一种消除球墨铸铁矿车轮皮下气孔的处理方法与流程

本发明主要涉及矿车轮加工
技术领域：
，尤其涉及一种消除球墨铸铁矿车轮皮下气孔的处理方法。
背景技术：
：矿车轮是矿山中输送煤、矿石和废石等散状物料的窄轨铁路搬运车辆，一般须用机车或绞车牵引；矿车按结构和卸载方式不同分为：固定式矿车(材料车、平板车)、翻斗式矿车、单侧曲轨侧卸式矿车、底(侧)卸式矿车和梭式矿车共5大类；矿车在矿山中的运输作用是及其重要的，运输过程中由于矿车的问题经常小的安全事故，但是安全事故不论大小都对工人的人身安全产生很大的威胁，因此需要提高矿车的运行安全；在提高矿车安全性时，矿车轮是主要的考虑方面，因为矿车在运行过程中主要靠矿车轮进行承重，因此矿车轮的安全系数提高能够直接提高矿车的安全性；目前矿车轮的材质主要有铸钢和球墨铸铁两种，球墨铸铁具有较高的强度、韧性和耐磨性，更适宜矿车轮的使用，但是球墨铸铁的矿车轮会在矿车轮表皮下2~3mm处分布细小的气孔，这就是所谓的皮下气孔，皮下气孔的形成是由于含镁铁液表面的张力大，容易形成氧化膜，这对阻碍析出气体和入侵气体的排出有一定影响，这些气体滞留于皮下就会形成气孔，另外，球墨铸铁糊状凝固特点使气体通道较早被堵塞，也会促进皮下气孔缺陷的形成，皮下气孔虽然不影响矿车轮的美观和运行，但是对矿车轮的安全性能具有一定的影响，会降低矿车轮的耐疲劳性能，在持续的使用和运转过程中矿车轮会因为皮下气孔的存在而导致矿车轮表面不平整，会降低矿车的运行平整性，增加危险系数，但是目前并没有针对矿车轮去除皮下气孔的方法，因此应该消除矿车轮的皮下气孔，以提高矿车轮的安全性。现有专利文件cn108913835a公开了一种减少皮下气孔产生的铸件制备方法，具体公开了将铁柱材料与稀土合金混合熔融，再加入球化剂和孕育剂进行球化处理，再加入小苏打和冰晶石粉进行脱硫处理，再加入集渣剂进行搅拌处理，然后再进行扒渣处理和浇注，浇注过程中过滤炉渣，并在10min内浇注完成，最后对铸件表面进行打磨和喷涂；专利文件是在原料的混合熔融过程中加入多种成分进行处理，虽然能够减少皮下气孔的产生，但是加入的小苏打和冰晶石粉会造成铸件的强度降低，顾此失彼，同样也会对铸件的性能产生影响，因此应该改善铸件的去除皮下气孔的方法。技术实现要素：为了弥补已有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种消除球墨铸铁矿车轮皮下气孔的处理方法。一种消除球墨铸铁矿车轮皮下气孔的处理方法，包括以下步骤：（1）真空处理：将熔融混合原料置于真空炉中，调节至真空，保温搅拌50~70min，充分去除熔融原料中的残余气体，避免镁铁液表面形成氧化膜，抑制皮下气孔的产生，得真空混合料；（2）保温浇铸：将真空混合料浇铸于矿车轮模具中，浇铸时过滤去除炉渣，于1530~1590℃保温40~50min，自然冷却至760~840℃，保温35~45min，降低原料的固化速度，使浇铸后残留的气体能够缓慢溢出，得保温浇铸件；（3）铸后加热：将保温浇铸件以3~4℃/min的速度加热至1070~1150℃，保温40~60min，再继续加热至1540~1580℃，保温55~65min，待铸件处于未完全固化的较高温度时再次对铸件进行充分加热和保温，能够使表面逐渐熔融，排出皮下残留气体，避免皮下气孔的产生，使矿车轮铸件结构更加致密，提高矿车轮的强度和耐用性，自然冷却至室温，脱模，得铸后加热件；（4）淬火：将铸后加热件置于真空炉中，以2~3℃/min的速度加热至430~470℃，保温40~50min，继续加热至840~880℃，保温60~80min，再置于淬火液中，待温度降至510~530℃，保温45~55min，再自然降至室温，使矿车轮从奥氏体充分转变为马氏体，减小矿车轮内部的晶格粒径，提高矿车轮的强度和耐磨性，避免矿车轮在负重运输过程中出现故障，得淬火件；（5）回火：将淬火件以3~4℃/min的速度加热至530~570℃，保温60~80min，自然降温至350~390℃，保温60~90min，自然降至室温，能够充分消除淬火过程中产生的内应力，降低矿车轮的脆性，使矿车轮保持较高的硬度和耐磨性，保持矿车轮在使用过程中表面平整，提高运输平稳性和安全性，得回火件；（6）后处理：将回火件进行打磨和超声抛光，提高矿车轮的表面光滑度，使矿车运输过程中保持平稳，增强运输过程中的安全系数，尽可能避免安全事故的发生，得消除皮下气孔的矿车轮。所述步骤（1）的真空，真空度为-28~-32kpa。所述步骤（2）的矿车轮模具，为型砂制备的模具。所述步骤（4）的淬火液，为含有磷酸硼的纳米二氧化钛淬火液，制备方法为：将纳米二氧化钛分散液加热至65~75℃，再向纳米二氧化钛分散液中加入磷酸硼，搅拌均匀，使磷酸硼的浓度为18~20mg/l。所述纳米二氧化钛分散液，纳米二氧化钛的粒径为35~45nm，质量百分浓度为45~50%。所述步骤（6）的超声抛光，频率为27~29khz，抛光液为纳米金刚石抛光液，抛光后粗糙度为0.5~0.6μm。所述消除球墨铸铁矿车轮皮下气孔的处理方法制备得到的消除皮下气孔的矿车轮。本发明的优点是：本发明提供的消除球墨铸铁矿车轮皮下气孔的处理方法，从球墨铸铁的原料完全加入混合熔融后进行处理，不向球磨铸铁中加入其它化学成分，不改变球墨铸铁的原料组分，只是对后期的浇铸后处理过程进行改善，制备得到的矿车轮表面强度高，耐磨和耐疲劳性强，能够避免矿车运行过程中因矿车轮造成的故障和事故，提高矿下作业的安全系数；先将球磨铸铁的混合原料置于真空炉中进行加热真空搅拌，充分去除熔融原料中的残余气体，避免镁铁液表面形成氧化膜，抑制皮下气孔的产生；将熔融原料浇铸于模具中，浇铸后进行长时保温，降低原料的固化速度，使浇铸后残留的气体能够缓慢溢出；浇铸后待铸件处于未完全固化的较高温度时再次对铸件进行充分加热和保温，能够使表面逐渐熔融，排出皮下残留气体，避免皮下气孔的产生，使矿车轮铸件结构更加致密，提高矿车轮的强度和耐用性；脱模后将铸后加热件进行缓慢充分加热，置于淬火液中后继续保持一定温度，使矿车轮从奥氏体充分转变为马氏体，减小矿车轮内部的晶格粒径，提高矿车轮的强度和耐磨性，避免矿车轮在负重运输过程中出现故障；淬火后将矿车轮置于真空炉中继续进行加热和保温，进行回火处理，能够充分消除淬火过程中产生的内应力，降低矿车轮的脆性，使矿车轮保持较高的硬度和耐磨性，保持矿车轮在使用过程中表面平整，提高运输平稳性和安全性；最后进行打磨和抛光处理，提高矿车轮的表面光滑度，使矿车运输过程中保持平稳，增强运输过程中的安全系数，尽可能避免安全事故的发生。附图说明为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。附图1为本发明一种消除球墨铸铁矿车轮皮下气孔的处理方法的工艺流程图。具体实施方式下面用具体实施例说明本发明。实施例1一种消除球墨铸铁矿车轮皮下气孔的处理方法，包括以下步骤：（1）真空处理：将熔融混合原料置于真空炉中，调节至真空，真空度为-28kpa，保温搅拌50min，充分去除熔融原料中的残余气体，避免镁铁液表面形成氧化膜，抑制皮下气孔的产生，得真空混合料；（2）保温浇铸：将真空混合料浇铸于矿车轮模具中，矿车轮模具为型砂制备的模具，浇铸时过滤去除炉渣，于1530℃保温40min，自然冷却至760℃，保温35min，降低原料的固化速度，使浇铸后残留的气体能够缓慢溢出，得保温浇铸件；（3）铸后加热：将保温浇铸件以3℃/min的速度加热至1070℃，保温40min，再继续加热至1540℃，保温55min，待铸件处于未完全固化的较高温度时再次对铸件进行充分加热和保温，能够使表面逐渐熔融，排出皮下残留气体，避免皮下气孔的产生，使矿车轮铸件结构更加致密，提高矿车轮的强度和耐用性，自然冷却至室温，脱模，得铸后加热件；（4）淬火：将铸后加热件置于真空炉中，以2℃/min的速度加热至430℃，保温40min，继续加热至840℃，保温60min，再置于淬火液中，淬火液为含有磷酸硼的纳米二氧化钛淬火液，制备方法为：将纳米二氧化钛分散液加热至65℃，再向纳米二氧化钛分散液中加入磷酸硼，搅拌均匀，使磷酸硼的浓度为18mg/l；所述纳米二氧化钛分散液，纳米二氧化钛的粒径为35~45nm，质量百分浓度为45%，待温度降至510℃，保温45min，再自然降至室温，使矿车轮从奥氏体充分转变为马氏体，减小矿车轮内部的晶格粒径，提高矿车轮的强度和耐磨性，避免矿车轮在负重运输过程中出现故障，得淬火件；（5）回火：将淬火件以3℃/min的速度加热至530℃，保温60min，自然降温至350℃，保温60min，自然降至室温，能够充分消除淬火过程中产生的内应力，降低矿车轮的脆性，使矿车轮保持较高的硬度和耐磨性，保持矿车轮在使用过程中表面平整，提高运输平稳性和安全性，得回火件；（6）后处理：将回火件进行打磨和超声抛光，频率为27khz，抛光液为纳米金刚石抛光液，抛光后粗糙度为0.5~0.6μm，提高矿车轮的表面光滑度，使矿车运输过程中保持平稳，增强运输过程中的安全系数，尽可能避免安全事故的发生，得消除皮下气孔的矿车轮。实施例2一种消除球墨铸铁矿车轮皮下气孔的处理方法，包括以下步骤：（1）真空处理：将熔融混合原料置于真空炉中，调节至真空，真空度为-30kpa，保温搅拌60min，充分去除熔融原料中的残余气体，避免镁铁液表面形成氧化膜，抑制皮下气孔的产生，得真空混合料；（2）保温浇铸：将真空混合料浇铸于矿车轮模具中，矿车轮模具为型砂制备的模具，浇铸时过滤去除炉渣，于1560℃保温45min，自然冷却至800℃，保温40min，降低原料的固化速度，使浇铸后残留的气体能够缓慢溢出，得保温浇铸件；（3）铸后加热：将保温浇铸件以3.5℃/min的速度加热至1110℃，保温50min，再继续加热至1560℃，保温60min，待铸件处于未完全固化的较高温度时再次对铸件进行充分加热和保温，能够使表面逐渐熔融，排出皮下残留气体，避免皮下气孔的产生，使矿车轮铸件结构更加致密，提高矿车轮的强度和耐用性，自然冷却至室温，脱模，得铸后加热件；（4）淬火：将铸后加热件置于真空炉中，以2.5℃/min的速度加热至450℃，保温45min，继续加热至860℃，保温70min，再置于淬火液中，淬火液为含有磷酸硼的纳米二氧化钛淬火液，制备方法为：将纳米二氧化钛分散液加热至70℃，再向纳米二氧化钛分散液中加入磷酸硼，搅拌均匀，使磷酸硼的浓度为19mg/l；所述纳米二氧化钛分散液，纳米二氧化钛的粒径为35~45nm，质量百分浓度为48%，待温度降至520℃，保温50min，再自然降至室温，使矿车轮从奥氏体充分转变为马氏体，减小矿车轮内部的晶格粒径，提高矿车轮的强度和耐磨性，避免矿车轮在负重运输过程中出现故障，得淬火件；（5）回火：将淬火件以3.5℃/min的速度加热至540℃，保温70min，自然降温至370℃，保温75min，自然降至室温，能够充分消除淬火过程中产生的内应力，降低矿车轮的脆性，使矿车轮保持较高的硬度和耐磨性，保持矿车轮在使用过程中表面平整，提高运输平稳性和安全性，得回火件；（6）后处理：将回火件进行打磨和超声抛光，频率为28khz，抛光液为纳米金刚石抛光液，抛光后粗糙度为0.5~0.6μm，提高矿车轮的表面光滑度，使矿车运输过程中保持平稳，增强运输过程中的安全系数，尽可能避免安全事故的发生，得消除皮下气孔的矿车轮。实施例3一种消除球墨铸铁矿车轮皮下气孔的处理方法，包括以下步骤：（1）真空处理：将熔融混合原料置于真空炉中，调节至真空，真空度为-32kpa，保温搅拌70min，充分去除熔融原料中的残余气体，避免镁铁液表面形成氧化膜，抑制皮下气孔的产生，得真空混合料；（2）保温浇铸：将真空混合料浇铸于矿车轮模具中，矿车轮模具为型砂制备的模具，浇铸时过滤去除炉渣，于1590℃保温50min，自然冷却至840℃，保温45min，降低原料的固化速度，使浇铸后残留的气体能够缓慢溢出，得保温浇铸件；（3）铸后加热：将保温浇铸件以4℃/min的速度加热至1150℃，保温60min，再继续加热至1580℃，保温65min，待铸件处于未完全固化的较高温度时再次对铸件进行充分加热和保温，能够使表面逐渐熔融，排出皮下残留气体，避免皮下气孔的产生，使矿车轮铸件结构更加致密，提高矿车轮的强度和耐用性，自然冷却至室温，脱模，得铸后加热件；（4）淬火：将铸后加热件置于真空炉中，以3℃/min的速度加热至470℃，保温50min，继续加热至880℃，保温80min，再置于淬火液中，淬火液为含有磷酸硼的纳米二氧化钛淬火液，制备方法为：将纳米二氧化钛分散液加热至75℃，再向纳米二氧化钛分散液中加入磷酸硼，搅拌均匀，使磷酸硼的浓度为20mg/l；所述纳米二氧化钛分散液，纳米二氧化钛的粒径为35~45nm，质量百分浓度为50%，待温度降至530℃，保温55min，再自然降至室温，使矿车轮从奥氏体充分转变为马氏体，减小矿车轮内部的晶格粒径，提高矿车轮的强度和耐磨性，避免矿车轮在负重运输过程中出现故障，得淬火件；（5）回火：将淬火件以4℃/min的速度加热至570℃，保温80min，自然降温至390℃，保温90min，自然降至室温，能够充分消除淬火过程中产生的内应力，降低矿车轮的脆性，使矿车轮保持较高的硬度和耐磨性，保持矿车轮在使用过程中表面平整，提高运输平稳性和安全性，得回火件；（6）后处理：将回火件进行打磨和超声抛光，频率为29khz，抛光液为纳米金刚石抛光液，抛光后粗糙度为0.5~0.6μm，提高矿车轮的表面光滑度，使矿车运输过程中保持平稳，增强运输过程中的安全系数，尽可能避免安全事故的发生，得消除皮下气孔的矿车轮。对照组现有专利文件cn108913835a公开了一种减少皮下气孔产生的铸件制备方法制备的矿车轮。矿车轮的性能参数：分别选择实施例和对照组的矿车轮，规格为600轨距直径300的矿车轮，分别进行表面检测，记录粗糙度和耐磨性，再按照“淬火温度对球墨铸铁组织和性能的影响，魏铁石等”的方法检测各组矿车轮的洛氏硬度，并且从各组的矿车轮中随机选择100件，检测含有皮下气孔的矿车轮，计算皮下气孔率，每个试验重复3次，结果取平均值，矿车轮的性能参数见表1。表1：矿车轮的性能参数项目实施例1实施例2实施例3对照组粗糙度/(μm)0.550.530.542.37耐磨性/(mm3)14111342洛氏硬度/(hrc)62676459皮下气孔率/(%)3223从表1的结果表明，实施例的消除球墨铸铁矿车轮皮下气孔的处理方法，制备得到的消除皮下气孔的矿车轮粗糙度、耐磨性及洛氏硬度的参数明显优于对照组，皮下气孔率与对照组相当，说明本发明提供的消除球墨铸铁矿车轮皮下气孔的处理方法具有很好的处理效果。当前第1页12