一种高速电梯用钒钛合金减磨铸铁绳轮及其生产工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电梯铸件制造领域，具体涉及一种高速电梯用钒钛合金减磨铸铁绳轮 及其生产工艺。
【背景技术】
[0002] 随着城市的发展，城市人口分布也越来越密集，高层建筑如雨后春笋般争相涌 现，而做为垂直交通工具的电梯不仅是人们代步的工具，同时也是人类物质文明的一种标 志。从世界各大城市的电梯平均每年运行次数看，香港已达50万次，纽约43万次，新加 坡35万次，悉尼25万次，伦敦22万次。可见在城市化水平越高，高层、超高层建筑分布 越稠密的地区，电梯的使用频率越高。目前，许多国家计划在最近建造超高层建筑，即指 100层（高450m)左右，甚至是500m以上的高楼。随着超高层建筑的增多，对电梯各种性 能，特别是对其速度、容量等提出了更高的要求。而作为高速电梯的主要承载部位反绳轮 的材质和性能要求更为凸显。
[0003] 电梯绳轮要承受轿厢、载重量、对重等装置的全部动静载荷，因此要求绳轮强度 大、韧性好、耐磨损、耐冲击，而在电梯铸铁零部件中选用最多的基本就是灰铸铁，灰铸铁生 产工艺简单，铸造性能优良，在生产中应用最为广泛，约占铸铁总量的80%。灰铸铁组织相当 于在钢的基体上分布着片状石墨，其基体的强度和硬度不低于相应的钢，但由于石墨的存 在使灰铸铁的抗拉强度、塑性及韧性都明显低于碳钢。石墨片的数量越多、分布越不均匀， 对基体的割裂作用越严重，但是石墨片很细，尤其相互连接时，也会使承载面积显著下降。 同时，由于石墨的存在，使灰铸铁的铸造性能、减摩性、减振性和切削加工性都高于碳钢，缺 口敏感性也较低。另外，灰铸铁还有一个特性，就是其强度与铸件的壁厚有关，铸件壁厚增 加则强度降低，这主要是由于壁厚增加使冷却速度降低，造成铸件性能质量的降低。因此， 灰铸铁材料的力学性能不光取决于铸造工艺，还与铸件的尺寸有很大的关系。例如，灰铸铁 HT300铸件壁厚为10~20mm时，其最低抗拉强度为290MPa，而当其壁厚达30~50mm时，最低 抗拉强度降到230MPa。电梯反绳轮的直径一般在320-640mm之间，而一般来说，直径越大的 反绳轮，轮缘壁厚越大，所承载的轿厢重量也越大，这与灰铁材料所特有的力学性能是不匹 配的。因此在电梯部件中垂直受拉或侧向受拉则不适合采用灰铁材料的绳轮。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术中灰铁作为电梯绳轮材料在使用时存在的技术 问题，提供一种高速电梯用钒钛合金减磨铸铁绳轮及其生产工艺，该绳轮耐磨时间是灰铸 铁HT300的2. 5倍左右，显著提高了铸铁的硬度、强度、耐磨度、延展性、抗腐蚀性及稳定性， 改善铸铁的切削性能，打破现在高速减磨电梯绳轮全部依靠进口的局面，使进口高端、铸件 国产化。
[0005] 技术方案：一种高速电梯用钒钛合金减磨铸铁绳轮，该绳轮由以下重量百分比的 组分制成：C :3. 1% ~3. 4%，Si :1. 4% ~1. 8%，Mn :0? 5% ~0? 8%，Ti :0? 05% ~0? 15%，V : 0? 20%~0? 30%，Cu :0? 2%~0? 4%，P :0? 01%~0? 025%，Sb :0? 01%~0? 05%，S :0? 01 ~0? 05%， 余量为Fe。
[0006] 基于上述技术方案，所述绳轮由以下重量百分比的组分制成：C:3. 2%，Si :1. 6%， Mn :0? 7%，Ti :0? 10%，V :0? 25%，Cu :0? 3%，P :0? 02%，Sb :0? 03%，S :0? 04%，余量为 Fe。
[0007] -种如权利要求1所述的f凡钛合金减磨铸铁绳轮生产工艺，该工艺包括以下步 骤： 步骤1 :采用铁型覆膜砂制作型砂：选用覆膜砂型号为：粒度为70~140目占比50~ 60%，粒度为50~100目占比35%~55%，中强度3. 0以上，覆膜厚度为8~12mm，在铁型覆 膜砂制作模板上设置排气处理结构，发气量< 15 ; 步骤2 :饶注液的制作：首先，准备原材料：fji钦生铁，低碳废钢，f凡铁，娃铁，钦铁，猛 铁，铜，锑以及复合孕育剂， 然后，熔炼：将钒钛生铁、低碳废钢加入中频电炉中，所述中频电炉额定功率为1800~ 2200KW，熔化率3. 2~3. 4t/h，冶炼状态为550k~565Kw. h/t，熔炼1~2小时，待炉料 完全熔化，温度达到1450°C~1480°C时，对其取样，用光谱分析仪快速检测其化学成分；根 据检测结果，保证C按重量百分比占总组分的3. 1%~3. 4%，调整并加入钒铁调整合金元素 V，使V保持在总组分的0. 20%~0. 30%，调整并加入钛铁调整合金元素Ti，使Ti保持在总 组分的0. 05%~0. 15%，调整并加入锰铁调整合金元素M n，使M n保持在总组分的0. 5%~ 0. 8%，调整并加入铜调整合金元素Cu，使Cu保持在总组分的0. 2%~0. 4%，调整并加入铺调 整合金元素Sb，使Sb保持在总组分的0. 01%~0. 05% ;继续升温至1550°C~1580°C，出炉， 将铁液放入吊包内，在吊包内调整元素S i、P，使其占总组分的量为：S i:1.4%~1.6%， P :0? 01% ~0? 025%，余量为 Fe， 最后，在吊包内放入占铁液总量0. 2%~0. 3%的硅铁对铁水进行第一次孕育处理，并加 入占铁液总量0. 1%~0. 2%的球化剂，使铁水球化、孕育处理后形成浇注液； 步骤3 :浇注：吊包内铁液液面低于包口 28~32mm时开始倒包，即将步骤二制作的 浇注液浇注到步骤一中的铁型覆膜型砂中，在浇注过程中整包铁水的浇注时间控制在6~ 12min完成，并在浇注时随流加入占浇注液总量的0. 05~0. 15%的钙、钡复合孕育剂，浇注 结束后，合箱，根据绳轮壁厚大小控制在15~20min后开箱，然后扒件、冷却、清理、打磨后 即得电梯绳轮铸件。
[0008] 基于上述技术方案，所述排气处理结构为：在铁型覆膜砂制作模板上四周做出若 干个排气槽，使模板和铁型形成间隙排出余气。
[0009] 基于上述技术方案，所述排气处理结构为：在铁型覆膜砂制作模板上上下平面加 排气销，使浇注过程中产生的气体排出型腔。
[0010] 基于上述技术方案，所述步骤2中调整后的原料组分为：C :3. 2%，Si :1. 6%，Mn : 0? 7%，Ti :0? 10%，V :0? 25%，Cu :0? 3%，P :0? 02%，Sb :0? 03%，S :0? 04%，余量为 Fe。
[0011] 基于上述技术方案，所述球化剂为低牌号球化剂：FeSiMg8Rt3。
[0012] 基于上述技术方案，所述步骤一中向铁型覆膜砂制作模板型腔内射砂方法为：采 用0. 4MPa低压压缩空气将流态覆膜砂吹入型腔，射砂时间为1~2s。
[0013] 上述技术方案分析如下：钒和钛是强碳化物形成元素，与碳形成钒、钛碳化物，在 凝固时，这些碳化物作为共晶碳化物的结晶核心，细化碳化物，改善碳化物的分布和形态， 凝固时形成的钒、钛碳化物在随后的热处理过程中易于从基体中脱溶析出，形成弥散分布 的颗粒状碳化物，对提高铸铁硬度有利，其中钛铁用作合金剂，加入铸铁后可增大铸铁的强 度、抗腐蚀性和稳定性。而锑主要增加其硬度。钒钛合金铸铁的耐磨时间是灰铸铁HT300的 2. 5倍。钒钛合金铸铁绳轮采用覆膜砂铁型铸造工艺，由于覆砂铁型刚度较高，冷却速度快， 有利于利用球铁凝固时的石墨化膨胀进行自补缩，防止缩松缺陷，能够获得致密的组织，还 具有金属型铸造的特点，铁的铸型在金属液结晶过程中有明显的冷激作用，可使铸件晶粒 度细化，从而提高了铸件的综合强度，同时又由于有砂胎的存在避免了金属型铸造的短处， 铸件不会产生白口，对铸铁件而言，可铸态生产各种材质，无需热处理。采用覆膜砂铁型铸 造工艺、结合添加钒、钛金属元素的原料，出品率比常规的砂型铸造高出30%以上。
[0014] 本发