专利名称：利用球墨铸铁整体铸造大型v型柴油机机体的方法
技术领域：
本发明属于大型柴油机整铸机体的生产方法技术领域，具体涉及一种利用球墨铸铁制造25t以上V型柴油机机体的整体铸造方法。
背景技术：
大型柴油机主要应用于船舶行业的船舶推进动力装置和船舶电站。目前我国已成为名副其实的船舶工业大国，随着全球贸易一体化的进一步深入，未来船舶航运业将会继续快速发展，并带动船舶工业及其配套产品的飞跃发展。为此配套的船舶工业配套设备的需求也持续旺盛。配套设备中，关键部件-柴油机发动机的价值约占整船价值的13% 20%，因此市场潜力十分巨大。
随着社会经济的不断发展，船用发动机的功率越来越大，大型柴油机体需求量急剧增加。虽然柴油机市场需求旺盛，但是由于开发生产大型柴油机机体技术难度大、设备要求高、风险系数高，因此许多铸造厂无能力生产20t以上的大型发动机机体。尽管我国已经形成了一定的生产能力，但是，在发动机机体类型上，V型机体是一种发展趋势，每吨的铸铁机体，V型的机体比直排的能多配置50%的缸体，这样既节约成本，也能大大提高发动机效率，但V型机体特别是20吨以上的发动机机体在国内鲜有厂家尝试自主研制。目前，国内大多数柴油机机体采用的是铸钢，钢板的铸焊结构，这种铸造方法有以下不足:在技术性能方面具有较差的工作稳定性、减振性，铸件的组织连续性差、有裂纹倾向，综合性能差；在生产方面，制造周期长，生产工序多，并且要进行主轴承座和机体钢板焊接件的一次加工、焊接以及相应的生产工序。此外，铸件表面质量差，加工余量大。从大型柴油机技术的发展来看，球墨铸铁整铸技术已经成为柴油机技术发展的新技术和新趋势，并将逐步实现各种各样的多功能一体化柴油机机体设计。经过科学论证，球墨铸铁整体铸造机体不但消除了以上铸钢、钢板的铸焊结构的不足，还直接省去主轴承座和机体钢板焊接件的一次加工、焊接以及相应的生产作业面积，因此可以大幅度降低生产总成本，提高经济效益。从大功率柴油机技术发展来看，已将球墨铸铁整铸机体定为一项柴油机技术发展的新技术，并逐步实现了各种各样的多功能一体化柴油机机体设计。与此同时，通过计算机力学和材料力学辅助设计已使整铸机体达到优良合理的力学结构，最大限度减轻重量，从而使柴油机的纵向、横向稳定性大幅度提高，柴油机总重量下降到轴重以下的合理重量。因此球磨铸铁整铸机体作为新型大功率柴油机机体，优势众多，技术、经济意义重大。所以，掌握20t以上的V型柴油机机体的生产技术势在必行。掌握该技术不仅可以促进大型柴油机的国产化，弥补国内大型柴油机整机铸造生产的空白；而且能够为将来国产化生产更大型的系列柴油机打下坚实的基础和提供宝贵的经验。同时柴油机的生产、加工、装配是一个复杂且庞大的工程，不仅能创造大量的就业，更能转化为具有我国自主知识产权的技术成果。最终通过将本项目研究成果产业化，将奠定企业在发电、船舶领域、新产品开发以及海内外市场开拓等方面的坚实基础，打开国外发动机市场，出售中国制造的发动机。
发明内容
本发明的目的是针对目前现有技术存在的问题，提供一种利用球墨铸铁制造25t以上大型柴油机V型机体的整体铸造方法。利用球墨铸铁整体铸造25吨以上的大型柴油机V型机体的方法，包括以下步骤:Al，将按重量百分比计含碳量为3.6 3.8%的球墨铸铁在熔炼炉内进行熔炼，熔炼后先在温度为1450±20°C的铁液中加入铁液重量0.1 0.3%的硅钡和0.2%的冶金碳化硅预处理剂，低频搅拌均匀；A2，然后将铁液重量0.9 1.3%的球化剂N0DALL0Y6RE装入堤坝式球化包的最底层，捣实；第二层覆盖铁液重量0.1 0.3 %的孕育剂，捣实；第三层用铁液重量0.2
0.3%的低锰低合金碎钢片完全覆盖并压实，最上面压上成型球铁板或成型钢板或除锈生铁，缝隙处覆盖除渣剂，保证完全覆盖并且在包的一侧堤坝内；恰当控制球化起爆和球化反应的时间； A3，然后加入铁液重量0.35 0.6%的钙钡孕育剂，一次性冲入铁水进行出铁随流孕育，待冲入铁液进行球化处理的同时发生孕育作用，之后，对包内铁水进行浇铸前处理；A4，再将铁液重量0.05 0.15%的随流孕育剂放入漏斗进行浇注随流孕育，并且恰当控制随流孕育时间；A5,最后将温度不低于1400°C的铁液烧注到砂箱中，铁液在冒口液态金属的补缩下充型、凝固形成铸件，并利用铸件自身的余热进行热处理。所述的方法，在浇注前还向铁液中加入2.5kg的高温石墨化增碳剂。所述的方法，所述步骤A2所用的球化剂粒径为5 30mm ;硅钡孕育剂粒度为2 IOmm ;随流孕育剂粒度为0.2 0.8mm。所述的方法,球化起爆时间控制是从出铁时计时,球化剂开始反起爆，时间> 8秒；球化反应时间控制是从球化剂开始反应计时，到球化剂反应结束，时间> 60秒；随流孕育时间不低于浇注时间的70%。所述的方法，所述步骤A5，铁水浇注是采用由专用砂箱组成的三箱造型，采用开放式浇注系统，铁液在型腔中的充型速度为200 250mm/s。所述的方法，所述步骤A5，浇注过程中铁水流量要平稳均匀，浇注过程中注意引气，引气时采用长度大于3米的引火工具。所述的方法，所述步骤A5，所述利用铸件自身的余热进行热处理的工艺控制条件为:在920 980°C保温2-5小时，再降温至700_750°C保温3-6小时，最后在炉冷600°C以下出炉空冷即可。由于本发明提供的以上方法首先在材料上选用的是球墨铸铁，这不仅因为铁液中的石墨呈球状，从而降低了对基体的割裂作用，而且，还充分利用了球墨铸铁的石墨化膨胀作用来实现了铸件凝固时的自补缩，既有效地减少了铸件内的缩松缩孔缺陷，提高了产品的成型率，又减少了补缩所需铁液的消耗，降低了成本；其次，在孕育处理前向铁液中加入
0.2%的冶金碳化硅预处理剂，加入熔炉内的碳化硅转化成铸铁的碳和硅，提高了碳当量的同时也加强了铁液的还原性，大大减轻锈蚀炉料的不利作用。加入碳化硅可以防止碳化物析出，增加铁素体量，使铸铁组织致密，显著提高加工性能并使切削面光洁，达到大型柴油机机体的性能要求，此外，还可以增加球墨铸铁单位面积石墨球数，提高球化率，对于减少非金属夹杂物和熔渣，消除缩松，消除皮下气孔也有良好的作用；其三，采用冲入法进行球化处理，球化处理温度定在1480°C 1490°C，使用堤坝式浇包，球化剂在堤坝的一侧，其上使用小铁片做覆盖处理，采用多种孕育法复合加入孕育剂，分别采用包底孕育，出铁随流孕育和浇注随流孕育法，加强了孕育效果，弥补了之前的孕育衰退现象，同时也避免了产生石墨漂浮，达到细化石墨的的效果。本发明与已有技术相比，具有以下不同点:1、生产方法上，本发明采用的是整体铸造方法生产25t以上的大型柴油机V型机体。与国内众多厂家采用的铸焊生产方式相比，本生产方法在技术性能方面具有较强的工作稳定性、减振性、更好的组织连续性、无裂纹倾向，综合性能优良，制造周期短，生产工序少，并可直接省去主轴承座和机体钢板焊接件的一次加工、焊接以及相应的生产工序。2、生产材质上，本发明选择的铸件材料是球墨铸铁。与传统采用的铸钢材质相比，降低了大型柴油机机体的生产成本和苛刻的熔炼要求,并可降低铸件的成分偏析，使铸件内部成分更加均匀。3、生产工艺上，本专利采用的包底孕育法布局合理，孕育效果比传统工艺更佳。压在最上面的球铁板通过熔化控制包底球化时间，使得球化剂起爆时间> 8秒，而低锰低合金碎钢片有利于控制球化速度，使得球化反应时间大于I分钟并均匀沸腾。针对整体铸造25t以上大型柴油机V型机体的铸造方法，这种孕育方式防止了厚大件所存在的石墨长大问题，可使石墨均匀细小，同时避免了石墨漂浮的产生。4、本专利研制 的整铸大型柴油机18V32/40机体，铸件长7.7米、宽2.3米、高1.9米，铸件毛坯重26.8吨，需浇注铁水33.5吨，无论在体积方面还是重量方面，该机体均属于目前国内最大的柴油发动机机体，且该机体结构复杂，性能要求特别高，制造难度相当大，本专利方法填补了国内整机铸造25t以上大型柴油机机体的空白。
图1为堤坝式球化包结构示意图；I球化盖板，2碎钢片，3孕育剂，4球化剂。
具体实施例方式下面给出实施例以对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员根据本发明内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整仍属本发明的保护范围。另外，值得说明的是以下实施例所用元素的百分比均为重量百分比；对所得铸件进行的抗拉强度Rm、屈服强度Rpa2、延伸率A、硬度HB等机械性能的测试，其中，材料的Rm、Rp0.2>A是在SHT4305微机控制电液伺服万能试验机上进行的；HB是在HB-3000型布氏硬度机上进行的。发明实施例所用的材质为牌号为铸件材质选为QT400-15A的球墨铸铁，见表I ,Fe为余量。表1QT400-15A球墨铸铁常见的化学成分范围
权利要求
1.利用球墨铸铁整体铸造25吨以上的大型柴油机V型机体的方法，其特征在于，包括以下步骤: Al，将按重量百分比计含碳量为3.6 3.8%的球墨铸铁在熔炼炉内进行熔炼，熔炼后先在温度为1450±20°C的铁液中加入铁液重量0.1 0.3%的硅钡和0.2%的冶金碳化硅预处理剂，低频搅拌均匀； A2，然后将铁液重量0.9 1.3%的球化剂N0DALL0Y6RE装入堤坝式球化包的最底层，捣实；第二层覆盖铁液重量0.1 0.3%的孕育剂，捣实；第三层用铁液重量0.2 0.3%的低锰低合金碎钢片完全覆盖并压实，最上面压上成型球铁板或成型钢板或除锈生铁，缝隙处覆盖除渣剂，保证完全覆盖并且在包的一侧堤坝内；恰当控制球化起爆和球化反应的时间； A3，然后加入铁液重量0.35 0.6%的钙钡孕育剂，一次性冲入铁水进行出铁随流孕育，待冲入铁液进行球化处理的同时发生孕育作用，之后，对包内铁水进行浇铸前处理； A4，再将铁液重量0.05 0.15%的随流孕育剂放入漏斗进行浇注随流孕育，并且恰当控制随流孕育时间； A5,最后将温度不低于1400°C的铁液烧注到砂箱中,铁液在冒口液态金属的补缩下充型、凝固形成铸件，并利用铸件自身的余热进行热处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在浇注前还向铁液中加入2.5kg的高温石墨化增碳剂。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤A2所用的球化剂粒径为5 .30mm ;硅钡孕育剂粒度为2 I Omm ;随流孕育剂粒度为0.2 0.8mm。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，球化起爆时间控制是从出铁时计时，球化剂开始反起爆，时间> 8秒；球化反应时间控制是从球化剂开始反应计时,到球化剂反应结束，时间> 60秒；随流孕育时间不低于浇注时间的70%。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤A5，铁水浇注是采用由专用砂箱组成的三箱造型，采用开放式浇注系统，铁液在型腔中的充型速度为200 250mm/s。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤A5，浇注过程中铁水流量要平稳均匀，浇注过程中注意引气，引气时采用长度大于3米的引火工具。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤A5，所述利用铸件自身的余热进行热处理的工艺控制条件为:在920 980°C保温2-5小时，再降温至700_750°C保温3_6小时，最后在炉冷600°C以下出炉空冷即可。
全文摘要
本发明公开了一种利用球墨铸铁整体铸造25吨以上的大型柴油机V型机体的方法，包括以下步骤A1，将球墨铸铁在熔炼炉内进行熔炼，熔炼后加入硅钡和冶金碳化硅预处理剂；A2，然后将球化剂装入堤坝式球化包的最底层；第二层覆盖孕育剂；第三层用低锰低合金碎钢片完全覆盖并压实；A3，然后加入钙钡孕育剂，一次性冲入铁水进行出铁随流孕育，待冲入铁液进行球化处理的同时发生孕育作用，之后，对包内铁水进行浇注前处理；A4，再将随流孕育剂放入漏斗进行浇注随流孕育；A5，最后将温度不低于1400℃的铁液浇注到砂箱中，铁液在冒口液态金属的补缩下充型、凝固形成铸件，并利用铸件自身的余热进行热处理。
文档编号B22D25/00GK103215488SQ20131015939
公开日2013年7月24日 申请日期2013年4月26日 优先权日2013年4月26日
发明者鲁晨光, 魏红星, 刘万虎, 李常用 申请人:四川省宜宾普什铸造有限公司