超低温下使用的球墨铸铁铸件铸造工艺方法
【专利摘要】本发明是使用温度在-100℃到-196℃范围内、含镍量按重量百分比14%～35%区间内的奥氏体超低温球墨铸铁铸件铸造工艺方法，其铸造工艺方法为：模具和浇注系统设计、自硬砂造型、中频感应熔炼并合金化及碳硅成分调整，球化及孕育处理过程、浇注及开箱、清理和粗加工、热处理和表面处理、清理和精磨。通过本发明的铸造工艺方法生产得到的球墨铸铁铸件有着较高的超低温下使用的力学性能，能够在超低温（小于-100℃）下使用，最低工作温度可以达到-196℃，其低温冲击性能指标符合国家相关标准、规范的规定，解决了我国超低温条件下使用的机械重要零部件低温材料选择上的瓶颈，为今后这类机械产品关键零部件铸件生产提供了新的铸造工艺方法。本发明还以一种超低温条件下使用的球墨铸铁低温压缩机缸套为具体实施案例，介绍了本发明所涉及的铸造工艺方法。
【专利说明】超低温下使用的球墨铸铁铸件铸造工艺方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及球墨铸铁生产领域，具体涉及超低温下使用的球墨铸铁铸件铸造工艺方法。
【背景技术】
[0002]近些年来，随着我国机械制造工业的发展，机械制造水平得到了长足的发展，然而对于一些特定环境下使用的机械关键零部件的制造远远落后于国外发达国家的水平，成为了制约我国机械制造工业发展的瓶颈。目前，国内用于超低温条件下使用的机械制造诸如阀门、泵、压缩机、罐体等超低温材料大多采用铸钢铸件和不锈钢锻件。由于铸钢在铸造性能上的制约，其不适合生产多腔多孔等形状复杂的铸件；而用锻钢件机械加工进行生产这类产品，其材料的利用率和生产效率都会大幅的降低，导致生产周期被拉长、生产成本无法控制。球墨铸铁的铸造性能相比铸钢更适合制造结构复杂、形状特殊的零件铸件，如美国GE公司、德国西门子、日本川崎重工等国外大型机械制造集团早已研制出超低温球墨铸铁材料用于制造这类机械的关键零部件铸件。而我国机械制造企业，对于低于-1oo°c的机械关键零部件设计和制造上的球墨铸铁材料科研及应用仍很少，不多的使用该类材料的企业用于其铸造工艺方法上的不足和生产质量要求上的缺失导致该类材料铸件总是不能满足超低温机械制造使用上的要求。通过本发明的铸造工艺方法生产得到的球墨铸铁铸件有着较高的超低温下使用的力学性能，能够在超低温(小于_100°C )下使用，最低工作温度可以达到-196°C，其低温冲击性能指标符合国家相关标准、规范的规定，解决了我国超低温条件下使用的机械重要零部件低温材料选择上的瓶颈，为今后这类机械产品关键零部件铸件生产提供了新的铸造工艺方法。
【发明内容】
[0003]本发明是超低温下使用的球墨铸铁铸件铸造工艺方法，适用于本发明铸造工艺方法的铸件是使用温度在-100°C~-196°C范围内、含镍量按重量百分比14%~35%区间内的奥氏体超低温球墨铸铁铸件，其铸造工艺方法为:模具和浇注系统设计、自硬砂造型、中频感应熔炼并合金及碳硅成分调整，球化及孕育处理过程、浇注及开箱、热处理和表面处理。
[0004]1.本发明涉及的超低温下使用的球墨铸铁铸件铸造工艺方法，其在砂型制造阶段的特征在于:
1)模具设计时，其铸造缩尺按照1.0%~1.5%计算；
2)浇注系统设计时，采用半封闭式浇注系统；当铸件壁厚小于35_时，要求采用雨淋式浇注系统，雨滴浇道间距在150mnT350mm之间；
3)自硬砂造型时，选用呋喃树脂和酸性固化剂造型，树脂含氮量要求在3%~5%，加入量为1.0%~1.3%，酸性固化剂酸值要求在45%~50%，加入量为0.2%~0.4%。
[0005]2.本发明涉及的超低温下使用的球墨铸铁铸件铸造工艺方法，其在熔炼浇注生产阶段特征在于:1)合金成分调整前，碳硅含量分别需保证在3.8%~4.5%, 2.3%~2.8%，合金成分调整后，碳当量需保证在3.8%~4.2% ；
2)铸件生产时，必须保证在球化处理前和浇注前至少各一次温度测量。
[0006]3.本发明涉及的超低温下使用的球墨铸铁铸件铸造工艺方法，其在铸件后处理阶段特征在于:
1)铸件热处理和表面处理前必须将表面粘砂和涂料去除掉；
2)铸件表面处理前需先将铸件进行抛丸处理和粗加工；
3)铸件可以根据实际需要进行合金化扩散、渗氮、渗碳、表面激光处理、表面喷涂涂层等各类物理、化学方法的表面处理。
[0007]4需要特别指出的是本发明涉及的超低温下使用的球墨铸铁铸件铸造工艺方法，其在球化及孕育过程的特征在于:孕育方式为一次浇包内孕育和二次随流孕育，一次孕育与二次孕育的孕育剂分别为:一次孕育剂为硅铁，二次孕育剂为锶硅铁。球化方法为冲入法，所采用的球化剂为镍镁球化剂。
[0008]【专利附图】
【附图说明】:
图1为含雨淋式浇注系统的缸套；
图2为冲击韧性曲线。
【具体实施方式】
[0009]下面结合具体实施`方式对本发明超低温下使用的球墨铸铁铸件铸造工艺方法进行进一步说明，以下是一个具体你实施案例，本发明的内容并不局限于此。
[0010]本发明以球墨铸铁缸套为具体实施案例，该铸件的基体材料为高Ni球墨铸铁，其最终组织为奥氏体，加入适量的Cr可以提高基体的硬度，适量的Cu有利于基体固溶强化。其铸造工艺方法为以下步骤:模具和浇注系统设计、自硬砂造型、中频感应熔炼并合金及碳硅成分调整，球化及孕育处理过程、浇注及开箱、热处理和表面处理。
[0011]1.模具和浇注系统设计
模具设计时，根据计算铸造缩尺按1.3%计算，由于该铸件的平均壁厚小于35mm，需要采用雨淋式浇注系统，其特点为金属液分成多股细流连续地注入型腔，对型腔冲击力小，液面活跃，排气方便，挡渣效果好，又能防止型腔内夹杂物因上浮而粘附在型，芯壁上，能形成自下而上的顺序凝固和良好的补缩能力，有利于获得组织致密的铸件，雨滴浇道间距在180mm.0
[0012]2.自硬砂造型
自硬砂造型时，选用呋喃树脂和酸性固化剂造型，树脂含氮量为3%，加入量为1.0%，酸性固化剂酸值要求为45%，加入量为0.35%，砂温控制在2(T25°C。
[0013]3.中频感应熔炼并合金及碳硅成分调整
熔炼时，采用中频感应电炉熔化铁水，生产过程中要将合金加入炉内充分过热，过热温度1580°C。合金成分调整前，碳硅含量分别需保证在3.8%和2.3% ;合金成分调整后，碳当量需保证在3.9%。球化处理进行一次温度测量，球化温度为1490°C，球化方法为冲入法，孕育方式为一次型内孕育和二次随流孕育，一次孕育与二次孕育的孕育剂不同，一次孕育剂为硅铁，二次孕育剂为锶硅铁，球化方法为冲入法，所采用的球化剂为镍镁球化剂，铁水中转过程中采用覆盖剂覆盖，并在浇注之前完成除渣处理。
[0014]4.浇注和开箱
浇注前，进行一次温度测量，浇注温度为1380°C ;浇注时，要求液流平稳且连贯。铸件浇注后保温至200°C以下开箱。
[0015]5.热处理和表面处理
由于本铸件对于其表面硬度有着一定的要求，所以铸件进行了离子渗N处理。表面处理前，将铸件表面粘砂和涂料去除掉，同时先进行抛丸处理，然后将铸件进行粗机加工。离子渗N处理前，铸件表面硬度为190Hv，处理后，可以达到400Hv以上。
[0016]本发明不同温度下的冲击韧性见如下表1，其曲线如图2所示，由曲线可以大致判
断出随着温度的降低其冲击韧性的变化趋势，同时，还对其他的性能进行测试，其结果与预
期的基本保持一致，可以说明铸造工艺方法的合理性，满足在超低温条件下使用的要求
表1不同温度下的冲击韧性(J/cm2)
【权利要求】
1.本发明是使用温度在-100°C到-196°c范围内、含镍量按重量百分比14%~35%区间内的奥氏体超低温球墨铸铁铸件铸造工艺方法，其铸造工艺方法为:模具和浇注系统设计、自硬砂造型、中频感应熔炼并合金及碳硅成分调整，球化及孕育处理过程、浇注及开箱、热处理和表面处理。
2.根据权利要求1所述的超低温下使用的球墨铸铁铸件铸造工艺方法，其在砂型制造阶段的特征在于: 模具设计时，其铸造缩尺按照1.0%~1.5%计算； 浇注系统设计时，采用半封闭式浇注系统；当铸件壁厚小于35mm时，要求采用雨淋式浇注系统，雨滴浇道间距在150mnT350mm之间； 自硬砂造型时，选用呋喃树脂和酸性固化剂造型，树脂含氮量要求在3%~5%，加入量为1.0%~1.3%，酸性固化剂酸值要求在45%~50%，加入量为0.2%~0.4%。
3.根据权利要求1所述的超低温下使用的球墨铸铁铸件铸造工艺方法，其在球化及孕育过程的特征在于:孕育方式为一次浇包内孕育和二次随流孕育，一次孕育与二次孕育的孕育剂分别为:一次孕育剂为硅铁，二次孕育剂为锶硅铁；球化方法为冲入法，所采用的球化剂为镍镁球化剂。
4.根据权利要求1所述的超低温下使用的球墨铸铁铸件铸造工艺方法，其在铸件后处理阶段特征在于: 铸件热处理和表面处理前必须将表面粘砂和涂料去除掉； 铸件表面处理前需先将铸件进行抛丸处理和粗加工； 铸件可以根据实际需要进行合金化扩散、渗氮、渗碳、表面激光处理、表面喷涂涂层等各类物理、化学方法的表面处理。
【文档编号】B22C9/02GK103752781SQ201310631685
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2013年12月2日 优先权日:2013年12月2日
【发明者】曲迎东, 姜珂, 高民强, 朱绍晨, 尤俊华, 张新宁 申请人:沈阳工业大学