一种低应力铸铁件铸造工艺方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种低应力铸铁件铸造工艺方法，尤其涉及一种机床产品通用低应力 铸铁件的铸造工艺，属于铸铁件铸造工艺技术领域。
【背景技术】
[0002] 目前，铸铁作为主要结构材料在机床行业中占有很大的份额，铸铁重量约占机床 产品重量的70%左右。现代机床向高负荷、高效率、高精度方向发展，这就要求铸铁材料具 有强度高、刚度大、尺寸精度稳定。
[0003] 由于铸件壁厚差较大，铸件硬度不均匀，断面敏感性强，铸件内应力较大，造成机 加工后易变形，铸件的稳定性差，要通过一次或几次人工失效来解决机加工后变形问题，增 加了生产成本，降低了生产效率。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于：提供一种低应力铸铁件铸造工艺方法，解决现有铸件内应力 较大，造成机加工后易变形以及铸件稳定性差的技术问题，从而能有效的解决上述现有技 术中存在的问题。
[0005] 本发明目的：为了使铸件在凝固过程中组织更加均匀，减少厚薄断面硬度差，得到 组织应力和收缩应力都较小的铸铁材料，提供一种低应力铸铁件铸造工艺方法，其包括如 下工艺步骤：
[0006] 第一步，化学成分的选取：选取化学成份质量分数si/c = 0. 6~0. 8、CE = 3. 6%~3. 85%的灰铸铁；
[0007] 第二步，孕育处理：孕育剂为75SiFe，孕育量为0. 5%~0. 7%;孕育剂采用冲入法 和铁水槽孕育相结合的方式；
[0008] 第三步，打箱处理：打箱时间根据铸件重量及壁厚而定，打箱温度为350°C~ 450。。。
[0009] 作为一种优选方式，在第一步中，低牌号的灰铸铁选取上限，高牌号的灰铸铁选取 下限。
[0010] 作为一种优选方式，所述低牌号的灰铸铁为灰铸铁的牌号小于或者等于HT200,高 牌号的灰铸铁为灰铸铁的牌号大于或者等于HT300。
[0011] 作为一种优选方式，低牌号的灰铸铁包括HT150, HT200,高牌号的灰铸铁包括 HT300, HT350。
[0012] 作为一种优选方式，在第一步中，灰铸铁的化学成分包括高牌号灰铸铁和低牌 号灰铸铁，其中：高牌号灰铸铁为HT300以上材质，材料：C2. 8%~2. 99%、Si 1.85%~ 2. 05%、Mn0. 8%~1.1%、P彡0.1%、S彡0.1% ;低牌号灰铸铁为HT200以下材质，材料： C3. 2%~3. 4%、Si2. 1%~2. 3%、MnO. 55%~0? 8%、P 彡 0? 15%、S 彡 0? 1% ;中间牌号 灰铸铁材质选择化学成分中间值。
[0013] 作为一种优选方式，在第一步的化学成分选取中加入CrO. 2 %~0. 4 %、 CuO. 1 %~0. 30,进行合金化处理。
[0014] 与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明所述铸铁工艺生产出来的铸铁件其 力学性能、机械加工性能良好，硬度均匀，在合理的保温时间打箱的铸件，可以取消人工失 效的工艺，缩短了生产周期，降低了生产成本。
【附图说明】
[0015] 图1是本发明不同Si/C随CE变化曲线。
[0016] 图 1 中：Si/c = 0? 4 ~0? 55 为曲线 I ;Si/c = 0? 6 ~0? 85 为曲线 II ;Si/c = 0? 86 ~1. 1 曲线III。
[0017] 图2是本发明不同Si/CHB随CE变化曲线。
[0018] 图3是合金化对高Si/C对6 b的影响。
【具体实施方式】
[0019] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明 进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于 限定本发明。
[0020] 本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了相互排斥 的特质和/或步骤以外，均可以以任何方式组合，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类 似目的的替代特征加以替换，即，除非特别叙述，每个特征之一系列等效或类似特征中的一 个实施例而已。
[0021] 一 ?低应力铸件的试验方法：
[0022] 熔炼设备2500kg中频感应电炉、10吨冲天炉。试棒为单铸（i>30mm和（i>30mm、 伞50mm、巾90mm、巾120mm的组棒，应力框均米用树脂砂造型，每一试验炉号所有试样均为同 包铁水浇注，铁水的出炉温度大于1430°C，浇注温度为1350°C~1380°C。
[0023] 试验方案：化学成份质量分数选取：C 2. 85% ±0. 1%，C 3. % ±0. 1%，C3. 2% ±0. 1%，Sil. 6%~1. 8%，Si 1. 8%~2. 0%，Si 2. 0%~2. 2%，Mn 0? 8%~1. 0%。采 用正交试验法，得出不同成份组合的铸铁试件，测其不同Si/C比，对材料性能和金相组织 的影响，以及合金化处理对力学性能和组织的影响。
[0024] 从图1-3可以看出如下结果：
[0025] ①无论Si/C多少，抗拉强度和硬度随CE量的增加而下降，Si/C越高，其下降幅度 越大。
[0026] ②在CE量相同或相近的情况下，抗检强度随Si/C比提高而增加。Si/C比为0.6~ 0.85铸铁强度稳定，可以达到HT300以上性能。在相同的CE量下，高Si/C铸铁强度高于普 通低Si/C比铸铁lOMpa~30Mpa。
[0027] ③采用高Si/C比，虽然CE量和Si量高于以往，但硬度并未降低，而且有所增加， 提高 5-20HB。
[0028] ④在尚Si/C铸铁中加入稳定珠光体兀素Cr后，强度和硬度均有所提尚，强度提尚 15Mpa ~30Mpa，硬度提高 5-20HB。
[0029] ⑤金相组织中基体增多，石墨量减少，石墨呈过冷状态，端部较钝。在一定的CE量 下，适当提尚Si/C比，使Si含量提尚，C含量减少，从而扩大了铸铁的共晶范围，在结晶过 程中析出较多的奥氏体和较少的石墨。铸铁组织中基体量增加，石墨量减少，同时Si强化 了珠光体中的铁素体，适当加入Cr后，稳定基体中珠光体，细化珠光体片间距，同时也细化 了石墨，使铸铁硬度提尚。
[0030] 二、断面敏感性分析：
[0031] 由于铸件，特别是机床导轨类铸铁件的壁厚相差悬殊大，灰铸铁因壁厚不同，冷却 速度不同，厚壁处性能降低。研究铸铁断面敏感性对壁厚差较大的机床导轨类铸件有着重 要的意义。壁厚对铸铁组织和性能的影响，试验选择一组巾30mm、巾50mm、巾90mm、巾120mm 试棒，不同成份铁水，试验结果见表1。
[0032] 表1为不同壁厚HB6b
[0033]
[0034] 由表1可得出下列结果：
[0035] ①高Si/C成分选择适当，断面敏感性很小：巾30mm~巾120mm断面最大硬度差为 39HB，强度差为94Mpa，而低Si/C比铸铁断面敏感性很大：巾30mm~巾120mm间最大硬度差 为53HB，强度差为121Mpa。
[0036] ②对硬度、强度有较高要求的厚大断面铸件，即使CE量选择合适，也要对铸铁进 行合金化，加入稳定珠光体合金元素，避免出现较多的游离铁素体。
[0037] 对铸铁断面敏感性影响最大的是含C量，含C量低有利于减少断面敏感性的不利 影响。Si量较高可使薄壁处充分石墨化，减少白口倾向，并且固溶铁素体的Si可强化珠光 体，从而保证了厚大断面具有较高强度和硬度。因此，高Si/C铸铁比普通低Si/C铸铁的组 织更均匀，断面敏感性也小。
[0038] 三、铸件残余应力分析：
[0039] 铸件的应力包括热应力、组织应力及机械阻碍应力。铸件在打箱清理后机械应力 就消除了，而热应力和组织应力则不同程度保留在铸件内，成为残余应力，当残余应力大于 强度极限时，铸件就产生裂纹。残余应力在铸件自然松驰过程中，会使铸件慢慢变形，影响 零件或机床的精度。采用图1中应力框进行实验。试验高Si/C比与普通灰铸铁的残余应 力的数据见表2。
[0040] 表2为应力框变形量测试表：
[0041 ]
[0042] 其中：编号1~3为普通铸铁，编号4~6是低应力铸件，从应力框残余应力变量 看出，变形量越小，应力越低。Si/C比越大，应力越低，低应力铸铁选择高Si/C比。
[0043] 四、铁水白口倾向检查：
[0044] 在试验中浇注树脂砂三角试片看白口数量。高Si/C比铸铁白口倾向低于普通Si/ C比铸铁。生产HT300牌号铸件用Si/C比0. 45~0. 55铸铁件时，白口深度常控制在10~ 15mm，而用高Si/C铸件时，白口深度只有3mm~8mm。过去5mm铸件披缝为白口铁，现在3mm 披缝全为灰口。
[0045] 结合上面的研发过程，得出本发明所述低应力铸铁件铸造工艺方法，其包括如下 工艺步骤：
[0046] 第一步，化学成分的选取：选取化学成份质量分数si/c = 0. 6~0. 8、碳当量CE =3. 6%~3. 85%的灰铸铁；灰铸铁的化学成分包括各种牌号灰铸铁，其中：高牌号灰铸 铁为 HT300 以上材质，材料：C2.8%~2.99%、Si 1.85%~2.05%、Mn0.8%~1. 1%、