵水含疏量越高，消耗在脫硫商的球化劑越多，因此球化劑的加入量隨鐵水含疏量增高而加大，保證球化效果的同時(shí)也有明顯的脫硫效果；要求球化劑中含鎂量較高，含稀土和硅量較低，在球化處理的鐵氧液中，殘留鎂質(zhì)量百分含量為0.05-0.07%,殘留稀土質(zhì)量百分含量為0.02-0.03%,殘余的稀土和鎂還能夠促進(jìn)珠光體的形成并細(xì)化珠光體，進(jìn)一步有效保證本發(fā)明能夠使齒輪箱含有90%左右的珠光體；用高鈣鋇孕育劑、鐵屑和壓塊生鐵作為覆蓋劑進(jìn)行覆蓋，采用覆蓋劑的目的在于避免合金棵露面過早起爆，可以使鐵水蓋過球化劑一定高度后才開始反應(yīng)，球化劑充分與鐵水作用，讓球化劑平穩(wěn)而均勻地通過鐵水并被鐵水吸收，提高球化效果，另外，由于覆蓋劑的隔離作用可以避免鎂和稀土與空氣中氧的接觸，從而防止本發(fā)明出現(xiàn)回碌u現(xiàn)象。作為本發(fā)明的另一個(gè)改進(jìn)，在所述的孕育工序中，孕育次數(shù)控制為3次，分別是在球化反應(yīng)包坑內(nèi)覆蓋在球化劑上面一次孕育、出水過程中出水四分之三時(shí)的倒包二次孕育和澆注過程中的隨流孕育，采用3次孕育可以促進(jìn)J求墨鑄鐵石墨化及分布均勻，使獲得的石墨細(xì)小、圓整，孕育效果更好。作為本發(fā)明的還一個(gè)改進(jìn)，在所述的澆注工序中，澆注溫度控制在1350°C~1360°C;1350~1360。C的澆注溫度能夠進(jìn)一步保證本發(fā)明的實(shí)施可以滿足力學(xué)性能的要求，還能避免氣孔、夾砂等缺陷，澆注效果顯著提高。作為本發(fā)明的再一個(gè)改進(jìn)，在澆注工序完成后，檢測鑄型內(nèi)鑄件溫度，控制在850~88(TC進(jìn)行開箱，空冷至520~540°C,再放入盛有干砂的箱內(nèi)并使用型砂進(jìn)行覆蓋，然后冷卻至常溫開箱。這樣的處理基于以下原理鑄態(tài)生產(chǎn)方式預(yù)熱處理的正火工序是將鑄件在800。C以上某一溫度區(qū)間保溫，本發(fā)明采取在澆注后的齒輪箱鑄件繼續(xù)留在鑄型內(nèi)繼續(xù)保溫至850~880°C時(shí)提早將鑄件從鑄型內(nèi)取出的簡化的正火方法，來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的放入爐膛內(nèi)加熱保溫的正火處理工藝，同時(shí)為了去除提早開箱為鑄件帶來的較大的鑄造應(yīng)力，采用去應(yīng)力退火工序可以有效提高鑄件的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度及硬度，使齒輪箱達(dá)的力學(xué)性能達(dá)到要求，而且這種處理方法省去了正火處理工序使本發(fā)明操作上更易實(shí)現(xiàn)，也使鑄件不易變形，勞動(dòng)強(qiáng)度降低，成本減少。通過本發(fā)明的方法所鑄造的球墨鑄鐵行星架，其金相組織的珠光體含量達(dá)到97.5%,球化率為95%，抗拉強(qiáng)度crb達(dá)到861MPa，屈服強(qiáng)度crs為560MPa,延伸率S達(dá)到7%，硬度在2305HBS270,完全符合其機(jī)械性能的要求。這樣的工藝調(diào)整，不僅滿足了性能要求，更在生產(chǎn)成本、效率上有了較大提高，每噸鑄件成本節(jié)約約在1000-2000元/卩屯左右，為批量生產(chǎn)在熱處理環(huán)節(jié)上節(jié)能降耗起到了關(guān)鍵作用。四圖1是以珠光體為基體的金相圖；從表面至中心，珠光體含量逐漸增加，鐵素體量逐漸減少，珠光體含量達(dá)到98%，強(qiáng)度顯著提高。圖2是以石墨為基體的金相圖；從圖中可見球化良好，石墨細(xì)小、圓整；圖3是本發(fā)明對行星架進(jìn)行階梯式澆注的結(jié)構(gòu)示意圖；從圖中可見，澆注時(shí)，從鑄型的上中下同時(shí)注入鐵水，內(nèi)澆道分歉，充型平穩(wěn)，明顯提高成品率。圖4是產(chǎn)品的珠光體含量隨Sn元素加入量變化的曲線圖，從圖中可見，在其他條件穩(wěn)定的情況下，隨Sn加入量的增加，珠光體含量逐步提高，但Sn加入量過多容易引起鑄件材料變脆，而且Sn加入質(zhì)量百分含量在0.018%左右時(shí)珠光體含量已完全滿足要求，故將其加入質(zhì)量百分含量控制在0.02%以下。五具體實(shí)施例方式以下實(shí)施例為本發(fā)明的一些舉例，不應(yīng)被看做是對本發(fā)明的限定。實(shí)施例1:一種球墨鑄鐵行星架的鑄造工藝，包括造型工序、熔煉鐵液工序、球化工序、孕育工序、澆注工序、正火工序和去應(yīng)力退火工序，這些工序按照本領(lǐng)域內(nèi)常用技術(shù)進(jìn)行，并在澆注工序這一步驟上作如下改進(jìn)在澆注工序中，在行星架的底盤1和立柱2的頂部通過4-10根階梯式內(nèi)澆道4同時(shí)進(jìn)行澆注。除此之外，在其他工序中作如下改進(jìn)在造型工序中，在行星架的底盤1和立柱2的結(jié)合部位以及底盤1上凸臺3的兩端部位擺;汰冷鐵。在熔煉鐵液工序中，鐵液中加入Sn元素，所述Sn元素的加入質(zhì)量為鐵液總質(zhì)量的0.015-0.02%。球化工序中，采用凹坑式的處理包形式，球化劑的加入質(zhì)量為鐵水質(zhì)量的1.2~1.4%,并用硅鐵粉覆蓋在所述球化劑表面。孕育工序中，孕育次數(shù)為三次，分別是在球化反應(yīng)包坑內(nèi)覆蓋在球化劑上面一次孕育、出水過程中出水四分之三時(shí)的倒包二次孕育和澆注過程中的隨流孕育。澆注工序中，澆注溫度控制在1350。C~1360°C,澆注工序完成后，檢測鑄型內(nèi)鑄件溫度，控制在850-880。C進(jìn)行開箱，空冷至520~540°C,再放入盛有干砂的箱內(nèi)并使用型砂進(jìn)行覆蓋，然后冷卻至室溫開箱。實(shí)施例2:本發(fā)明涉及的是一種齒輪箱用球墨鑄鐵行星架的生產(chǎn)工藝，工藝過程包括造型工序、熔煉鐵液工序、球化工序、孕育工序、澆注工序、正火工序、應(yīng)力退火工序。造型工序采用樹脂砂造型，砂的配制上，砂、樹脂和固化劑的比例控制在400:4:1的比例，砂溫控制在30°C。模具擺放時(shí)，在行星架厚壁和急劇變化部位擺放冷45^與采用階梯式澆注系統(tǒng)的工藝，冷鐵擺放位置和澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)見附圖3，模具擺放完畢放砂時(shí)，砂流量要大，控制為100Kg/30s的速度。熔煉鐵液工序用于熔煉鐵液的原料有生鐵(質(zhì)量百分含量50%)、廢鋼(質(zhì)量百分含量40%)和QT700回爐料(質(zhì)量百分含量10%)，加料順序?yàn)樯F、廢鋼和回爐料，經(jīng)調(diào)質(zhì)生化、調(diào)質(zhì)、脫硫、增碳和處理后，熔煉后所述鐵液成分各元素的質(zhì)量百分含量分別控制在如下范圍內(nèi)C質(zhì)量百分含量為3.55%~3.65%;Si質(zhì)量百分含量為2.05%~2.15%;Mn質(zhì)量百分含量為0.025%~0.029%;P質(zhì)量百分含量為<0.025%;S質(zhì)量百分含量為0.008%~0.012%;Cu質(zhì)量百分含量為0.33%~0.37%;Sn質(zhì)量百分含量為0.015-0.02%;碳當(dāng)量為CE=4.25%~4.35%。Sn元素可促進(jìn)珠光體生成；同時(shí)由于Sn元素是碳化物形成元素，容易使鑄件材料變脆，降低材料的疲勞強(qiáng)度，將所述Sn元素的加入量確定為鐵液總質(zhì)量的0.015-0.02%。通過此處理，使最終產(chǎn)品行星架的珠光體含量達(dá)到88%以上。球化工序采用凹坑式的處理包形式，凹坑式的處理包形式是指球化處理包底部分為高低不平的兩部分，剖切面呈階梯形狀，其中凹坑的面積占包底的2/5~1/2,凹深按容納處理滿包鐵水所需的球化劑量而定。在處理階段進(jìn)行球化處理，球化劑的加入質(zhì)量控制在總處理鐵水質(zhì)量的1.2~1.4%,鐵液沖入包坑內(nèi)的流量要控制的比較大，保證球化后鐵液中殘留鎂的質(zhì)量百分含量為0.05-0.07%，殘留稀土的質(zhì)量百分含量為0.02-0.03%;同時(shí)，加入球化劑后，在其表面覆蓋高鈣鋇孕育劑、鐵屑和壓塊生鐵作為覆蓋劑進(jìn)行覆蓋，以此使球化劑充分與鐵水作用，讓球化劑平穩(wěn)而均勻地通過鐵水并被鐵水吸收，提高球化效果。孕育工藝孕育目的是促使形成結(jié)晶核心以改善金屬組織和物理、力學(xué)性能，促進(jìn)石墨化的同時(shí)抑制滲碳體的生成。為此本實(shí)例嚴(yán)格按本發(fā)明所述采取3次孕育的方法來實(shí)施，在球化反應(yīng)包坑內(nèi)覆蓋在球化劑上面一次孕育、出水過程中出水四分之三時(shí)的倒包二次孕育和澆注過程中的隨流孕育，采用3次孕育可以促進(jìn)球墨鑄鐵石墨化及分布均勻，使獲得的石墨細(xì)小、圓整，孕育效果更好。此孕育方法一方面防止了孕育衰退改善了孕育效果，另一方面冶防止了形成碳化物和澆注后冷卻過程中出現(xiàn)氣孔。澆注工序處理后的成分達(dá)到失見定值后開始進(jìn)行澆注，澆注溫度控制在1350°C~1360°C,采用階梯式澆注系統(tǒng)，此工序可控性很強(qiáng)，行動(dòng)要迅速，在孕育處理后迅速扒渣、澆注，這樣^L的目的是防止產(chǎn)生氣孔，使充型平穩(wěn)，保證澆注效果。在本實(shí)例的澆注工序完成后，檢測鑄型內(nèi)鑄件溫度，控制在850880。C進(jìn)行開箱，空冷至520~540°C，再放入盛有干砂的砂箱內(nèi)并使用型砂進(jìn)行覆蓋，然后冷卻至常溫開箱。在鑄態(tài)下，釆用提早開箱的方法來實(shí)現(xiàn)正火處理工序，在簡化熱處理工序的同時(shí)直接取得牌號QT700-2的力學(xué)性能要求和金相組織標(biāo)準(zhǔn)的球墨鑄鐵件，同時(shí)由于此改進(jìn)使熱處理工藝得到簡化而節(jié)約了熱處理時(shí)的能源消耗，此種處理方法顯著節(jié)約能耗，減少工序，縮短生產(chǎn)周期，降低廢品率和降低成本等一系列優(yōu)點(diǎn)，這也是作為鑄造工作者的我們追求的目標(biāo)之一。經(jīng)過本發(fā)明的工藝流程，通過對各工序仔細(xì)操作和熔煉過程的嚴(yán)格控制，本實(shí)例熔煉后鐵液中最終實(shí)際成分均控制在發(fā)明要求的范圍內(nèi)，即如下C質(zhì)量百分含量為3.63%;Si質(zhì)量百分含量為2.11%;Mn質(zhì)量百分含量為0.239%;P質(zhì)量百分含量為0.023%;S質(zhì)量百分含量為0.011%;Cu質(zhì)量百分含量為0.033%;Sn質(zhì)量百分含量為0.018%。本實(shí)例中生產(chǎn)的球墨鑄鐵件達(dá)到的力學(xué)性能如下表中所示。<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>權(quán)利要求1.一種球墨鑄鐵行星架的鑄造工藝，包括造型工序、熔煉鐵液工序、球化工序、孕育工序、澆注工序、正火工序和去應(yīng)力退火工序，其特征在于所述澆注工序中，在行星架的底盤(1)和立柱(2)的頂部通過4-10根階梯式內(nèi)澆道(4)同時(shí)進(jìn)行澆注。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述球墨鑄鐵行星架的鑄造工藝，其特征在于在所述造型工序中，在行星架的底盤(1)和立柱(2)的結(jié)合部位以及底盤(1)上凸臺(3)的兩端部位擺放冷鐵。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述球墨鑄鐵行星架的鑄造工藝，其特征在于在所述熔煉鐵液工序中，鐵液中加入Sn元素，所述Sn元素的加入質(zhì)量為鐵液總質(zhì)量的0.015~0,02%。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述球墨鑄鐵行星架的鑄造工藝，其特征在于在所述球化工序中，采用凹坑式的處理包形式，球化劑的加入質(zhì)量為鐵水質(zhì)量的1.2-1.4%,并用硅鐵粉覆蓋在所述球化劑表面。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述球墨鑄鐵行星架的鑄造工藝，其特征在于在所述孕育工序中，孕育次數(shù)為三次，分別是在球化反應(yīng)包坑內(nèi)覆蓋在球化劑上面一次孕育、出水過程中出水四分之三時(shí)的倒包二次孕育和澆注過程中的隨流孕育。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述球墨鑄鐵行星架的鑄造工藝，其特征在于所述的澆注工序中，澆注溫度控制在1350°C~1360°C，澆注工序完成后，才全測鑄型內(nèi)鑄件溫度，控制在85088(TC進(jìn)行開箱，空冷至520~540°C,再放入盛有干砂的箱內(nèi)并使用型砂進(jìn)行覆蓋，然后冷卻至室溫開箱。全文摘要本發(fā)明涉及一種球墨鑄鐵行星架的鑄造工藝，包括造型工序、熔煉鐵液工序、球化工序、孕育工序、澆注工序和去應(yīng)力退火工序，在澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中采用兼顧了底注和頂注的階梯澆注法提高鑄件的成品率，并采用了在厚壁部位擺放冷鐵，在熔煉鐵液中加入Sn元素、優(yōu)化球化、孕育和澆鑄工序等技術(shù)方案，使所制得的行星架不僅滿足了性能上的高要求，更在生產(chǎn)成本、效率上有了較大提高。文檔編號B22D3/00GK101628323SQ20091018312公開日2010年1月20日申請日期2009年8月7日優(yōu)先權(quán)日2009年8月7日發(fā)明者孔建會,楊金德,郁曉兵申請人:通州市四安球墨鑄鐵有限公司