专利名称：一种柴油机球墨铸铁曲轴及其无冒口铸造工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种柴油机球墨铸铁曲轴，该球墨铸铁曲轴具有良好的力学性能， 本发明同时还涉及该曲轴的无冒口铸造工艺。
背景技术：
曲轴是柴油机的关键部件之一，其性能好坏直接影响柴油机的寿命。曲轴工 作时承受着大负荷和不断变化的弯矩和扭矩作用，常见的失效形式为弯曲疲劳断 裂及轴颈磨损，因此要求曲轴材质具有较高的刚性和疲劳强度以及良好的耐磨性 能。随着球墨铸铁技术的发展，其性能也在不断提高，优质廉价的球铁已成为制 造曲轴的重要材料之一，其具有制造方便、成本低廉，又具有吸震、耐磨、对表 面裂纹不敏感等优良特性。
现有技术中曲轴的铸造工艺主要采用大冒口铸造工艺，具体为曲轴径向中心 分型，自由端加球型大冒口，水平浇铸竖起冷却，通过上部大冒口进行补縮，其 主要工艺过程如下
(1) 所有机型的柴油机曲轴均采用干模砂造型、并在自由端安置球型大冒口， 烘干、合箱后等待浇注；
(2) 冲天炉直接出铁液球化孕育处理后进行水平浇注；
(3) 浇注完毕后3分钟内将铸件竖起冷却。
上述铸造工艺的铸件易在大冒口根部出现縮松縮孔缺陷，造成铸件质量不稳 定、废品率高的现象发生，并且该工艺操作性差，工人危险性大，占用场地大，
生产周期长。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种柴油机球墨铸铁曲轴，该曲轴可以承受大负荷 和不断变化的弯矩和扭矩作用，具有良好的力学性能。
本发明的上述目的通过如下技术方案来实现的 一种柴油机球墨铸铁曲轴， 其特征在于所述球墨铸铁曲轴中各组分所占的质量百分比为W (C): 3.80%
3.卯％， w (Si): 2.10% 2.40%， 0<w (Mn)《0.30%， 0<w (P)《0.060%， 0<w(S)《0.020%， w(Cu): 0.60% 0.80%， w (Mo): 0.20% 0.30%， w (RE): 0.020% 0.040% w (Mg): 0.030% 0.050%，其余为Fe。
本发明的目的之二是提供上述柴油机球墨铸铁曲轴的无冒口铸造工艺，该铸 造工艺的铸件不会在根部出现縮松縮孔缺陷，铸件的力学性能可靠、成品率高。
本发明的这一目的通过如下技术方案来实现的 一种柴油机球墨铸铁曲轴的 无冒口铸造工艺，其包括如下步骤
(1) 铸型造型步骤选取干模砂为造型材料填充在浇铸模腔内，在干模砂的砂 体上开设与曲轴的主轴和曲轴相对应位置设置的L型浇注系统，并且在所述曲轴 的主轴径部和曲轴径部放置冷铁，所述浇注系统由直浇道、横浇道和多个内浇道 组成，其中所述直浇道和所述横浇道连通，多个内浇道分别和所述横浇道垂直设 置，并且分别与所述横浇道连通，所述干模砂的砂体上还开设有多个冷冒口；
(2) 球墨铸铁双联熔炼步骤
(2a)将球墨铸铁的原料投入冲天炉中进行熔炼，得到熔炼铁液A;
(2b)将步骤(2a)获得的熔炼铁液A倒入脱硫铁液包内，并加入脱硫剂进行吹氮 气搅拌脱硫，得到脱硫铁液B;
(2c)将步骤(2b)获得的脱硫铁液B倒入保温炉中升温，同时调整铁液的化学成 份，控制铁液中碳、硅元素所占的质量百分比，得到铁液C;
(3) 铁液球化处理步骤将步骤(2c)获得的铁液C倒入球化包内，加入球化剂
进行球化处理，球化处理完毕后对铁液进行扒渣，得到铁液D;
(4) 铁液二次孕育步骤
(4a)在步骤(3)获得的铁液D中加入孕育剂进行第一次孕育处理，得到铁液E; (4b)将步骤(4a)获得的铁液E倒入待浇注铸型对应的浇口杯内，在浇口杯内加 入孕育块进行第二次孕育处理，得到浇注铁液F;
(5) 铁液浇注步骤将步骤(4b)获得的浇注铁液F倒入步骤(l)获得的铸型中进 行浇铸，浇铸采用水平浇注和水平冷却方式，获得球墨铸铁曲轴铸件，该球墨铸 铁曲轴铸件中各组分所占的质量百分比为w(C): 3.80% 3.90%， w(Si): 2.10% 2.40%, 0<w (Mn)《0.30%， 0<w (P)《0.060%， 0<w (S)《0.020%， w (Cu): 0.60% 0.80%， w(Mo): 0.20% 0.30%， w (RE): 0.020% 0.040%， w (Mg): 0.030% 0.050%，其余为Fe。其中，RE是中文稀土的表示，稀土的英文是rare earthmetals，也可以统称为 RE，由于稀土元素之间性质相近，分离困难，所以经常以混合物形式加入合金中。
上述步骤(l)中所述浇注系统中各浇道要选择合适的横截面，各浇道最佳的截 面积比为A内A横A直为80 95: 150 170: 50 70。
上述步骤(2a)中球墨铸铁的原料为生铁、废球墨铸铁和废钢组成的混合物，其 中生铁、废球墨铸铁和废钢按重量份数比40 60: 30 40: 10 20的配比组成， 冲天炉中的熔炼温度为1430'C 146(TC，熔炼时间为0.5 1.1小时。
上述步骤(2b)中，在脱硫铁液包内加入的脱硫剂的质量和熔炼铁液A的质量比 为l: 40 65，加入的脱硫剂为低熔点氧化钙复合脱硫剂，脱硫剂中各组分按重量 份数比为CaO: CaC2: CaF2为40 60: 20 30: 5 10，脱硫时间为5 8min， 脱硫后的铁液温度为128(TC 1340'C。
上述步骤(2c)中脱硫铁液B在保温炉中升温后，铁液温度升至1430°C 1450°C,调整铁液的化学成份，控制铁液中碳、硅元素的含量，其中碳的含量通 过添加增碳剂来控制，硅的含量通过添加75 SiFe(含硅量为75%的硅铁，即75 SiFe 中各组分所占的质量百分比为75%Si， 25n/。Fe)来控制。
上述步骤(3)中，铁液C倒入球化包内加入的球化剂为铜镁合金，其中，球化 剂中各组分所占的质量百分比为其成分为w(Mg): 7.89%， w(RE): 4.38%， w(Si): 34.6%， w (Cu): 20%，其余为Fe，加入的球化剂的质量和铁液C的质量比为1: 70 85，球化温度143(TC 1450。C，球化时间为40 90秒。
上述步骤(4a)第一次孕育处理中加入的孕育剂中各组分所占的质量百分比为 Si: 70% 75%， Ba: 1.5% 2.5%， Ca: 1.0% 2.0%，其余为Fe，加入的孕育剂 的质量和铁液D的质量比为1: 110 140，孕育时间为2 3min;
上述步骤(4b)第二次孕育处理中加入的孕育块为75 SiFe孕育块，其加入的质 量和铁液E的质量比为1: 500，孕育时间为30 50秒。
本发明的铸造工艺的理论基础是均衡凝固理论，均衡凝固理论是根据铸件铁
液冷却时要体积收縮，凝固时析出石墨产生体积膨胀的事实，从自我补縮方式来
实现均匀凝固。球墨铸铁凝固时产生的共晶膨胀力非常大， 一方面铸型壁迁移胀
大，另一方面内部还存在縮松缺陷，形成了型壁迁移造成縮松的说法。实际上，
型腔扩大是石墨化体积膨胀造成，而出现的縮松是石墨化膨胀的自我补縮能力没
有被充分利用的结果；在凝固过程中，共晶石墨球团未相互接触时，石墨化膨胀力会使球间铁液受迫流动，推动相邻团一起移动，具有一定均衡补縮效果。如果 铸型刚硬不发生变形.此时膨胀力只能集中内向作用，球团、枝晶和晶间残余铁液 向枝晶末梢的縮松区挤压，使枝晶主干伸长并带动球团一起占据縮松孔洞，直到 枝晶末梢相互接触、挤压、焊合，形同塑性变形流动；这种因固态枝晶苏醒变形 流动延伸产生补縮效果，运用在无冒口生产时可获得较好的致密铸件。
与现有技术相比，本发明具有如下显著优点
(1) 本发明采用无冒口工艺，可以防治传统大冒口工艺中铸件根部出现縮松縮 孔的缺陷，可获得较好的致密铸件，提高铸件的产品质量，降低废品率，降低生 产成本，提高经济效益；
(2) 本发明采用干模砂为造型材料，干模砂刚性较高、散热速度较快，可加快 铸件的冷却速度，达到更好的冷却效果；
(3) 本发明采用平浇平冷、快速浇注方式，其浇注系统采用L型浇注系统，内 浇道中间引入方式，可以加速铸件的冷却；
(4) 本发明在主轴径部和曲轴径部放置大量冷铁或采用铁型覆砂进行冷却，达 到强化铸型冷却的效果；
(5) 本发明在铸型中设置多个出气冒口，加强透气性和散热作用；
(6) 本发明采用冲天炉保温电炉双联熔炼时，对球墨铸铁铁液进行炉外脱硫， 使S含量达到0.020W以下，达到脱硫目的，使铸件具备更好的力学性能；
(7) 本发明铁液球化处理后，采用二次孕育处理，加强孕育过程，使铁液中的
异质核心显著增加，核心存在于整个熔体，有利于铸件的全截面同时结晶，使铸 件具有良好的力学性能；
(8) 采用本发明铸造出来的铸件成品率高达93% 97%，铸件的金相组织和力 学性能均达到技术要求。
图1是本发明曲轴浇注的整体结构示意图，显示各部件在铸型中的位置关系; 图2是本发明曲轴浇注系统示意图，显示各浇道之间的位置关系。
具体实施方式
实施例一一种柴油机球墨铸铁曲轴的无冒口铸造工艺，其包括如下步骤
(1) 铸型造型步骤选取干模砂为造型材料填充在浇铸模腔内，在干模砂的砂 体上开设与曲轴1的主轴和曲轴相对应位置设置的L型浇注系统，如图l、图2
所示，并且在曲轴l的主轴径部和曲轴径部放置冷铁3，冷铁3总重约1530Kg， 浇注系统由直浇道5、横浇道6和多个内浇道4组成，其中直浇道5和横浇道6连 通，多个内浇道4分别和横浇道6垂直设置，并且分别与横浇道6连通，干模砂
的砂体上还开设有7个冷冒口 3，浇注系统截面积比为A内A横A直为80: 150: 50;
(2) 球墨铸铁双联熔炼步骤
(2a)将生铁、废球墨铸铁和废钢按重量份数比40: 30: IO的配比组成的原料 投入冲天炉中进行熔炼，熔炼温度为143(TC，熔炼时间为0.5小时，得到熔炼铁
液A;
(2b)将步骤(2a)获得的熔炼铁液A倒入脱硫铁液包内，并加入脱硫剂进行吹氮 气搅拌脱硫，加入的脱硫剂的质量和熔炼铁液A的质量比为1: 65，加入的脱硫 剂为低熔点氧化钙复合脱硫剂，脱硫剂中各组分按重量份数比为CaO: CaC2: CaF2为60:30:10，脱硫时间为5min，得到脱硫铁液B，脱硫后的铁液温度为1280°C;
(2c)将步骤(2b)获得的脱硫铁液B倒入保温炉中升温，铁液温度升至143(TC 。C ， 同时调整铁液的化学成份，控制铁液中碳、硅元素的含量，其中碳的含量通过添 加增碳剂来控制，硅的含量通过添加75 SiFe(含硅量为75%的硅铁，即75 SiFe中 各组分所占的质量百分比为75%Si， 25。/。Fe)来控制，得到铁液C;
(3) 铁液球化处理步骤将步骤(2c)获得的铁液C倒入球化包内进行球化处理， 球化剂为铜镁合金，其中，球化剂中各组分所占的质量百分比为其成分为W(Mg): 7.89%， w(RE): 4.38%， w(Si): 34.6%, w (Cu): 20%,其余为Fe，加入的球化 剂的质量和铁液C的质量比为1: 70，球化温度1430°C，球化时间为40秒，球
化处理完毕后对铁液进行扒渣，得到铁液D;
(4) 铁液二次孕育步骤
(4a)在步骤(3)获得的铁液D中加入孕育剂进行第一次孕育处理，其中，孕育
剂中各组分所占的质量百分比为Si: 70%， Ba: 1.5%， Ca: 1.0%，其余为Fe，
加入的孕育剂的质量和铁液D的质量比为1: 110，孕育时间为2tnin，得到铁液E;
(4b)将步骤(4a)获得的铁液E倒入待浇注铸型对应的浇口杯内，在浇口杯内加入75 SiFe孕育块进行第二次孕育处理，加入的75 SiFe孕育块的质量和铁液E的 质量比为l: 500，孕育时间为30秒，得到浇注铁液F;
(5)铁液浇注步骤将步骤(4b)获得的浇注铁液F倒入步骤(l)获得的铸型中进 行浇铸，浇铸采用水平浇注和水平冷却方式，获得球墨铸铁曲轴铸件，该球墨铸 铁曲轴铸件中各组分所占的质量百分比为w (C): 3.80%， w (Si): 2.10%， w (Mn): 0.30o/o， w (P): 0.060o/o， w (S): 0.020o/o， w (Cu): 0.60%， w (Mo): 0.20%， w (RE): 0.020%, w (Mg): 0.030%，其余为Fe。
实施例二
一种柴油机球墨铸铁曲轴的无冒口铸造工艺，其包括如下步骤-
(1) 铸型造型步骤选取干模砂为造型材料填充在浇铸模腔内，在干模砂的砂 体上开设与曲轴1的主轴和曲轴相对应位置设置的L型浇注系统，并且在曲轴1 的主轴径部和曲轴径部放置冷铁3，冷铁3总重约1530Kg，浇注系统由直浇道5、 横浇道6和多个内浇道4组成，其中直浇道5和横浇道6连通，多个内浇道4分 别和横浇道6垂直设置，并且分别与横浇道6连通，干模砂的砂体上还开设有7
个冷冒口3，浇注系统截面积比为A内A横A直为85: 160: 60;
(2) 球墨铸铁双联熔炼步骤
(2a)将生铁、废球墨铸铁和废钢按重量份数比50: 35: 15的配比组成的原料 投入冲天炉中进行熔炼，熔炼温度为144(TC，熔炼时间为0.8小时，得到熔炼铁
液A;
(2b)将步骤(2a)获得的熔炼铁液A倒入脱硫铁液包内，并加入脱硫剂进行吹氮 气搅拌脱硫，加入的脱硫剂的质量和熔炼铁液A的质量比为1: 50，加入的脱硫 剂为低熔点氧化钙复合脱硫剂，脱硫剂中各组分按重量份数比为CaO: CaC2: CaF2为50:25:8，脱硫时间为6min，得到脱硫铁液B，脱硫后的铁液温度为130(TC;
(2c)将步骤(2b)获得的脱硫铁液B倒入保温炉中升温，铁液温度升至1440'C， 同时调整铁液的化学成份，控制铁液中碳、硅元素的含量，其中碳的含量通过添 加增碳剂来控制，硅的含量通过添加75 SiFe(含硅量为75%的硅铁，即75 SiFe中 各组分所占的质量百分比为75%Si， 25。/。Fe)来控制，得到铁液C;
(3) 铁液球化处理步骤将步骤(2c)获得的铁液C倒入球化包内进行球化处理，
球化剂为铜镁合金，其中，球化剂中各组分所占的质量百分比为其成分为W(Mg):7.89%, w(RE): 4.38%， w(Si): 34.6%, w (Cu): 20%，其余为Fe，加入的球化 剂的质量和铁液C的质量比为1: 80，球化温度1440°C，球化时间为60秒，球
化处理完毕后对铁液进行扒渣，得到铁液D; (4)铁液二次孕育步骤
(4a)在步骤(3)获得的铁液D中加入孕育剂进行第一次孕育处理，其中，孕育 剂中各组分所占的质量百分比为Si: 72%， Ba: 2%， Ca: 1.5%，其余为Fe，加 入的孕育剂的质量和铁液D的质量比为1: 120，孕育时间为2.5min，得到铁液E;
(4b)将步骤(4a)获得的铁液E倒入待浇注铸型对应的浇口杯内，在浇口杯内加 入75 SiFe孕育块进行第二次孕育处理，加入的75 SiFe孕育块的质量和铁液E的 质量比为l: 500,孕育时间为40秒，得到浇注铁液F;
(5)铁液浇注步骤将步骤(4b)获得的浇注铁液F倒入步骤(l)获得的铸型中进 行浇铸，浇铸采用水平浇注和水平冷却方式，获得球墨铸铁曲轴铸件，该球墨铸 铁曲轴铸件中各组分所占的质量百分比为w(C): 3.85%， w(Si): 2.2%， w(Mn)-0.30%， w (P): 0.060%， w (S): 0.020%， w (Cu): 0.70%, w (Mo): 0.25%， w (RE): 0.030%， w (Mg): 0.040%,其余为Fe。
实施例三
一种柴油机球墨铸铁曲轴的无冒口铸造工艺，其包括如下步骤-
(1) 铸型造型步骤选取干模砂为造型材料填充在浇铸模腔内，在干模砂的砂 体上开设与曲轴1的主轴和曲轴相对应位置设置的L型浇注系统，并且在曲轴1 的主轴径部和曲轴径部放置冷铁3，冷铁3总重约1530Kg，浇注系统由直浇道5、 横浇道6和多个内浇道4组成，其中直浇道5和横浇道6连通，多个内浇道4分 别和横浇道6垂直设置，并且分别与横浇道6连通，干模砂的砂体上还开设有7
个冷冒口3，浇注系统截面积比为A内A横A直为95: 170: 70;
(2) 球墨铸铁双联熔炼步骤
(2a)将生铁、废球墨铸铁和废钢按重量份数比60: 40: 20的配比组成的原 料投入冲天炉中进行熔炼，熔炼温度为146(TC，熔炼时间为1.1小时，得到熔炼
铁液A;
(2b)将步骤(2a)获得的熔炼铁液A倒入脱硫铁液包内，并加入脱硫剂进行吹氮 气搅拌脱硫，加入的脱硫剂的质量和熔炼铁液A的质量比为1: 65，加入的脱硫剂为低熔点氧化钙复合脱硫剂，脱硫剂中各组分按重量份数比为CaO: CaC2: CaF2为40:20:5，脱硫时间为8min，得到脱硫铁液B，脱硫后的铁液温度为1340°C;
(2c)将步骤(2b)获得的脱硫铁液B倒入保温炉中升温，铁液温度升至1450°C， 同时调整铁液的化学成份，控制铁液中碳、硅元素的含量，其中碳的含量通过添 加增碳剂来控制，硅的含量通过添加75 SiFe(含硅量为75%的硅铁，即75 SiFe中 各组分所占的质量百分比为75%Si, 25WFe)来控制，得到铁液C;
(3) 铁液球化处理步骤将步骤(2c)获得的铁液C倒入球化包内进行球化处理， 球化剂为铜镁合金，其中，球化剂中各组分所占的质量百分比为其成分为W(Mg).-7.89%， w(RE): 4.38%， w(Si): 34.6%, w (Cu): 20%，其余为Fe，加入的球化 剂的质量和铁液C的质量比为1: 85，球化温度1450°C，球化时间为90秒，球
化处理完毕后对铁液进行扒渣，得到铁液D;
(4) 铁液二次孕育步骤
(4a)在步骤(3)获得的铁液D中加入孕育剂进行第一次孕育处理，其中，孕育 剂中各组分所占的质量百分比为Si: 75%, Ba: 2.5%， Ca: 2.0%，其余为Fe， 加入的孕育剂的质量和铁液D的质量比为h 140，孕育时间为3min，得到铁液E;
(4b)将步骤(4a)获得的铁液E倒入待浇注铸型对应的浇口杯内，在浇口杯内加 入75 SiFe孕育块进行第二次孕育处理，加入的75 SiFe孕育块的质量和铁液E的 质量比为l: 500，孕育时间为50秒，得到浇注铁液F;
(5)铁液浇注步骤将步骤(4b)获得的浇注铁液F倒入步骤(l)获得的铸型中进 行浇铸，浇铸采用水平浇注和水平冷却方式，获得球墨铸铁曲轴铸件，该球墨铸 铁曲轴铸件中各组分所占的质量百分比为w (C): 3.90%， w (Si): 2.40%， w (Mn): 0.25o/o， w (P): 0.055%， w (S): 0.015%， w (Cu): 0.80%， w (Mo): 0.30%， w (RE): 0.040% w (Mg): 0.050%，其余为Fe。
实施例四
一种柴油机球墨铸铁曲轴的无冒口铸造工艺，其包括如下步骤 (l)铸型造型步骤选取干模砂为造型材料填充在浇铸模腔内，在干模砂的砂 体上开设与曲轴1的主轴和曲轴相对应位置设置的L型浇注系统，并且在曲轴1 的主轴径部和曲轴径部放置冷铁3，冷铁3总重约1530Kg，浇注系统由直浇道5、 横浇道6和多个内浇道4组成，其中直浇道5和横浇道6连通，多个内浇道4分别和横浇道6垂直设置，并且分别与横浇道6连通，千模砂的砂体上还开设有7
个冷冒口3，浇注系统截面积比为A内A横A直为90.3: 162: 63.6;
(2) 球墨铸铁双联熔炼步骤
(2a)将生铁、废球墨铸铁和废钢按重量份数比50: 25: 15的配比组成的原料 投入冲天炉中进行熔炼，熔炼温度为1450°C，熔炼时间为0.9小时，得到熔炼铁
液A;
(2b)将步骤(2a)获得的熔炼铁液A倒入脱硫铁液包内，并加入脱硫剂进行吹氮 气搅拌脱硫，加入的脱硫剂的质量和熔炼铁液A的质量比为1: 45，加入的脱硫 剂为低熔点氧化钙复合脱硫剂，脱硫剂中各组分按重量份数比为CaO: CaC2: CaF2为45:20:5，脱硫时间为7min，得到脱硫铁液B，脱硫后的铁液温度为1320°C;
(2c)将步骤(2b)获得的脱硫铁液B倒入保温炉中升温，铁液温度升至1440°C， 同时调整铁液的化学成份，控制铁液中碳、硅元素的含量，其中碳的含量通过添 加增碳剂来控制，硅的含量通过添加75 SiFe(含硅量为75%的硅铁，即75 SiFe中 各组分所占的质量百分比为75%Si， 25。/。Fe)来控制，得到铁液C;
(3) 铁液球化处理步骤将步骤(2c)获得的铁液C倒入球化包内进行球化处理，
球化剂为铜镁合金，其中，球化剂中各组分所占的质量百分比为其成分为W(Mg):
7.89%， w(RE): 4.38%， w(Si): 34.6%， w (Cu): 20%，其余为Fe，加入的球化 剂的质量和铁液C的质量比为1: 75，球化温度1440°C，球化时间为75秒，球 化处理完毕后对铁液进行扒渣，得到铁液D;
(4) 铁液二次孕育步骤
(4a)在步骤(3)获得的铁液D中加入孕育剂进行第一次孕育处理，其中，孕育 剂中各组分所占的质量百分比为Si: 75%, Ba: 2.0%, Ca: 2.0%，其余为Fe， 加入的孕育剂的质量和铁液D的质量比为1: 130，孕育时间为3min，得到铁液E;
(4b)将步骤(4a)获得的铁液E倒入待浇注铸型对应的浇口杯内，在浇口杯内加 入75 SiFe孕育块进行第二次孕育处理，加入的75 SiFe孕育块的质量和铁液E的 质量比为l: 500，孕育时间为45秒，得到浇注铁液F;
(5)铁液浇注步骤将步骤(4b)获得的浇注铁液F倒入步骤(l)获得的铸型中进 行浇铸，浇铸采用水平浇注和水平冷却方式，获得球墨铸铁曲轴铸件，该球墨铸 铁曲轴铸件中各组分所占的质量百分比为w (C): 3.82%， w (Si): 2.12%， w
(Mn): 0.25%， w (P): 0.055%， w (S): 0.015%， w (Cu): 0.65%， w (Mo):0.30%， w (RE): 0.030% w (Mg): 0.050%，其余为Fe。 实施例五
一种柴油机球墨铸铁曲轴的无冒口铸造工艺，其包括如下步骤
(1) 铸型造型步骤选取干模砂为造型材料填充在浇铸模腔内，在干模砂的砂 体上开设与曲轴1的主轴和曲轴相对应位置设置的L型浇注系统，并且在曲轴1
的主轴径部和曲轴径部放置冷铁3，冷铁3总重约1530Kg，浇注系统由直浇道5、 横浇道6和多个内浇道4组成，其中直浇道5和横浇道6连通，多个内浇道4分 别和横浇道6垂直设置，并且分别与横浇道6连通，干模砂的砂体上还开设有7
个冷冒口3，浇注系统截面积比为A内A横A直为82: 155: 55;
(2) 球墨铸铁双联熔炼步骤
(2a)将生铁、废球墨铸铁和废钢按重量份数比45: 32: 12的配比组成的原料 投入冲天炉中进行熔炼，熔炼温度为1435°C，熔炼时间为0.6小时，得到熔炼铁
液A;
(2b)将步骤(2a)获得的熔炼铁液A倒入脱硫铁液包内，并加入脱硫剂进行吹氮 气搅拌脱硫，加入的脱硫剂的质量和熔炼铁液A的质量比为1: 55，加入的脱硫 剂为低熔点氧化钙复合脱硫剂，脱硫剂中各组分按重量份数比为CaO: CaC2: CaF2为55:25:10，脱硫时间为6min，得到脱硫铁液B，脱硫后的铁液温度为1290 °C;
(2c)将步骤(2b)获得的脱硫铁液B倒入保温炉中升温，铁液温度升至143(TC 145(TC，同时调整铁液的化学成份，控制铁液中碳、硅元素的含量，其中碳的含 量通过添加增碳剂来控制，硅的含量通过添加75 SiFe(含硅量为75%的硅铁，即 75SiFe中各组分所占的质量百分比为75%Si， 25。/。Fe)来控制，得到铁液C;
(3) 铁液球化处理步骤将步骤(2c)获得的铁液C倒入球化包内进行球化处理，
球化剂为铜镁合金，其中，球化剂中各组分所占的质量百分比为其成分为W(Mg):
7.89%， w(RE): 4.38%, w(Si): 34.6%, w (Cu): 20%，其余为Fe，加入的球化 剂的质量和铁液C的质量比为1: 75，球化温度"35'C，球化时间为50秒，球
化处理完毕后对铁液进行扒渣，得到铁液D;
(4) 铁液二次孕育步骤
(4a)在步骤(3)获得的铁液D中加入孕育剂进行第一次孕育处理，其中，孕育 剂中各组分所占的质量百分比为Si: 72%， Ba: 1.8%, Ca: 1.2%,其余为Fe，加入的孕育剂的质量和铁液D的质量比为1: 115,孕育时间为2.5min，得到铁液
E;
(4b)将步骤(4a)获得的铁液E倒入待浇注铸型对应的浇口杯内，在浇口杯内加 入75 SiFe孕育块进行第二次孕育处理，加入的75 SiFe孕育块的质量和铁液E的 质量比为l: 500，孕育时间为35秒，得到浇注铁液F;
(5)铁液饶注步骤将步骤(4b)获得的浇注铁液F倒入步骤(l)获得的铸型中进 行浇铸，浇铸采用水平浇注和水平冷却方式，获得球墨铸铁曲轴铸件，该球墨铸 铁曲轴铸件中各组分所占的质量百分比为w (C): 3.82%， w (Si): 2.15%, w (Mn): 0.20%， w (P): 0.050%， w (S): 0.010%， w (Cu): 0,65%， w (Mo): 0.25%, w (RE): 0.025% w (Mg): 0.035%，其余为Fe。
实施例六
一种柴油机球墨铸铁曲轴的无冒口铸造工艺，其包括如下步骤
(1) 铸型造型步骤选取干模砂为造型材料填充在浇铸模腔内，在干模砂的砂 体上开设与曲轴1的主轴和曲轴相对应位置设置的L型浇注系统，并且在曲轴1
的主轴径部和曲轴径部放置冷铁3，冷铁3总重约1530Kg，浇注系统由直浇道5、 横浇道6和多个内浇道4组成，其中直浇道5和横浇道6连通，多个内浇道4分 别和横浇道6垂直设置，并且分别与横浇道6连通，干模砂的砂体上还开设有7 个冷冒口3，浇注系统截面积比为A内A横A直为92: 165: 65;
(2) 球墨铸铁双联熔炼步骤
(2a)将生铁、废球墨铸铁和废钢按重量份数比55: 38: 18的配比组成的原料 投入冲天炉中进行熔炼，熔炼温度为145(TC，熔炼时间为l小时，得到熔炼铁
液A;
(2b)将步骤(2a)获得的熔炼铁液A倒入脱硫铁液包内，并加入脱硫剂进行吹氮 气搅拌脱硫，加入的脱硫剂的质量和熔炼铁液A的质量比为1: 50，加入的脱硫 剂为低熔点氧化钙复合脱硫剂，脱硫剂中各组分按重量份数比为CaO: CaC2: CaF2为45:20:10，脱硫时间为7min，得到脱硫铁液B，脱硫后的铁液温度为133(TC;
(2c)将步骤(2b)获得的脱硫铁液B倒入保温炉中升温，铁液温度升至1445°C， 同时调整铁液的化学成份，控制铁液中碳、硅元素的含量，其中碳的含量通过添 加增碳剂来控制，硅的含量通过添加75 SiFe(含硅量为75%的硅铁，即75 SiFe中各组分所占的质量百分比为75%Si， 25。/。Fe)来控制，得到铁液C;
(3) 铁液球化处理步骤将步骤(2c)获得的铁液C倒入球化包内进行球化处理,
球化剂为铜镁合金，其中，球化剂中各组分所占的质量百分比为其成分为W(Mg):
7.89%, w(RE): 4.38%, w(Si): 34.6%, w (Cu): 20%，其余为Fe，加入的球化 剂的质量和铁液C的质量比为1: 80，球化温度1445°C，球化时间为80秒，球 化处理完毕后对铁液进行扒渣，得到铁液D;
(4) 铁液二次孕育步骤
(4a)在步骤(3)获得的铁液D中加入孕育剂进行第一次孕育处理，其中，孕育 剂中各组分所占的质量百分比为Si: 75%， Ba: 2.5%， Ca: 2.0%，其余为Fe， 加入的孕育剂的质量和铁液D的质量比为1: 135，孕育时间为3min，得到铁液E;
(4b)将步骤(4a)获得的铁液E倒入待浇注铸型对应的浇口杯内，在浇口杯内加 入75 SiFe孕育块进行第二次孕育处理，加入的75 SiFe孕育块的质量和铁液E的 质量比为l: 500，孕育时间为45秒，得到浇注铁液F;
(5)铁液浇注步骤将步骤(4b)获得的浇注铁液F倒入步骤(l)获得的铸型中进 行浇铸，浇铸采用水平浇注和水平冷却方式，获得球墨铸铁曲轴铸件，该球墨铸 铁曲轴铸件中各组分所占的质量百分比为w (C): 3.85%， w (Si): 2.35%， w (Mn): 0.20%， w (P): 0.050%， w (S): 0.010%， w (Cu): 0.75%, w (Mo): 0.28%， w (RE): 0.035% w (Mg): 0.045%,其余为Fe。
权利要求
1、一种柴油机球墨铸铁曲轴，其特征在于所述球墨铸铁曲轴中各组分所占的质量百分比为w(C)3.80％～3.90％，w(Si)2.10％～2.40％，0<w(Mn)≤0.30％，0<w(P)≤0.060％，0<w(S)≤0.020％，w(Cu)0.60％～0.80％，w(Mo)0.20％～0.30％，w(RE)0.020％～0.040％w(Mg)0.030％～0.050％，其余为Fe。
2、 一种如权利要求l所述的柴油机球墨铸铁曲轴的无冒口铸造工艺，其包括如下步骤(1) 铸型造型步骤选取干模砂为造型材料填充在浇铸模腔内，在干模砂的砂 体上开设与曲轴的主轴和曲轴相对应位置设置的L型浇注系统，并且在所述曲轴 的主轴径部和曲轴径部放置冷铁，所述浇注系统由直浇道、横浇道和多个内浇道 组成，其中所述直浇道和所述横浇道连通，多个内浇道分别和所述横浇道垂直设 置，并且分别与所述横浇道连通，所述干模砂的砂体上还开设有多个冷冒口；(2) 球墨铸铁双联熔炼步骤(2a)将球墨铸铁的原料投入冲天炉中进行熔炼，得到熔炼铁液A; (2b)将步骤(2a)获得的熔炼铁液A倒入脱硫铁液包内，并加入脱硫剂进行吹氮 气搅拌脱硫，得到脱硫铁液B;(2c)将步骤(2b)获得的脱硫铁液B倒入保温炉中升温，同时调整铁液的化学成份，控制铁液中碳、硅元素所占的质量百分比，得到铁液C;(3) 铁液球化处理步骤将步骤(2c)获得的铁液C倒入球化包内，加入球化剂进行球化处理，球化处理完毕后对铁液进行扒渣，得到铁液D;(4) 铁液二次孕育步骤(4a)在步骤(3)获得的铁液D中加入孕育剂进行第一次孕育处理，得到铁液E; (4b)将步骤(4a)获得的铁液E倒入待浇注铸型对应的浇口杯内，在浇口杯内加入孕育块进行第二次孕育处理，得到浇注铁液F;(5) 铁液浇注步骤将步骤(4b)获得的浇注铁液F倒入步骤(l)获得的铸型中进行浇铸，浇铸采用水平浇注和水平冷却方式，获得球墨铸铁曲轴铸件，该球墨铸铁曲轴铸件中各组分所占的质量百分比为w(C): 3.80% 3.90%， w(Si): 2.10% 2.40%， 0<w (Mn)《0.30%， 0<w (P)《0.060%， 0<w (S)《0.020%， w (Cu): 0.60% 0.80%, w(Mo): 0.20% 0.30%， w (RE): 0.020% 0.040%， w (Mg):030% 0.050%，其余为Fe。
3、 根据权利要求2所述的无冒口铸造工艺，其特征在于上述步骤(l)中所述 浇注系统中各浇道的截面积比为A内A横A直为80 95: 150 170: 50 70。
4、 根据权利要求2所述的无冒口铸造工艺，其特征在于上述步骤(2a)中球 墨铸铁的原料为生铁、废球墨铸铁和废钢组成的混合物，其中生铁、废球墨铸铁 和废钢按重量份数比40 60: 30 40: 10 20的配比组成，冲天炉中的熔炼温度 为1430°C 1460°C，熔炼时间为0.5 1.1小时。
5、 根据权利要求2所述的无冒口铸造工艺，其特征在于上述步骤(2b)中， 在脱硫铁液包内加入的脱硫剂的质量和熔炼铁液A的质量比为1: 40 65，加入 的脱硫剂为低熔点氧化钙复合脱硫剂，脱硫剂中各组分按重量份数比为CaO: CaC2: CaF2为40 60: 20 30: 5 10，脱硫时间为5 8min，脱硫后的铁液温度 为1280。C 1340。C。
6、 根据权利要求2所述的无冒口铸造工艺，其特征在于上述步骤(2c)中脱 硫铁液B在保温炉中升温后，铁液温度升至1430'C 145(rC，调整铁液的化学成 份，控制铁液中碳、硅元素的含量，其中碳的含量通过添加增碳剂来控制，硅的 含量通过添加75 SiFe来控制。
7、 根据权利要求2所述的无冒口铸造工艺，其特征在于上述步骤(3)中，铁 液C倒入球化包内加入的球化剂为铜镁合金，其中，球化剂中各组分所占的质量 百分比为其成分为w(Mg): 7.89%， w(RE): 4.38%， w(Si): 34.6%， w (Cu): 20%，其余为Fe，加入的球化剂的质量和铁液C的质量比为1: 70 85，球化温 度1430。C 1450。C，球化时间为40 卯秒。
8、 根据权利要求2所述的无冒口铸造工艺，其特征在于上述步骤(4a)第一 次孕育处理中加入的孕育剂中各组分所占的质量百分比为Si: 70% 75%， Ba: 1.5% 2.5%， Ca: 1.0% 2.0%，其余为Fe，加入的孕育剂的质量和铁液D的质量 比为l: 110 140，孕育时间为2 3min;上述步骤(4b)第二次孕育处理中加入的孕育块为75 SiFe孕育块，其加入的质量和铁液E的质量比为1: 500，孕育时间为30 50秒。
全文摘要
本发明公开了一种柴油机球墨铸铁曲轴，所述球墨铸铁曲轴中各组分所占的质量百分比为w(C)3.80％～3.90％，w(Si)2.10％～2.40％，0＜w(Mn)≤0.30％，0＜w(P)≤0.060％，0＜w(S)≤0.020％，w(Cu)0.60％～0.80％，w(Mo)0.20％～0.30％，w(RE)0.020％～0.040％，w(Mg)0.030％～0.050％，其余为Fe。本发明的球墨铸铁曲轴可以承受大负荷和不断变化的弯矩和扭矩作用，具有良好的力学性能。本发明同时还提供上述曲轴的无冒口铸造工艺，该铸造工艺的铸件不会在根部出现缩松缩孔缺陷，铸件的力学性能可靠、成品率高。
文档编号C21C7/064GK101429615SQ20081021991
公开日2009年5月13日 申请日期2008年12月12日 优先权日2008年12月12日
发明者关敏权, 张征义, 彭国强, 李兆宁, 李建辉, 柯志敏, 鲁仲华 申请人:广州柴油机厂