一種高性能的球墨鑄鐵及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高性能的球墨鑄鐵，包括以下重量百分比的組分：3.0％～3.3％的C；3.6％～4.0％的Si；S<0.02％；P<0.03％；Mn<0.3％；0.02％～0.04％的Mg；0.01％～0.025％的RE；0.2％～0.3％的Mo；0.12％～0.15％的Ni；0.003％～0.010％的Ca，0.005％～0.010％的Ba，且0.010％≤Ca+Ba≤0.020％，Bi≤0.003％；余量為Fe以及不可避免的雜質(zhì)，具有較高的強(qiáng)度和韌性，能夠適用于大型或超大型工程設(shè)備的零部件需要。本發(fā)明還公開了一種上述球墨鑄鐵的制備方法。
【專利說(shuō)明】
一種高性能的球墨鑄鐵及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及球墨鑄鐵技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種高性能的球墨鑄鐵及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]球墨鑄鐵是20世紀(jì)五十年代發(fā)展起來(lái)的一種高強(qiáng)度鑄鐵材料，其綜合性能接近于鋼，正是基于其優(yōu)異的性能，已成功地用于鑄造一些受力復(fù)雜，強(qiáng)度、韌性、耐磨性要求較高的零件。球墨鑄鐵已迅速發(fā)展為僅次于灰鑄鐵的、應(yīng)用十分廣泛的鑄鐵材料。所謂“以鐵代鋼”，主要指球墨鑄鐵。
[0003]球墨鑄鐵是通過(guò)球化處理和孕育處理得到球狀石墨，有效地提高了鑄鐵的機(jī)械性能，特別是提高了塑性和韌性，從而得到比碳鋼還高的強(qiáng)度。
[0004]鑄鐵是含碳量大于2.11%的鐵碳合金，由工業(yè)生鐵、廢鋼等鋼鐵及其合金材料經(jīng)過(guò)高溫熔融和鑄造成型而得到，鑄鐵中的碳以石墨形態(tài)析出，若析出的石墨呈條片狀時(shí)的鑄鐵叫灰口鑄鐵或灰鑄鐵、呈蠕蟲狀時(shí)的鑄鐵叫蠕墨鑄鐵、呈團(tuán)絮狀時(shí)的鑄鐵叫白口鑄鐵或碼鐵、而呈球狀時(shí)的鑄鐵就叫球墨鑄鐵。
[0005]目前，現(xiàn)有球墨鑄鐵的綜合力學(xué)性能不太理想，尤其是強(qiáng)度與耐磨性隨著科技進(jìn)步，越來(lái)越不能滿足實(shí)際工程需要，且球墨鑄鐵的鑄造成型工藝也影響了球墨鑄鐵件的力學(xué)性能。
[0006]因此，如何提供一種具有高性能，尤其是高強(qiáng)度高韌性的球墨鑄鐵是目前本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的技術(shù)問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種高性能的球墨鑄鐵，該球墨鑄鐵具有較高的強(qiáng)度和較高的韌性，且能夠適用于大型或超大型起重設(shè)備、旋挖鉆以及卷?yè)P(yáng)減速機(jī)的零部件需要。本發(fā)明的另一目是提供一種上述球墨鑄鐵的制備方法。
[0008]為解決上述的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為:
[0009 ] 一種高性能的球墨鑄鐵，包括以下重量百分比的組分:3.0%?3.3%的C;3.6%?4.0%的51;5〈0.02% ；Ρ<0.03% ;Μη〈0.3% ;0.02%?0.04%的Mg;0.01 %?0.025%的RE;
0.2%?0.3%的Mo ;0.12%?0.15%的Ni ;0.003%?0.010%的Ca，0.005%?0.010% 的Ba，且0.010% <Ca+Ba < 0.020%,Bi < 0.003% ;余量為Fe以及不可避免的雜質(zhì)。
[0010]優(yōu)選的，所述Mo的重量百分比為0.22%?0.28 %。
[0011]優(yōu)選的，所述Ni的重量百分比為0.125%?0.145%。
[0012]優(yōu)選的，所用球墨鑄鐵的抗拉強(qiáng)度ob > 540MPa，屈服強(qiáng)度ο?！?gt; 400MPa，延伸率δ >14%。
[0013]本發(fā)明提供了一種高性能的球墨鑄鐵，在成分配比上;通過(guò)增加Si含量，重量百分比達(dá)到了3.6%?4.0%，促進(jìn)石墨化，細(xì)化鐵素體，同時(shí)Si在鐵基體中起到了固溶強(qiáng)化效果，實(shí)現(xiàn)了較高的強(qiáng)度;通過(guò)增加Mo細(xì)化了鐵素體，強(qiáng)化了基體，改善提高了強(qiáng)度、硬度、韌性等綜合性能;通過(guò)增加Ni強(qiáng)化鐵素體，細(xì)化石墨，增加石墨球數(shù)量，提高球化效果，強(qiáng)化基體，消除了由于Si含量的增加所帶來(lái)的硅脆性影響，提高了基體的韌性。本配比成分使球墨鑄鐵中石墨球的數(shù)量、大小、形態(tài)和分布，獲得95%以上的鐵素體基體和細(xì)小、均勻、彌散分布的大量球狀石墨的鑄態(tài)組織。本發(fā)明工藝方法簡(jiǎn)單，原料和生產(chǎn)成本較低，易于推廣應(yīng)用。
[0014]本發(fā)明還提供上述的球墨鑄鐵的制備方法，包括以下步驟:
[0015]I)制取目標(biāo)球墨鑄鐵件的模樣:
[0016]當(dāng)所述球墨鑄鐵件包括內(nèi)徑小于等于3cm且長(zhǎng)度大于等于1cm的空心腔結(jié)構(gòu)時(shí)，所述球墨鑄鐵件模樣包括第一模樣與第二模樣，所述第一模樣與所述第二模樣的粘結(jié)拼接面重合于所述球墨鑄鐵件中的空心腔結(jié)構(gòu)與其余非空心腔部位的分界面；
[0017]將無(wú)規(guī)共聚聚丙烯塑料通過(guò)注塑成型方法制取所述第二模樣；
[0018]將無(wú)規(guī)共聚聚丙烯塑料通過(guò)注塑成型方法制取所述第一模樣，然后將所述第一模樣的除了與所述第二模樣拼接的端面之外的表面浸漬涂料，然后撒砂，然后燒結(jié)，在燒結(jié)的過(guò)程中所述第一模樣氣化失模，得到所述第一模樣的型殼，所述型殼的用于與所述第二模樣拼接的開口為用于使得鐵水流入的開口 ；
[0019]將無(wú)規(guī)共聚聚丙烯塑料通過(guò)注塑成型方法制取澆道系統(tǒng)模樣；
[0020]取一個(gè)無(wú)規(guī)共聚聚丙烯塑料件，將所述第二模樣的與所述第一模樣拼接的端面通過(guò)粘結(jié)連接與所述無(wú)規(guī)共聚聚丙烯塑料件的一個(gè)端面連接，將所述無(wú)規(guī)共聚聚丙烯塑料件的另一個(gè)端面插入所述型殼的開口中以將所述第二模樣與所述型殼無(wú)縫隙拼接成一體件用于鑄造目標(biāo)球墨鑄鐵件；
[0021]將所述第二模樣與所述澆道系統(tǒng)模樣通過(guò)粘結(jié)連接成一體，所述澆道系統(tǒng)模樣粘結(jié)在所述第二模樣的底面上，得到包括所述第二模樣、型殼以及澆道系統(tǒng)模樣的模樣一體件；
[0022]2)取一個(gè)第一箱體，將步驟I)中的模樣一體件以立式放置于所述第一箱體內(nèi)；
[0023]然后在所述模樣一體件的外圍以環(huán)繞所述模樣一體件的方式從上到下鋪設(shè)多個(gè)冷卻盤管，每個(gè)冷卻盤管具有各自獨(dú)立的進(jìn)口與出口，通過(guò)控制多個(gè)冷卻盤管與所述模樣一體件外壁的間距大小控制鐵水的凝固過(guò)程；
[0024]然后設(shè)置上升液管，所述上升液管穿過(guò)且固定在所述第一箱體的下箱底上，所述澆道系統(tǒng)模樣的自由端下端面與所述上升液管的上端開口對(duì)接，且所述澆道系統(tǒng)模樣的自由端下端面完全遮蓋所述上升液管的上端開口，密封所述上升液管與所述第一箱體下箱底的連接處；
[0025]然后設(shè)置真空抽吸管，所述真空抽吸管穿過(guò)且固定在所述第一箱體的側(cè)箱壁上，所述真空抽吸管的一端與所述模樣一體件間隔一定距離，所述真空抽吸管的另一端露在所述第一箱體的外面且與真空系統(tǒng)連通，密封所述真空抽吸管與所述第一箱體側(cè)箱壁的連接處；
[0026]然后向所述第一箱體內(nèi)填砂，然后壓實(shí)，得到砂型；
[0027]然后密封整個(gè)所述第一箱體；
[0028]3)冶煉鐵水，然后將鐵水依次經(jīng)過(guò)球化處理、一次孕育處理以及二次孕育處理，得到上述任意一項(xiàng)所述的鐵水，然后將鐵水用開口容器盛裝；
[0029]4)將步驟3)中的開口容器放置在一個(gè)密閉的第二箱體內(nèi)，且使得所述上升液管的下端穿過(guò)所述第二箱體的頂箱蓋浸入所述開口容器中的鐵水中，密封所述上升液管與所述第二箱體的連接處；
[0030]5)向所述第二箱體內(nèi)吹送帶壓氣體，同時(shí)，開啟真空系統(tǒng)制取真空，開口容器內(nèi)的鐵水在帶壓氣體的壓力以及真空的抽吸力的作用下，沿上升液管流動(dòng)進(jìn)入砂型的型腔中，鐵水從下往上充型，先把澆道系統(tǒng)模樣與第二模樣氣化，然后進(jìn)入型殼中的空心腔中，直至開口容器內(nèi)的液面不再下降表明鐵水注滿整個(gè)砂型型腔，氣化后的氣體通過(guò)真空抽吸管被真空系統(tǒng)抽走，然后保持吹送氣體與抽真空，直至砂型型腔內(nèi)的鐵水凝固；
[0031]當(dāng)開口容器內(nèi)的液面不再下降后，從上到下依次向每個(gè)冷卻盤管中供給冷卻介質(zhì)以對(duì)球墨鑄鐵件進(jìn)行冷卻凝固以及實(shí)現(xiàn)從上到下的順序凝固，同時(shí)，向砂型型腔中的鐵水施加電磁攪拌；
[0032]6)當(dāng)最下方的冷卻盤管的進(jìn)口處與出口處的冷卻介質(zhì)的溫差小于30C后，停止吹送帶壓氣體以及抽真空，然后將所述上升液管從所述第二箱體中抽出，然后拆開所述第一箱體，然后破除砂型，敲掉所述型殼，得到球墨鑄鐵件。
[0033]本發(fā)明還提供了一種高性能的球墨鑄鐵的制備方法，以傳統(tǒng)砂型鑄造方法為基礎(chǔ)，并做了多處改進(jìn)，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果:
[0034]I)原本砂型鑄造中，球墨鑄鐵鑄件的模樣多采用木模，制好砂型后，還要取出木模，為了取出木模，需要做一些專門的設(shè)計(jì)，例如:砂型至少為兩層以利于后期取出木模，木模需要制作起模斜度以方便后期取出木模，等等，鑄造成型后，還要機(jī)加工去除鑄件上的起模斜度，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，增加了生產(chǎn)成本，降低了生產(chǎn)效率，為此，本發(fā)明采用塑料模樣，由于塑料模樣在接觸到高溫的鐵水的時(shí)候很容易氣化，變成氣體被真空系統(tǒng)抽走，只留下一個(gè)與球墨鑄鐵件結(jié)構(gòu)外形相似的砂型型腔，因此，本發(fā)明中，砂型不用設(shè)置分型面，整個(gè)砂箱是一個(gè)完整的砂箱，也不用設(shè)置起模斜度，也不用設(shè)置對(duì)應(yīng)于球墨鑄鐵件的空心腔處的型芯等等，將上述的模樣一體件直接埋在填砂中就可以，省時(shí)省力，節(jié)省成本，提高了效率。
[0035]2)本發(fā)明采用注塑成型，強(qiáng)調(diào)采用非泡沫成型工藝，成型后得到的模樣比泡沫塑料具有更高的密度與強(qiáng)度，可以承受后面壓實(shí)填砂的過(guò)程中較大的壓實(shí)力，而不至于使得第一模樣、第二模樣以及澆鑄系統(tǒng)模樣出現(xiàn)變形，而泡沫塑料在該壓實(shí)力下很容易變形。
[0036]3)原本砂型鑄造中，球墨鑄鐵件的空心腔處需要放置一個(gè)型芯以澆鑄出該空心腔，由于該空心腔內(nèi)徑較小且長(zhǎng)度較長(zhǎng)，使得該型芯的制作、定位安放很不方便，很容易就將該空心腔鑄造失敗，即使采用上述的塑料模樣，此處也需要放置一個(gè)型芯，依然存在上述的問(wèn)題，為此，本發(fā)明進(jìn)一步的，將整個(gè)球墨鑄鐵件模樣在空心腔處分割成兩塊單獨(dú)制作，第二模樣就是上述的將無(wú)規(guī)共聚聚丙烯塑料通過(guò)注塑成型方法制取，第一模樣是先將無(wú)規(guī)共聚聚丙烯塑料通過(guò)注塑成型方法制取，然后再在第一模樣的整個(gè)表面制取型殼，該型殼是個(gè)空心殼，通過(guò)上述的無(wú)規(guī)共聚聚丙烯塑料件將第二模樣與該型殼拼接在一起，澆鑄的時(shí)候，鐵水從下往上充型，先把第二模樣氣化，然后進(jìn)入該型殼中的空心腔中，最終凝固得到目標(biāo)鑄件，如此設(shè)置，就不用再設(shè)置型芯了，就不存在上述的問(wèn)題了。
[0037]4)原有砂型鑄造中熔液從上往下充型，而砂型中的氣體從下往上運(yùn)動(dòng)，使得氣體被熔液壓住，不易從砂型逸出的問(wèn)題，造成了砂型鑄造中嚴(yán)重的卷氣與氣孔問(wèn)題，為此，本發(fā)明中，將模樣一體件立式安放在砂型中，且所述澆道系統(tǒng)模樣粘結(jié)在所述第二模樣的底面上，使得鐵水是從下往上充型，模樣一體件是從下往上氣化，氣化后的氣體也是從下往上運(yùn)動(dòng)，三者的方向是一致的，從而避免了上述的卷氣與氣孔問(wèn)題。
[0038]5)現(xiàn)今的砂型鑄造，鑄件都是自然冷卻，凝固后得到的鑄件組織是什么樣子就是什么樣子，完全沒(méi)有受到有目的控制，是一種完全無(wú)控的冷卻凝固，得到的凝固組織多存在偏析、縮孔、縮松、冷隔、晶粒粗大等缺陷，嚴(yán)重影響了鑄件的力學(xué)性能，為此，本發(fā)明，在砂型中預(yù)先埋入冷卻盤管，通過(guò)控制多個(gè)冷卻盤管與所述模樣一體件外壁的間距大小控制鐵水的凝固過(guò)程，且選擇合適的開始供給冷卻介質(zhì)的時(shí)機(jī)，且控制多個(gè)冷卻盤管中開始供給冷卻介質(zhì)的前后順序，且控制每個(gè)冷卻盤管中相應(yīng)的冷卻介質(zhì)流量與壓力，以實(shí)現(xiàn)對(duì)球墨鑄鐵件進(jìn)行強(qiáng)制冷卻凝固，提高冷卻速速，以抑制晶粒長(zhǎng)大，得到細(xì)化晶粒，通過(guò)細(xì)晶強(qiáng)化顯著地提高了鑄件的強(qiáng)度和韌性等力學(xué)性能，以及實(shí)現(xiàn)從上到下的順序凝固，鑄件的上部先冷卻，然后逐漸向下凝固，然后鑄件的底部凝固，最后是澆鑄系統(tǒng)凝固，顯著減少了原有砂型鑄造中的縮孔、縮松以及冷隔問(wèn)題，提高了鑄件質(zhì)量。由于第一箱體中砂型具有較大的透氣性，塑料氣化后的氣體以及充型過(guò)程中外界進(jìn)入密閉的第一箱體內(nèi)的空氣會(huì)在第一箱體內(nèi)流動(dòng)，作為一種傳熱介質(zhì)，通過(guò)流動(dòng)將充型鐵水的熱量傳遞給冷卻盤管中的冷卻介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)上述冷卻盤管的強(qiáng)制冷卻作用，提高鑄件的組織性能。
[0039]6)傳統(tǒng)砂型鑄造中，熔液完全是憑借自身的重力流動(dòng)充型，很容易出現(xiàn)澆不足、冷隔、縮孔、縮松等問(wèn)題，為此，本發(fā)明，采用帶壓氣體的壓力以及真空的抽吸力共同作用將鐵水注滿整個(gè)砂型型腔，并在完全凝固前，保持吹送氣體與抽真空，使得鐵水始終以一個(gè)壓力注滿砂型型腔，并隨之冷卻，顯著地減少了澆不足、冷隔、縮孔、縮松等質(zhì)量問(wèn)題。
[0040]7)本發(fā)明設(shè)置電磁攪拌，而非電磁振動(dòng)，電磁攪拌只是攪拌液態(tài)熔液，只對(duì)能夠產(chǎn)生磁性的球墨鑄鐵起作用，電磁攬摔可以打碎樹枝晶、細(xì)化晶粒以及減小偏析等等，而電磁振動(dòng)是對(duì)整個(gè)第一箱體產(chǎn)生作用，顯而易見(jiàn)地，振動(dòng)容易破壞已做好的砂型，且破壞上升液管以及真空抽吸管等與第一箱體的連接處的密封，破壞第一箱體內(nèi)的真空等等。
【附圖說(shuō)明】
[0041 ]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的卷筒的主視圖；
[0042]圖2為圖1的后視圖；
[0043]圖3為圖1的中心剖面結(jié)構(gòu)視圖；
[0044]圖4為圖3中的A-A面剖面視圖；
[0045]圖5為圖3中的B-B面剖面視圖；
[0046]圖6為本發(fā)明中卷筒模樣包括的上模樣與下模樣的拼接線位置示意圖；
[0047]圖7為本發(fā)明中上模樣的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0048]圖8為本發(fā)明中下模樣的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0049]圖中:I卷筒，101卷筒本體，102上擋盤，103下?lián)醣P，104楔子孔部，2上模樣，3下模樣，4拼接線。
【具體實(shí)施方式】
[0050]為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的特征及優(yōu)點(diǎn)，而不是對(duì)本發(fā)明權(quán)利要求的限制。
[0051]本發(fā)明提供了一種高性能的球墨鑄鐵，包括以下重量百分比的組分:3.0%?3.3%的(:；3.6%?4.0%的51;5〈0.02%;?〈0.03% ；Mn<0.3% ; 0.02 % ?0.04 % 的Mg;0.01%?0.025%的1?;0.2%?0.3%的]\10;0.12%?0.15%的附；0.003%?0.010%的〇&，
0.005%?0.010%的Ba，且0.010% < Ca+Ba < 0.020% ,Bi < 0.003% ;余量為Fe以及不可避免的雜質(zhì)。
[0052]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述Mo的重量百分比為0.22%?0.28%。
[0053]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述Ni的重量百分比為0.125%?0.145%。
[0054]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所用球墨鑄鐵的抗拉強(qiáng)度ob2 540MPa，屈服強(qiáng)度σΟ.2> 400MPa，延伸率14% ο
[0055]現(xiàn)今，球墨鑄鐵件多采用砂型鑄造方法成型，但多存在一些問(wèn)題，為此，本發(fā)明還提供了一種上述的球墨鑄鐵的制備方法，包括以下步驟:
[0056]I)制取目標(biāo)球墨鑄鐵件的模樣:
[0057]當(dāng)所述球墨鑄鐵件包括內(nèi)徑小于等于3cm且長(zhǎng)度大于等于1cm的空心腔結(jié)構(gòu)時(shí)，所述球墨鑄鐵件模樣包括第一模樣與第二模樣，所述第一模樣與所述第二模樣的粘結(jié)拼接面穿過(guò)所述球墨鑄鐵件中的空心腔結(jié)構(gòu)與其余非空心腔部位的分界面；
[0058]例如:如圖1一圖5所示，為球墨鑄鐵材質(zhì)的卷筒，所述卷筒I包括空心筒狀的卷筒本體101、上擋盤102、下?lián)醣P103以及位于卷筒本體101—端內(nèi)側(cè)的楔子孔部104;楔子孔部104包括一個(gè)壁厚較大但空心內(nèi)徑較小的空心腔結(jié)構(gòu);此時(shí)，制作的卷筒模樣包括上模樣2與下模樣3，所述上模樣2與所述下模樣3的粘結(jié)連接面重合于所述卷筒本體101的徑向截面且穿過(guò)所述楔子孔部104的下外側(cè)面;如圖6所示，圖中虛線即為上模樣2與下模樣3的粘結(jié)的拼接線4;
[0059]上述的第二模樣以及第一模樣與其真實(shí)物的外形結(jié)構(gòu)相似，只是存在補(bǔ)償鑄件凝固過(guò)程中收縮率的放大比例，且不存在傳統(tǒng)砂型鑄造中的起模斜度；
[0060]將無(wú)規(guī)共聚聚丙烯塑料通過(guò)注塑成型方法制取所述第二模樣；
[0061]將無(wú)規(guī)共聚聚丙烯塑料通過(guò)注塑成型方法制取所述第一模樣，然后將所述第一模樣的除了與所述第二模樣拼接的端面之外的表面浸漬涂料，然后撒砂，然后燒結(jié)，在燒結(jié)的過(guò)程中所述第一模樣氣化失模，得到所述第一模樣的型殼，所述型殼的用于與所述第二模樣拼接的開口為用于使得鐵水流入的開口 ；
[0062]將無(wú)規(guī)共聚聚丙烯塑料通過(guò)注塑成型方法制取澆道系統(tǒng)模樣;優(yōu)選的，澆道系統(tǒng)模樣為實(shí)心豎直柱狀；
[0063]取一個(gè)無(wú)規(guī)共聚聚丙烯塑料件，將所述第二模樣的與所述第一模樣拼接的端面通過(guò)粘結(jié)連接與所述無(wú)規(guī)共聚聚丙烯塑料件的一個(gè)端面連接，將所述無(wú)規(guī)共聚聚丙烯塑料件的另一個(gè)端面插入所述型殼的開口中以將所述第二模樣與所述型殼無(wú)縫隙拼接成一體件用于鑄造目標(biāo)球墨鑄鐵件;例如:取一個(gè)無(wú)規(guī)共聚聚丙烯塑料環(huán)，將所述下模樣的上環(huán)狀端面與所述無(wú)規(guī)共聚聚丙烯塑料環(huán)的下環(huán)狀端面粘結(jié)連接，且將無(wú)規(guī)共聚聚丙烯塑料環(huán)的上環(huán)狀端面插入所述型殼的環(huán)狀開口中，且使得所述下模樣的上環(huán)狀端面與所述型殼的下環(huán)狀端面無(wú)縫隙拼接以將所述下模樣與所述型殼拼接成一體用于鑄造上述卷筒；
[0064]將所述第二模樣與所述澆道系統(tǒng)模樣通過(guò)粘結(jié)連接成一體，所述澆道系統(tǒng)模樣粘結(jié)在所述第二模樣的底面上，得到包括所述第二模樣、型殼以及澆道系統(tǒng)模樣的模樣一體件;優(yōu)選的，通過(guò)熱熔膠粘結(jié)連接；
[0065]上述的無(wú)規(guī)共聚聚丙烯塑料為以無(wú)規(guī)共聚聚丙烯為主，添加穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑、增塑劑等制成的塑料。本發(fā)明對(duì)上述無(wú)規(guī)共聚聚丙烯塑料的配方?jīng)]有特殊限制，采用本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的常規(guī)配方即可；
[0066]本發(fā)明采用注塑成型，強(qiáng)調(diào)采用非泡沫成型工藝，成型后得到的模樣比泡沫塑料具有更高的密度與強(qiáng)度，可以承受后面壓實(shí)填砂的過(guò)程中較大的壓實(shí)力，而不至于使得第一模樣、第二模樣以及澆鑄系統(tǒng)模樣出現(xiàn)變形，而泡沫塑料在該壓實(shí)力下很容易變形；
[0067]原本砂型鑄造中，球墨鑄鐵件模樣多采用木模，制好砂型后，還要取出木模，為了取出木模，需要做一些專門的設(shè)計(jì)，例如:砂型至少為兩層以利于后期取出木模，木模需要制作起模斜度以方便后期取出木模，等等，鑄造成型后，還要機(jī)加工去除鑄件上的起模斜度，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，增加了生產(chǎn)成本，降低了生產(chǎn)效率，為此，本發(fā)明采用塑料模樣，由于塑料模樣在接觸到高溫的鐵水的時(shí)候很容易氣化，變成氣體被真空系統(tǒng)抽走，只留下一個(gè)與鑄件結(jié)構(gòu)外形相似的砂型型腔，因此，本發(fā)明中，砂型不用設(shè)置分型面，整個(gè)砂箱是一個(gè)完整的砂箱，也不用設(shè)置起模斜度，也不用設(shè)置對(duì)應(yīng)于球墨鑄鐵件的空心腔處的型芯等等，將上述的模樣一體件直接埋在填砂中就可以，省時(shí)省力，節(jié)省成本，提高了效率；
[0068]原本砂型鑄造中，球墨鑄鐵件的空心腔處需要放置一個(gè)型芯以澆鑄出該空心腔，由于該空心腔內(nèi)徑較小且長(zhǎng)度較長(zhǎng)，使得該型芯的制作、定位安放很不方便，很容易就將該空心腔鑄造失敗，即使采用上述的塑料模樣，此處也需要放置一個(gè)型芯，依然存在上述的問(wèn)題，為此，本發(fā)明進(jìn)一步的，將整個(gè)球墨鑄鐵件模樣在空心腔處分割成兩塊單獨(dú)制作，第二模樣就是上述的將無(wú)規(guī)共聚聚丙烯塑料通過(guò)注塑成型方法制取，第一模樣是先將無(wú)規(guī)共聚聚丙烯塑料通過(guò)注塑成型方法制取，然后再在第一模樣的整個(gè)表面制取型殼，該型殼是個(gè)空心殼，通過(guò)上述的無(wú)規(guī)共聚聚丙烯塑料件將第二模樣與該型殼拼接在一起，澆鑄的時(shí)候，鐵水從下往上充型，先把第二模樣氣化，然后進(jìn)入該型殼中的空心腔中，最終凝固得到目標(biāo)鑄件，如此設(shè)置，就不用再設(shè)置型芯了，就不存在上述的問(wèn)題了。本發(fā)明對(duì)上述型殼的制備原料以及制備方法沒(méi)有特殊限制，采用本領(lǐng)域內(nèi)的常規(guī)原料與方法即可；
[0069]2)取一個(gè)第一箱體，將步驟I)中的模樣一體件以立式放置于所述第一箱體內(nèi)；
[0070]原有砂型鑄造中熔液從上往下充型，而砂型中的氣體從下往上運(yùn)動(dòng)，使得氣體被熔液壓住，不易從砂型逸出的問(wèn)題，造成了砂型鑄造中嚴(yán)重的卷氣與氣孔問(wèn)題，為此，本發(fā)明中，將模樣一體件立式安放在砂型中，且所述澆道系統(tǒng)模樣粘結(jié)在所述第二模樣的底面上，使得鐵水是從下往上充型，模樣一體件是從下往上氣化，氣化后的氣體也是從下往上運(yùn)動(dòng)，三者的方向是一致的，從而避免了上述的卷氣與氣孔問(wèn)題；
[0071]然后在所述模樣一體件的外圍以環(huán)繞所述模樣一體件的方式從上到下鋪設(shè)多個(gè)冷卻盤管，每個(gè)冷卻盤管具有各自獨(dú)立的進(jìn)口與出口，通過(guò)控制多個(gè)冷卻盤管與所述模樣一體件外壁的間距大小控制鐵水的凝固過(guò)程；
[0072]現(xiàn)今的砂型鑄造，鑄件都是自然冷卻，凝固后得到的鑄件組織是什么樣子就是什么樣子，完全沒(méi)有受到有目的控制，是一種完全無(wú)控的冷卻凝固，得到的凝固組織多存在偏析、縮孔、縮松、冷隔、晶粒粗大等缺陷，嚴(yán)重影響了鑄件的力學(xué)性能，為此，本發(fā)明，在砂型中預(yù)先埋入冷卻盤管，通過(guò)控制多個(gè)冷卻盤管與所述模樣一體件外壁的間距大小控制鐵水的凝固過(guò)程，且選擇合適的開始供給冷卻介質(zhì)的時(shí)機(jī)，且控制多個(gè)冷卻盤管中開始供給冷卻介質(zhì)的前后順序，且控制每個(gè)冷卻盤管中相應(yīng)的冷卻介質(zhì)流量與壓力，以實(shí)現(xiàn)對(duì)球墨鑄鐵件進(jìn)行強(qiáng)制冷卻凝固，提高冷卻速速，以抑制晶粒長(zhǎng)大，得到細(xì)化晶粒，通過(guò)細(xì)晶強(qiáng)化顯著地提高了鑄件的強(qiáng)度和韌性等力學(xué)性能，以及實(shí)現(xiàn)從上到下的順序凝固，鑄件的上部先冷卻，然后逐漸向下凝固，然后鑄件的底部凝固，最后是澆鑄系統(tǒng)凝固，顯著減少了原有砂型鑄造中的縮孔、縮松以及冷隔問(wèn)題，提高了鑄件質(zhì)量；由于第一箱體中砂型具有較大的透氣性，塑料氣化后的氣體以及充型過(guò)程中外界進(jìn)入密閉的第一箱體內(nèi)的空氣會(huì)在第一箱體內(nèi)流動(dòng)，作為一種傳熱介質(zhì)，通過(guò)流動(dòng)將充型鐵水的熱量傳遞給冷卻盤管中的冷卻介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)上述冷卻盤管的強(qiáng)制冷卻作用，提高鑄件的組織性能；
[0073]然后設(shè)置上升液管，所述上升液管穿過(guò)且固定在所述第一箱體的下箱底上，所述澆道系統(tǒng)模樣的自由端下端面與所述上升液管的上端開口對(duì)接，且所述澆道系統(tǒng)模樣的自由端下端面完全遮蓋所述上升液管的上端開口，密封所述上升液管與所述第一箱體下箱底的連接處；
[0074]然后設(shè)置真空抽吸管，所述真空抽吸管穿過(guò)且固定在所述第一箱體的側(cè)箱壁上，所述真空抽吸管的一端與所述模樣一體件間隔一定距離，所述真空抽吸管的另一端露在所述第一箱體的外面且與真空系統(tǒng)連通，密封所述真空抽吸管與所述第一箱體側(cè)箱壁的連接處；
[0075]然后向所述第一箱體內(nèi)填砂，然后壓實(shí)，得到砂型;該砂型與傳統(tǒng)砂型鑄造過(guò)程中的砂型的用砂種類、制作方法等等相同，本發(fā)明對(duì)此沒(méi)有特殊限制，采用現(xiàn)有技術(shù)中的即可；
[0076]然后密封整個(gè)所述第一箱體以配合上述的真空系統(tǒng)抽取真空;此處的真空意指整個(gè)第一箱體內(nèi)都是負(fù)壓真空，由于本發(fā)明采用傳統(tǒng)砂型鑄造中的砂型，該砂型具有較高的透氣性，可以使得上述的塑料氣體以及原本的空氣流通，并最終通過(guò)真空抽吸管被真空系統(tǒng)抽走；
[0077]3)冶煉鐵水，然后將鐵水依次經(jīng)過(guò)球化處理、一次孕育處理以及二次孕育處理，得到上述的鐵水，然后將鐵水用開口容器盛裝；
[0078]4)將步驟3)中的開口容器放置在一個(gè)密閉的第二箱體內(nèi)，且使得所述上升液管的下端穿過(guò)所述第二箱體的頂箱蓋浸入所述開口容器中的鐵水中，密封所述上升液管與所述第二箱體的連接處；
[0079]5)向所述第二箱體內(nèi)吹送帶壓氣體，同時(shí)，開啟真空系統(tǒng)制取真空，開口容器內(nèi)的鐵水在帶壓氣體的壓力以及真空的抽吸力的作用下，沿上升液管流動(dòng)進(jìn)入砂型的型腔中，鐵水從下往上充型，先把澆道系統(tǒng)模樣與第二模樣氣化，然后進(jìn)入型殼中的空心腔中，直至開口容器內(nèi)的液面不再下降表明鐵水注滿整個(gè)砂型型腔，氣化后的氣體通過(guò)真空抽吸管被真空系統(tǒng)抽走，然后保持吹送氣體與抽真空，直至砂型型腔內(nèi)的鐵水凝固；
[0080]傳統(tǒng)砂型鑄造中，熔液完全是憑借自身的重力流動(dòng)充型，很容易出現(xiàn)澆不足、冷隔、縮孔、縮松等問(wèn)題，為此，本發(fā)明，采用帶壓氣體的壓力以及真空的抽吸力共同作用將鐵水注滿整個(gè)砂型型腔，并在完全凝固前，保持吹送氣體與抽真空，使得鐵水始終以一個(gè)壓力注滿砂型型腔，并隨之冷卻，顯著地減少了澆不足、冷隔、縮孔、縮松等質(zhì)量問(wèn)題；
[0081]當(dāng)開口容器內(nèi)的液面不再下降后，從上到下依次向每個(gè)冷卻盤管中供給冷卻介質(zhì)以對(duì)球墨鑄鐵件進(jìn)行冷卻凝固以及實(shí)現(xiàn)從上到下的順序凝固，優(yōu)選的，冷卻介質(zhì)為水；
[0082 ]同時(shí)，向砂型型腔中的鐵水施加電磁攪拌；
[0083]此處為電磁攪拌，而非電磁振動(dòng)，電磁攪拌只是攪拌液態(tài)熔液，只對(duì)能夠產(chǎn)生磁性的球墨鑄鐵起作用，電磁攪拌可以打碎樹枝晶、細(xì)化晶粒以及減小偏析等等，而電磁振動(dòng)是對(duì)整個(gè)第一箱體產(chǎn)生作用，顯而易見(jiàn)地，振動(dòng)容易破壞已做好的砂型，且破壞上升液管以及真空抽吸管等與第一箱體的連接處的密封，破壞第一箱體內(nèi)的真空等等；
[0084]6)當(dāng)最下方的冷卻盤管的進(jìn)口處與出口處的冷卻介質(zhì)的溫差小于3 0C后，停止吹送帶壓氣體以及抽真空，然后將所述上升液管從所述第二箱體中抽出，然后拆開所述第一箱體，然后破除砂型，敲掉所述型殼，得到球墨鑄鐵件;然后繼續(xù)后續(xù)的處理，例如熱處理；
[0085]傳統(tǒng)的砂型鑄造中，什么時(shí)候開箱全憑個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，容易判斷失誤，而本發(fā)明以最下方的冷卻盤管的進(jìn)口處與出口處的冷卻介質(zhì)的溫差作為開箱判斷標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)該溫差小于3°C后，表明鑄件的底部的溫度已降至較低，可以開箱，提供了一種從無(wú)到有的、且更為直觀方便的判斷方法。
[0086]以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0087]對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)于這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的，本文所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高性能的球墨鑄鐵，其特征在于，包括以下重量百分比的組分:3.0 %?3.3 %的<:;3.6%?4.0%的51;5〈0.02%;卩〈0.03% ；Mn<0.3% ; 0.02 % ?0.04% 的 Mg; 0.0l % ?0.025%的1^;0.2%?0.3%的]\10;0.12%?0.15%的附；0.003%?0.010%的0&，0.005%?0.010%的Ba，且0.010% < Ca+Ba < 0.020%，Bi < 0.003% ;余量為Fe以及不可避免的雜質(zhì)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球墨鑄鐵，其特征在于，所述Mo的重量百分比為0.22%?0.28%。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球墨鑄鐵，其特征在于，所述Ni的重量百分比為0.125%?0.145%。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球墨鑄鐵，其特征在于，所用球墨鑄鐵的抗拉強(qiáng)度540MPa，屈服強(qiáng)度σο.2 2 400MPa，延伸率δ > 14%。5.—種權(quán)利要求1?4任意一項(xiàng)所述的球墨鑄鐵的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)制取目標(biāo)球墨鑄鐵件的模樣: 當(dāng)所述球墨鑄鐵件包括內(nèi)徑小于等于3cm且長(zhǎng)度大于等于1cm的空心腔結(jié)構(gòu)時(shí)，所述球墨鑄鐵件模樣包括第一模樣與第二模樣，所述第一模樣與所述第二模樣的粘結(jié)拼接面重合于所述球墨鑄鐵件中的空心腔結(jié)構(gòu)與其余非空心腔部位的分界面； 將無(wú)規(guī)共聚聚丙烯塑料通過(guò)注塑成型方法制取所述第二模樣； 將無(wú)規(guī)共聚聚丙烯塑料通過(guò)注塑成型方法制取所述第一模樣，然后將所述第一模樣的除了與所述第二模樣拼接的端面之外的表面浸漬涂料，然后撒砂，然后燒結(jié)，在燒結(jié)的過(guò)程中所述第一模樣氣化失模，得到所述第一模樣的型殼，所述型殼的用于與所述第二模樣拼接的開口為用于使得鐵水流入的開口 ； 將無(wú)規(guī)共聚聚丙烯塑料通過(guò)注塑成型方法制取澆道系統(tǒng)模樣； 取一個(gè)無(wú)規(guī)共聚聚丙烯塑料件，將所述第二模樣的與所述第一模樣拼接的端面通過(guò)粘結(jié)連接與所述無(wú)規(guī)共聚聚丙烯塑料件的一個(gè)端面連接，將所述無(wú)規(guī)共聚聚丙烯塑料件的另一個(gè)端面插入所述型殼的開口中以將所述第二模樣與所述型殼無(wú)縫隙拼接成一體件用于鑄造目標(biāo)球墨鑄鐵件； 將所述第二模樣與所述澆道系統(tǒng)模樣通過(guò)粘結(jié)連接成一體，所述澆道系統(tǒng)模樣粘結(jié)在所述第二模樣的底面上，得到包括所述第二模樣、型殼以及澆道系統(tǒng)模樣的模樣一體件； 2)取一個(gè)第一箱體，將步驟I)中的模樣一體件以立式放置于所述第一箱體內(nèi)； 然后在所述模樣一體件的外圍以環(huán)繞所述模樣一體件的方式從上到下鋪設(shè)多個(gè)冷卻盤管，每個(gè)冷卻盤管具有各自獨(dú)立的進(jìn)口與出口，通過(guò)控制多個(gè)冷卻盤管與所述模樣一體件外壁的間距大小控制鐵水的凝固過(guò)程； 然后設(shè)置上升液管，所述上升液管穿過(guò)且固定在所述第一箱體的下箱底上，所述澆道系統(tǒng)模樣的自由端下端面與所述上升液管的上端開口對(duì)接，且所述澆道系統(tǒng)模樣的自由端下端面完全遮蓋所述上升液管的上端開口，密封所述上升液管與所述第一箱體下箱底的連接處；然后設(shè)置真空抽吸管，所述真空抽吸管穿過(guò)且固定在所述第一箱體的側(cè)箱壁上，所述真空抽吸管的一端與所述模樣一體件間隔一定距離，所述真空抽吸管的另一端露在所述第一箱體的外面且與真空系統(tǒng)連通，密封所述真空抽吸管與所述第一箱體側(cè)箱壁的連接處； 然后向所述第一箱體內(nèi)填砂，然后壓實(shí)，得到砂型； 然后密封整個(gè)所述第一箱體； 3)冶煉鐵水，然后將鐵水依次經(jīng)過(guò)球化處理、一次孕育處理以及二次孕育處理，得到權(quán)利要求I?4任意一項(xiàng)所述的鐵水，然后將鐵水用開口容器盛裝； 4)將步驟3)中的開口容器放置在一個(gè)密閉的第二箱體內(nèi)，且使得所述上升液管的下端穿過(guò)所述第二箱體的頂箱蓋浸入所述開口容器中的鐵水中，密封所述上升液管與所述第二箱體的連接處； 5)向所述第二箱體內(nèi)吹送帶壓氣體，同時(shí)，開啟真空系統(tǒng)制取真空，開口容器內(nèi)的鐵水在帶壓氣體的壓力以及真空的抽吸力的作用下，沿上升液管流動(dòng)進(jìn)入砂型的型腔中，鐵水從下往上充型，先把澆道系統(tǒng)模樣與第二模樣氣化，然后進(jìn)入型殼中的空心腔中，直至開口容器內(nèi)的液面不再下降表明鐵水注滿整個(gè)砂型型腔，氣化后的氣體通過(guò)真空抽吸管被真空系統(tǒng)抽走，然后保持吹送氣體與抽真空，直至砂型型腔內(nèi)的鐵水凝固； 當(dāng)開口容器內(nèi)的液面不再下降后，從上到下依次向每個(gè)冷卻盤管中供給冷卻介質(zhì)以對(duì)球墨鑄鐵件進(jìn)行冷卻凝固以及實(shí)現(xiàn)從上到下的順序凝固，同時(shí)，向砂型型腔中的鐵水施加電磁攪拌； 6)當(dāng)最下方的冷卻盤管的進(jìn)口處與出口處的冷卻介質(zhì)的溫差小于3°C后，停止吹送帶壓氣體以及抽真空，然后將所述上升液管從所述第二箱體中抽出，然后拆開所述第一箱體，然后破除砂型，敲掉所述型殼，得到球墨鑄鐵件。
【文檔編號(hào)】C22C37/04GK105821287SQ201610355970
【公開日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年5月26日
【發(fā)明人】劉憲民, 劉明亮, 劉慶坤, 周長(zhǎng)猛, 鞏傳海, 張永, 牛向明
【申請(qǐng)人】山東匯豐鑄造科技股份有限公司