船用柴油机机体用球墨铸铁及其制备方法 |
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| 申请号 | CN201610638275.7 | 申请日 | 2016-08-03 | 公开(公告)号 | CN106011602A | 公开(公告)日 | 2016-10-12 |
| 申请人 | 日月重工股份有限公司; | 发明人 | 刘建东; 宋贤发; 张坤; 傅明康; 陈倩慧; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开一种船用柴油机 机体 用球墨 铸 铁 及其制备方法,其特征在于：该球磨 铸铁 的成分重量百分比组成为：C 3.65％～3.80％,Si 2.20％～2.40％，Mn 0.15％～0.25％，P≤0.03％，S≤0.02％，Ti≤0.02％，Cu 0.40％～0.55％，Sb 0.004％～0.012％，RE 0.005％～0.01％，Mg 0.025％～0.040％，余量为铁。本发明的具有 刚度 和硬度高，克服壁厚相差悬殊球墨铸铁铸件由于冷却速度不同带来的铸件 变形 、开裂以及厚壁部位 石墨 形态差、基体组织粗大、易产生缩松等 铸造 缺陷 ，具有优异的 力 学性能的优点。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种船用柴油机机体用球墨铸铁,其特征在于：该球墨铸铁的成分重量百分比组成为：C 3.65％～3.80％,Si 2.20％～2.40％，Mn 0.15％～0.25％，P≤0.03％，S≤0.02％，Ti≤0.02％，Cu 0.40％～0.55％，Sb 0.004％～0.012％，RE 0.005％～0.01％，Mg |
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| 说明书全文 | 船用柴油机机体用球墨铸铁及其制备方法技术领域背景技术[0002] 船用柴油机主机大部分时间是在满负荷情况下工作，有时在变负荷情况下运转，而且船舶经常在颠簸中航行，所以船用柴油机应能在纵倾15°-25°和横倾15°-35°的条件下可靠工作。而作为主体部件的机架，它是发动机的骨架，是发动机各机构工作的基础，承受发动机的各种负荷，只有机架部件具有足够高的刚度和强度才能确保发动机各机构长期正常工作。因此要求其制备材料要具有较高的刚度和硬度才能满足使用要求。 [0003] 此外，用于船用柴油机主机的机架部件、其轮廓尺寸为3550㎜×1300㎜×1100㎜，基体结构复杂，内腔形状不规则，壁厚相差悬殊，最大壁厚196mm，最小壁厚10mm，铁水浇入铸型后，产生的长、宽、高三个方向收缩不一致，会产生很大的应力，导致铸件变形、开裂；另外，机架部件不同部位温度场不完全一样，导致不同部位的组织、性能也不一样，那么不同部位的3种连体试块的力学性能、金相组织满足同一要求也是很难达到的；壁厚相差悬殊，不同部位温度场，在凝固过程中因补缩不良而在热节或最后凝固部位形成的缩孔、缩松等铸造缺陷。因此，球墨铸铁铁液的熔炼工艺在铸件生产中具有十分重要的地位，对铸件的残余应力、缩孔缩松缺陷以及连体试块的性能有很大的影响，合理的熔炼工艺是生产薄壁柴油机机体铸件的关键。 发明内容[0004] 本发明针对现有技术的上述不足，提供一种刚度和硬度高，克服壁厚相差悬殊球墨铸铁铸件由于冷却速度不同带来的铸件变形、开裂以及厚壁部位石墨形态差、基体组织粗大、易产生缩松等铸造缺陷，具有优异的力学性能的船用柴油机机体用球墨铸铁。 [0005] 为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种船用柴油机机体用球墨铸铁，该铸铁由以下重量百分比各组分构成：C 3.65％～3.80％,Si 2.20％～2.40％，Mn 0.15％～0.25％，P≤0.03％，S≤0.02％，Ti≤0.02％，Cu 0.40％～0.55％，Sb 0.004％～ 0.012％，RE(稀土)0.005％～0.01％，Mg 0.025％～0.040％,余量为铁。 [0006] 作为优选，所述的船用柴油机机体用球墨铸铁，该铸铁由以下重量百分比各组分构成：C 3.70％～3.80％,Si 2.25％～2.35％，Mn 0.20％～0.25％，P≤0.02％，S≤0.012％，Ti≤0.015％，Cu 0.40％～0.45％，Sb 0.004％～0.006％，RE 0.005％～ 0.008％，Mg 0.035％～0.040％，余量为铁。 [0007] 本发明还提供一种操作简单、成本低的船用柴油机机体用球墨铸铁的制备方法，步骤包括配料工序、熔炼工序、球化工序、孕育工序和浇注工序。 [0008] 所述的配料工序为：按照配方比例将制备船用柴油机机体用球墨铸铁原料称量、混合。 [0009] 所述的熔炼工序为：采用冲天炉—电炉双联熔炼，将配料后的原料进行加热熔融，得到铁液。 [0011] 本发明的球化剂具体成分含量为：Si 35-42wt％，RE(稀土)0.85-1.15wt％，Mg5.55-6.15wt％，余量为铁。 [0012] 所述的孕育工序为：采用2次孕育，首先在出铁时采用宜兴铁流公司BS-1孕育剂进行一次孕育，粒度为3-8mm，加入量为铁液重量的0.3～0.6wt％，浇注前采用75硅铁孕育块(宁夏新顺成股份有限公司)进行二次孕育，加入量为铁液重量的0.2～0.3wt％；本发明第二次采用孕育块，块状的孕育剂能漂浮在铁液的表面，由于孕育剂有衰退期，这种状态的孕育块保证逐渐缓慢的对铁液进行孕育，提高孕育效果。 [0013] 本发明的(BS-1孕育剂)一次孕育为普通钡硅孕育剂，二次孕育为专用方块状孕育剂，一次孕育：硅钡孕育剂的颗粒为3-8mm，成分为Si72-74wt％，Al≤1.2wt％，Ba1.6-2.4wt％，余量为铁；二次孕育：孕育剂的尺寸为90×60×60mm(长×宽×高)的块状孕育剂，成分为Si71-73wt％，Al≤1.2wt％，S≤0.02wt％，Ca0.7-1.3wt％，Ba1.6-2.4wt％，余量为铁。 [0014] 所述的浇注工序为：使得铁液温度控制在1370℃～1400℃进行浇注。 [0015] 本发明所述的铁液为各种原料混合、高温熔炼成的液态溶液。 [0016] 本发明的优点和有益效果： [0017] 1.本发明严格控制制备船用柴油机机体的球墨铸铁的特定组分和含量，克服壁厚相差悬殊球墨铸铁铸件由于冷却速度不同带来的铸件变形、开裂以及厚壁部位石墨形态差、基体组织粗大、易产生缩松等铸造缺陷，具有优异的力学性能。比如本发明的Cu是珠光体促进元素，共晶期间促进石墨化，其作用相当于Si的1/5，降低奥氏体转变临界温度，能细化并增加珠光体；本发明的Sb是珠光体促进元素，能细化石墨，提高石墨球的圆整度，能防止石墨畸变；本发明的Ti，残留的钛含量＞0.025会形成团絮状石墨铸铁及针状石墨，缩小稳态和非稳态共晶温度间的范围，当钛存在时促进氢气孔出现。三种合理的配比和用量以及彼此之间的协同作用，使得铸件克服了变形、开裂以及厚壁部位石墨形态差、基体组织粗大、易产生缩松等铸造缺陷。 [0018] 2.本发明采用冲天炉—电炉双联熔炼，有效的提高了原铁液的纯净度,在铁液中添加促进珠光体形成的金属元素，最终使铸件不同部位的附铸试块力学性能达到DIN EN1563:2012标准中EN-GJS-500-7的性能要求。 [0019] 3.本发明采用冲入法进行球化，球化剂为无锡吉恒铸造材料有限公司JH-5T球化剂，控制6吨铁液的球化反应时间在100s内完成，提高了镁和稀土的吸收率，增强了脱硫效果，相应地降低了球化剂的加入量，球化剂加入量控制在1.1％～1.3％之间，从而把铁液中的残余稀土量和残余镁量控制在较低范围，残余稀土量控制在0.005％～0.008％，残余镁量0.035％～0.040％，通过该方法，在净化铁液和细化石墨的同时，促进了珠光体的形成以及细化了珠光体组织。 [0020] 4.本发明采用2次孕育技术，出铁时采用宜兴铁流公司BS-1孕育剂进行一次孕育，粒度为3-8mm，加入量为铁液重量的0.3％～0.6％，浇注前采用75硅铁孕育块(宁夏新顺成股份有限公司)进行二次孕育，加入量为铁液重量的0.2％～0.3％。以此解决铸件由于壁厚较大、冷却速度缓慢、共晶凝固时间长造成的石墨形态差，球化衰退等现象。 [0023] 图2为本发明实施例2制备的3#附铸试块放大100倍金相图。 [0024] 图3为本发明实施例1制备的2#附铸试块放大500倍金相图。 [0025] 图4为本发明实施例1制备的3#附铸试块放大500倍金相图。 [0026] 图5为本发明实施例1制备的1#外浇试块图。 [0027] 图6为本发明实施例1制备的2#附铸试块图。 [0028] 图7为本发明实施例1制备的3#附铸试块图。 具体实施方式[0029] 下面通过实施例进一步详细描述本发明，但本发明不仅仅局限于以下实施例。 [0030] 采用本发明的方法生产MTU20V1163TB93船用柴油机机体，该船用柴油机机体是MTU20V1163TB93船用柴油机极为重要的关键部件，它承担船用柴油机几乎所有零部件的安装定位，机体净重5吨，最大外形尺寸3550㎜×1360㎜×1150㎜，最大壁厚超过100mm，通过对熔炼工艺、球化孕育处理、浇注工艺的控制，浇注铸件。试块尺寸及力学性能符合DIN EN 1563:2012标准，1#为外浇试块，试块尺寸如图1所示；2#附铸试块放置在铸件缸孔部位，共 10块，试块尺寸：A＝40,b＝30,c＝20,h＝60,Lt＝180，加工φ14mm试样检测；3#附铸试块垂直附着于铸件中上部外侧面，共4块，试块尺寸：A＝26,b＝20,c＝12.5,h＝30,Lt＝120，加工φ10mm试样检测。 [0031] 实施例1 [0032] 采用生铁、废钢、硅铁、锰铁、电解铜、锑锭为原料配料，采用冲天炉—电炉双联熔炼，冲天炉熔炼原铁水，电炉加合金调成分，采用冲入法进行球化，球化剂为无锡吉恒铸造材料有限公司JH-5T球化剂(球化剂成分含量满足：Si 35-42wt％，RE 0.85-1.15wt％，Mg 5.55-6.15wt％，余量为铁)，加入量为铁液总重量的1.2％，控制球化反应在70s内完成；采用多次孕育技术，出铁时采用宜兴铁流公司BS-1孕育剂(Si72-74wt％、Al≤1.2wt％、Ba 1.6-2.4wt％，余量为铁)进行一次孕育，粒度为3-8mm，加入量为铁液重量的0.3％，浇注前采用75硅铁孕育块进行二次孕育(Si 71-73wt％、Al≤1.2wt％、S≤0.02wt％、Ca 0.7- 1.3wt％、Ba 1.6-2.4wt％，余量为铁)，加入量为铁液重量的0.3％；最终制得由以下重量百分比的成分组成的铁液(也即最终铸铁的成分含量)：C 3.72％,Si 2.32％，Mn 0.15％，P 0.018％，S 0.009％，Ti 0.012％，Cu 0.46％，Sb 0.004％，RE 0.008％，Mg 0.039％，余量为铁。将铁液静置到1382℃浇注铸件。 [0033] 对MTU20V1163TB93船用柴油机机体附铸试块进行性能检测，结果见表1。 [0034] 表1 机体附铸试块性能检测结果 [0035] [0036] [0037] 图1-4为本发明2#附铸试块、3#附铸试块的分别放大100倍和500倍的金相图，由附图可以看出球化等级为2级，石墨大小为6级，珠光体≥65％，无碳化物，无碎块状石墨及开花状石墨等异常石墨，石墨形态合格。 [0038] 附图5-7为本发明1#为外浇试块、2#附铸试块、3#附铸试块的结构尺寸图。 [0039] 实施例2 [0040] 采用生铁、废钢、硅铁、锰铁、电解铜、锑锭为原料配料，采用冲天炉—电炉双联熔炼，冲天炉熔炼原铁水，电炉加合金调成分，采用冲入法进行球化，球化剂为无锡吉恒铸造材料有限公司JH-5T球化剂，加入量为铁液总重量的1.1％，控制球化反应在80s内完成；采用多次孕育技术，出铁时采用宜兴铁流公司BS-1孕育剂进行一次孕育，粒度为3-8mm，加入量为铁液重量的0.4％，浇注前采用75硅铁孕育块进行二次孕育，加入量为铁液重量的0.3％；最终制得由以下重量百分比的成分组成的铁液：C 3.75％,Si 2.30％，Mn 0.20％，P 0.015％，S 0.006％，Ti 0.011％，Cu 0.40％，Sb 0.005％，RE 0.006％，Mg0.04％，余量为铁。将铁液静置到1390℃浇注铸件。 [0041] 表2 机体附铸试块性能检测结果 [0042] [0043] 实施例3 [0044] 采用生铁、废钢、硅铁、锰铁、电解铜、锑锭为原料配料，采用冲天炉—电炉双联熔炼，冲天炉熔炼原铁水，电炉加合金调成分，采用冲入法进行球化，球化剂为无锡吉恒铸造材料有限公司JH-5T球化剂，加入量为铁液总重量的1.25％，控制球化反应在95s内完成；采用多次孕育技术，出铁时采用宜兴铁流公司BS-1孕育剂进行一次孕育，粒度为3-8mm，加入量为铁液重量的0.5％，浇注前采用75硅铁孕育块进行二次孕育，加入量为铁液重量的0.3％；最终制得由以下重量百分比的成分组成的铁液：C 3.80％,Si 2.35％，Mn 0.18％，P 0.015％，S 0.01％，Ti 0.015％，Cu 0.45％，Sb 0.006％，RE 0.007％，Mg 0.045％，余量为铁。将铁液静置到1386℃浇注铸件。 [0045] 表3 机体附铸试块性能检测结果 [0046] |
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