固溶强化铁素体球铁飞轮的制造方法与流程

本发明涉及一种飞轮的制造方法，特别是一种固溶强化铁素体球铁飞轮的制造方法。

背景技术：

在汽车的发动机和变速箱之间安装有离合器，它承担着发动机和传动系统之间切断及传递动力的工作。通过操纵离合器可以实现发动机和传动系的分离和结合，从而切断和传递发动机向传动系的动力，有了它，可以实现汽车的平稳起步，便于换挡和减少换挡的冲击，紧急制动时，能起到分离作用防止传动系统过载。离合器总成安装在飞轮的平面上，离合器工作时的不联动、半联动和全联动各种状态切换，就是靠离合器总成上的压盘和飞轮摩擦面之间分离、半贴合及和完全贴合来实现的。由于飞轮频繁与离合器压盘接触摩擦，飞轮的摩擦面极易出现不平、凹痕等异常磨损而造成飞轮失效。经分析，飞轮摩擦面硬度低是造成飞轮失效的的主要原因之一。目前，生产飞轮的材质主要有灰铸铁和球墨铸铁两种材质。由于球墨铸铁比灰铸铁有更高的塑韧性，可吸收的能量大，不易形成裂纹和疲劳剥落，因此，在商用车及工程车方面，飞轮大多采用球墨铸铁材质，QT500-7和QT600-3则是最常选用的两个牌号。但传统工艺生产的球墨铸铁QT500-7和QT600-3材质的金相是含有珠光体和铁素体的混合基体组织，其中的珠光体组织有较大的缩松倾向，严重影响飞轮产品的致密度及其动平衡性能。

技术实现要素：

本发明是为了解决现有技术所存在的上述不足，提出一种可获得内部的组织更致密，成品率更高，各部位的硬度更趋于均匀，具有较高耐磨性的飞轮的方法。

本发明的技术解决方案是：一种固溶强化铁素体球铁飞轮的制造方法，其特征在于：所述的方法包括以下四个步骤：砂型制造、铁水熔炼和球化处理、浇注、开箱，

在砂型制造步骤中，采用潮模砂机器造型，型砂材料的质量百分配比为：新砂2%～5%，旧砂95%～98%，混配土：总砂量的0.2%～0.5%，膨润土：总砂量的0.2%～0.5%，且砂型硬度≥85GF，

在铁水熔炼和球化处理步骤中，采用中频感应电炉熔炼铁水，炉内炉料熔清后取试样，用直读光谱仪检测其化学成分并进行调整，然后对炉内铁水进行扒渣和精炼，并再次取试样检测其化学成分并进行确认，直至炉内铁水的化学成分的质量百分比达到以下工艺要求：

C：2.8～3.4，Si：2.6～3.1；Mn＜0.7，P＜0.07，S≤0.020，

然后将铁水倒入铁水包中，采用堤坝式浇包冲入法在铁水包中对铁水进行球化处理，先将球化剂放于浇包底部的堤坝一侧，在球化剂上覆盖孕育剂，这时覆盖的孕育剂为孕育剂总量的50%，然后在孕育剂上面再覆盖铁屑，出铁时，铁水出在未装球化剂堤坝的一侧，防止铁水直接冲在加料侧造成球化剂烧损严重从而影响球化效果，剩余的50%孕育剂在出铁时加到铁水流上，在上述过程中，所加入的球化剂的量为出铁水总质量的1.0～1.2%，所加入的孕育剂的量为除铁水总质量的0.8-1.2%，球化处理的温度为1470～1500℃，

经球化处理后铁水的化学成分的质量百分比为：

C：2.8～3.4，Si：3.6～4.3；Mn＜0.7，P＜0.07，S≤0.020，Mg:0.03～0.06，

在浇注步骤中，浇注温度为1350～1420℃，且从从球化处理完成到浇注完成需控制在10分钟内，将铁水浇入型腔的过程中，在铁水流上加入粒度为0.2～1mm的硅铁粉末作为随流孕育剂，随流孕育剂的加入量为每箱产品所需铁水重量的0.1%～0.2%，

所述的浇注步骤完成后，等待至少2个小时后进行开箱步骤。

本发明同现有技术相比，具有如下优点：

利用本方法所获得的飞轮，其产品内部的组织更致密，成品率更高，总体废品率可控制在5%以下；其显微组织全部为铁素体，因此，产品各部位的硬度更趋于均匀，加工时，更利于保证加工精度，减少刀具的磨损；由于采用了硅固溶强化工艺，因此飞轮的硬度比传统的QT500-7材料的硬度有所提高，加工后产品的表面粗糙度值变小，在一定程度上也提高了飞轮摩擦面的耐磨性，提高了飞轮的使用寿命；而在材料性能相当的情况下，本方法的生产成本可比传统QT600-3工艺生产的飞轮吨成本降低300元以上；综上所述，采用本发明的的制造方法所生产出来的飞轮，具有多种优点，特别适合于在本领域中推广应用，其市场前景十分广阔。

附图说明

图1为利用本发明实施例的方法所生产出的飞轮的金相组织图——石墨球化率为85%的石墨形态图片。

图2为用硝酸酒精溶液腐蚀后的石墨形态和基体组织图片，铁素体含量为100%。

具体实施方式

下面将说明本发明的具体实施方式：

一种固溶强化铁素体球铁飞轮的制造方法，包括以下四个步骤：砂型制造、铁水熔炼和球化处理、浇注、开箱，

在砂型制造步骤中，采用潮模砂机器造型，型砂材料的质量百分配比为：新砂2%～5%，旧砂95%～98%，混配土：总砂量的0.2%～0.5%，膨润土：总砂量的0.2%～0.5%，且砂型硬度≥85GF，

在铁水熔炼和球化处理步骤中，采用中频感应电炉熔炼铁水，炉内炉料熔清后取试样，用直读光谱仪检测其化学成分并进行调整，然后对炉内铁水进行扒渣和精炼，并再次取试样检测其化学成分并进行确认，直至炉内铁水的化学成分的质量百分比达到以下工艺要求：

C：2.8～3.4，Si：2.6～3.1；Mn＜0.7，P＜0.07，S≤0.020，

然后将铁水倒入铁水包中，采用堤坝式浇包冲入法在铁水包中对铁水进行球化处理，先将球化剂放于浇包底部的堤坝一侧，在球化剂上覆盖孕育剂，这时覆盖的孕育剂为孕育剂总量的50%，然后在孕育剂上面再覆盖铁屑，出铁时，铁水出在未装球化剂堤坝的一侧，防止铁水直接冲在加料侧造成球化剂烧损严重从而影响球化效果，剩余的50%孕育剂在出铁时加到铁水流上，在上述过程中，所加入的球化剂的量为出铁水总质量的1.0～1.2%，所加入的孕育剂的量为除铁水总质量的0.8-1.2%，球化处理的温度为1470～1500℃，

经球化处理后铁水的化学成分的质量百分比为：

C：2.8～3.4，Si：3.6～4.3；Mn＜0.7，P＜0.07，S≤0.020，Mg:0.03～0.06，

在浇注步骤中，浇注温度为1350～1420℃，且从从球化处理完成到浇注完成需控制在10分钟内，将铁水浇入型腔的过程中，在铁水流上加入粒度为0.2～1mm的硅铁粉末作为随流孕育剂，随流孕育剂的加入量为每箱产品所需铁水重量的0.1%～0.2%，

所述的浇注步骤完成后，等待至少2个小时后进行开箱步骤。

实施例：

砂型制造：

采用潮模砂机器进行造型，型砂材料工艺配比为：新砂3%；旧砂97%；混配土：总砂量的0.3%；膨润土：总砂量的0.5%，最终获得的砂型的硬度为87GF。

铁水熔炼和球化处理：

采用3吨的中频感应电炉来熔炼铁水，炉内炉料熔清后取试样，用直读光谱仪检测其化学成分并进行调整，然后对炉内铁水进行扒渣和精炼，并再次取试样检测其化学成分并进行确认，直至炉内铁水的化学成分的质量百分比达到以下工艺要求：

C：3.13，Si：2.82；Mn：0.27，P：0.038，S：0.017，

利用电子吊钩秤控制出铁水量，铁水量控制在1000±20kg，需要加入的球化剂为12kg，需要加入的孕育剂的总量为10kg，先将所有的球化剂放于浇包底部的堤坝一侧，然后在球化剂上覆盖5kg的孕育剂，在孕育剂上面再覆盖5kg的铁屑，出铁时，铁水出在未装球化剂堤坝的一侧，防止铁水直接冲在加料侧造成球化剂烧损严重从而影响球化效果，剩余的5kg孕育剂在出铁时采用随流孕育的方式加到铁水流中，球化处理的温度为1485℃，

在上述步骤中，球化剂中的Mg的含量为7.02%，孕育剂中Si的含量为72.5%。

铁水出到浇包球化后扒净表面浮渣，然后取样并用直读光谱仪检测化学成分，检测结果如下：

C：2.96，Si：3.93；Mn：0.27，P：0.038，S：0.012，Mg:0.045，

浇注：

浇注温度为为首箱1407℃；末箱1356℃，同时浇注用于检验材料性能的炉前试块。

浇注时间：从球化处理完毕到末箱浇注完成的时间为8.5分钟。

浇注孕育：将铁水浇入型腔时，在铁水流上加入粒度为0.2～1mm的硅铁粉末作随流孕育剂使用，随流孕育剂的加入量为每箱产品所需铁水重量的0.1%～0.2%，这样可以细化基体组织；如按照上述方法获得1吨的铁水，每箱产品如要100kg的铁水，共十箱，这样在浇入型腔时所加入的随流孕育剂的量为1-2kg。

开箱

飞轮在砂箱内的冷却时间为2.5小时，然后开箱对浇注件进行浇注系统的清理。

产品检验

取与产品同包浇注的炉前试块，进行材料性能检测：

机械性能：抗拉强度615MPa，延伸率11%，硬度207HB。

金相组织：图1为石墨形态图片，石墨球化率为85%；图2是用硝酸酒精溶液腐蚀后的石墨形态和基体组织图片，铁素体含量为100%。