一种汽车减速器用球墨铸铁及其制备工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种汽车减速器用球墨铸铁及其制备工艺，所述汽车减速器用球墨铸铁，其材料化学成分的质量百分比为：碳：3.2～3.8％、硅1.6?2.8％、锰0.6～1.2％、稀土元素0.01?0.25％、镁0.08?0.23％、磷≦0.06％、硫≦0.02％，余量为铁，本发明的球墨铸铁材料的内部组织和表面组织分布均匀、致密，材料的力学性能优良，具有良好的旋转弯曲疲劳强度、表面硬度高、强度高、韧性、拉伸强度以及抗磨性，且制备成本低，材料的利用率高，技术工艺重现性好，制备工艺简单，使用寿命长，满足汽车减速器对材料的使用要求。
【专利说明】
一种汽车减速器用球墨铸铁及其制备工艺
技术领域
[0001] 本发明涉及铸铁冶炼技术领域技术领域，具体涉及一种汽车减速器用球墨铸铁及 其制备工艺。
【背景技术】
[0002] 自进入20世纪以来，汽车已经成为人们日常生活和工作中不可或缺的交通工具， "十二五"规划中汽车产业技术也成为科技部重点扶持的领域，即由汽车大国向汽车强国迈 进，拥有切实的自主创新能力，可信零部件国际化的突破，实现真正的产业升级。因此，如何 通过科学技术创新来实现这一目标就成为目前及未来汽车行业发展中必须重点解决的核 心问题。
[0003] 汽车减速器是汽车传动系中减小转速、增大扭矩的主要部件，它通过齿轮转动，把 电机的动力以合适的扭矩和转速传递给行走系，以适应汽车在不同路况下对牵引和行驶速 度的要求，它在汽车后桥中起着重要的作用，是汽车驱动的关键零部件，其质量直接关系着 汽车的行驶安全，由于主从动齿轮承受载荷大，工况差，属于汽车零部件中易损耗的部件， 在一台车的整个服役期间，常常要损耗多件主从动齿轮，而尺寸锻件的质量直接决定了传 动的稳定程度及齿轮的使用寿命。因此要求减速器的内部组织细密，力学性能良好，锻件的 成型尺寸和几何形状更接近与成品锻件的精度，但是毛坯的下料体积要求必须精确，锻造 力大，设备吨位大，内部组织的晶粒细小。现有技术中用于汽车减速器的材料还无法达到这 些要求，减速器的使用寿命短。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的不足，本发明提供了一种球墨铸铁，将应用于汽车减速器上，使得 减速器具有优良的机械性能，耐高温，韧性好，使用寿命长，且材料的利用率高。
[0005] 为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
[0006] -种汽车减速器用球墨铸铁，其材料化学成分的质量百分比为:碳:3.2~3.8%、 硅1.6-2.8%、锰0.6~1.2%、稀土元素0.01-0.25%、镁0.08-0.23%、磷兰0.06%、硫刍 0.02%，余量为铁。
[0007] 优选的，所述汽车减速器用球墨铸铁，其材料化学成分的质量百分比为:碳:3.5-3.8%、硅1.8-2.5%、锰0.8~1.0%、稀土元素 0.08-0.16%、镁 0.12-0.21 %、磷刍 0.06%、 硫兰0.02%，余量为铁。
[0008] -种汽车减速器用球墨铸铁的制备工艺，包括以下步骤：
[0009] (1)将生铁、废钢加入电炉中，升温至1420-1450°c进行熔炼，升温至1460-1490°c， 加入锰铁、镁铁、稀土元素和硅铁，进行合金化处理，然后调节各成分的比例，扒渣除去表面 浮渣；
[0010] (2)采用盖包法对步骤（1)的铁液进行球化处理，加入球化剂时同时加入孕育剂， 进行第一次孕育处理，静置3_5min;球化后，进行第二次孕育处理，加入0.2-0.3%的孕育 剂，调整铁液成分，然后扒渣除去表面浮渣，静置3-5min，然后在1320-1360°C下浇注成型， 浇注时进行第三系孕育处理，使孕育剂随铁水流入浇包，冷却后，得到预制品；
[0011] (3)将预制品进行连续等温淬火、低温回火处理，得到成型铸铁，淬火介质为饱和 的硝酸盐水溶液；
[0012] (4)取出铸铁，对其进行晶相分析，若试块金相中珠光体含量为25-50%，对铸铁进 行清理，喷漆，打包入库，得到汽车减速器用球墨铸铁。
[0013] 优选的，所述球化剂为稀土硅铁镁合金，其材料化学成分的质量百分比为：Mg 5.2-6.8%、RE 1.6-2.0%、Si 25-30%、Μη 1·8-3·6%、Α1 0.3-0.6%、其余为铁，其加入量 为原铁液质量的1.2-1.8%。
[0014]优选的，所述第一次孕育和第二次孕育时所用的孕育剂相同，都为碳化硅、碳化钨 的中的一种，其粒径为100-300纳米，第三次孕育时所用的孕育剂为硅、钙、铝、钡和铁的混 合物，孕育剂的粒径为30-50纳米。
[0015]优选的，所述汽车减速器用球墨铸铁中球墨的直径为30-50微米，球墨的密度多 300个/mm2。
[0016] 本发明的有益效果:本发明首先通过控制铁液中Si的含量，获得铁素体并控制铁 素体的含量，使铸件在高温不会引起体积膨胀而使铸件破坏，且在高温下促进铸铁形成致 密的二氧化硅氧化膜层，有效阻止氧离子向铸件内部的渗透侵入，防止进一步氧化，使铸件 抗氧化生长性能大大提高;孕育剂通过多次加入既由脱硫脱氧的作用，又可改善断面的球 化状态，还可以增加球墨的数量，细化球墨的尺寸，形成稳定的晶相，提高材料的抗氧化性 以及使用寿命;通过连续等温淬火获得内部基体组织为上贝氏体的球墨铸铁，加深了淬火 深度，获得表面基体组织为马氏体的球墨铸铁，增加铸件的表面硬度高、强度高、韧性以及 抗磨性。本发明的球墨铸铁材料的内部组织和表面组织分布均匀、致密，材料的力学性能优 良，具有良好的旋转弯曲疲劳强度、表面硬度高、强度高、韧性、拉伸强度以及抗磨性，且制 备成本低，材料的利用率高，技术工艺重现性好，制备工艺简单，使用寿命长，满足汽车减速 器对材料的使用要求。
【具体实施方式】
[0017] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例， 对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部 分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出 创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0018] 实施例1:
[0019] -种汽车减速器用球墨铸铁的制备工艺，包括以下步骤：
[0020] (1)将生铁、废钢加入电炉中，升温至1420-1430°c进行熔炼，升温至1460-1470°c， 加入锰铁、镁铁、稀土元素和硅铁，进行合金化处理，然后调节各成分的比例，扒渣除去表面 浮渣；
[0021] (2)采用盖包法对步骤(1)的铁液进行球化处理，加入原铁液质量的1.2%球化剂， 同时加入孕育剂，进行第一次孕育处理，静置3-5min;球化后，进行第二次孕育处理，加入 0.2-0.3 %的孕育剂，调整铁液成分为碳3.2 %、硅1.8 %、锰0.6 %、稀土元素0.08 %、镁 Ο · 23 %、磷兰Ο · 06 %、硫兰Ο · 02 %，然后扒渣除去表面浮渣，静置3-5min，然后在1320-1330 °C下浇注成型，浇注时进行第三系孕育处理，使孕育剂随铁水流入浇包，冷却后，得到预制 品；
[0022] (3)将预制品进行连续等温淬火、低温回火处理，得到成型铸铁，淬火介质为饱和 的硝酸盐水溶液；
[0023] (4)取出铸铁，对其进行晶相分析，若试块金相中珠光体含量为25-50%，对铸铁进 行清理，喷漆，打包入库，得到汽车减速器用球墨铸铁。
[0024] 实施例2:
[0025] -种汽车减速器用球墨铸铁的制备工艺，包括以下步骤：
[0026] (1)将生铁、废钢加入电炉中，升温至1420-1430°C进行熔炼，升温至1460-1470°C， 加入锰铁、镁铁、稀土元素和硅铁，进行合金化处理，然后调节各成分的比例，扒渣除去表面 浮渣；
[0027] (2)采用盖包法对步骤（1)的铁液进行球化处理，，加入原铁液质量的1.6%球化 剂，同时加入孕育剂，进行第一次孕育处理，静置3_5min;球化后，进行第二次孕育处理，加 入0.2-0.3%的孕育剂，调整铁液成分为碳3.5%、硅1.6%、锰1.2%、稀土元素0.25%、镁 0 · 21 %、磷兰0 · 06 %、硫兰0 · 02 %，然后扒渣除去表面浮渣，静置3-5min，然后在1330-1340 °C下浇注成型，浇注时进行第三系孕育处理，使孕育剂随铁水流入浇包，冷却后，得到预制 品；
[0028] (3)将预制品进行连续等温淬火、低温回火处理，得到成型铸铁，淬火介质为饱和 的硝酸盐水溶液；
[0029] (4)取出铸铁，对其进行晶相分析，若试块金相中珠光体含量为25-50%，对铸铁进 行清理，喷漆，打包入库，得到汽车减速器用球墨铸铁。
[0030] 实施例3:
[0031] -种汽车减速器用球墨铸铁的制备工艺，包括以下步骤：
[0032] (1)将生铁、废钢加入电炉中，升温至1430-1440°C进行熔炼，升温至1470-1480°C， 加入锰铁、镁铁、稀土元素和硅铁，进行合金化处理，然后调节各成分的比例为碳3.5-3.8%、硅1.8-2.5%、锰0.8~1.0%、稀土元素 0.08-0.16%、镁 0.12-0.21 %、磷刍 0.06%、 硫5 0.02%，余量为铁，扒渣除去表面浮渣；
[0033] (2)采用盖包法对步骤（1)的铁液进行球化处理，，加入原铁液质量的1.5%球化 剂，同时加入孕育剂，进行第一次孕育处理，静置3_5min;球化后，进行第二次孕育处理，加 入0.2-0.3%的孕育剂，调整铁液成分为碳3.5%、硅2.5%、锰1.0%、稀土元素0.16%、镁 0 · 12 %、磷兰0 · 06 %、硫兰0 · 02 %，然后扒渣除去表面浮渣，静置3-5min，然后在1340-1350 °C下浇注成型，浇注时进行第三系孕育处理，使孕育剂随铁水流入浇包，冷却后，得到预制 品；
[0034] (3)将预制品进行连续等温淬火、低温回火处理，得到成型铸铁，淬火介质为饱和 的硝酸盐水溶液；
[0035] (4)取出铸铁，对其进行晶相分析，若试块金相中珠光体含量为25-50%，对铸铁进 行清理，喷漆，打包入库，得到汽车减速器用球墨铸铁。
[0036] 实施例4:
[0037] -种汽车减速器用球墨铸铁的制备工艺，包括以下步骤：
[0038] (1)将生铁、废钢加入电炉中，升温至1440-1450°C进行熔炼，升温至1480-1490°C， 加入锰铁、镁铁、稀土元素和硅铁，进行合金化处理，然后调节各成分的比例，扒渣除去表面 浮渣；
[0039] (2)采用盖包法对步骤（1)的铁液进行球化处理，，加入原铁液质量的1.8%球化 剂，同时加入孕育剂，进行第一次孕育处理，静置3_5min;球化后，进行第二次孕育处理，加 入0.2-0.3%的孕育剂，调整铁液成分为碳3.8%、硅2.8%、锰0.8%、稀土元素0.01 %、镁 0 · 08 %、磷兰0 · 06 %、硫兰0 · 02 %，然后扒渣除去表面浮渣，静置3-5min，然后在1350-1360 °C下浇注成型，浇注时进行第三系孕育处理，使孕育剂随铁水流入浇包，冷却后，得到预制 品；
[0040] (3)将预制品进行连续等温淬火、低温回火处理，得到成型铸铁，淬火介质为饱和 的硝酸盐水溶液；
[0041] (4)取出铸铁，对其进行晶相分析，若试块金相中珠光体含量为25-50%，对铸铁进 行清理，喷漆，打包入库，得到汽车减速器用球墨铸铁。
[0042] 表1:各实施例中球墨铸铁的性能参数
[0043]
[0044] 综上，本发明实施例具有如下有益效果:本发明的球墨铸铁材料的内部组织和表 面组织分布均匀、致密，材料的力学性能优良，具有良好的旋转弯曲疲劳强度、表面硬度高、 强度高、韧性、拉伸强度以及抗磨性，且制备成本低，材料的利用率高，技术工艺重现性好， 制备工艺简单，使用寿命长，满足汽车减速器对材料的使用要求。
[0045]需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实 体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存 在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语"包括"、"包含"或者其任何其他变体意在涵盖 非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要 素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备 所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句"包括一个……"限定的要素，并不排除在 包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0046]以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例 对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施 例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者 替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
【主权项】
1. 一种汽车减速器用球墨铸铁，其特征在于，其材料化学成分的质量百分比为:碳3.2 ~3.8%、硅1.6-2.8%、锰0.6~1.2%、稀土元素 O .01-0.25%、镁O .08-0.23%、磷刍 0.06%、硫兰0.02%，余量为铁。2. 如权利要求1所述的汽车减速器用球墨铸铁，其特征在于，所述汽车减速器用球墨铸 铁，其材料化学成分的质量百分比为:碳:3.5-3.8 %、硅1.8-2.5 %、锰0.8~1.0 %、稀土元 素0 · 08-0 · 16%、镁0 · 12-0 · 21 %、磷兰 0 · 06%、硫兰 0 · 02%，余量为铁。3. 如权利要求1或2所述的汽车减速器用球墨铸铁的制备工艺，其特征在于，包括以下 步骤： (1) 将生铁、废钢加入电炉中，升温至1420-1450°C进行熔炼，升温至1460-1490°C，加入 锰铁、镁铁、稀土元素和硅铁，进行合金化处理，然后调节各成分的比例，扒渣除去表面浮 渣； (2) 采用盖包法对步骤（1)的铁液进行球化处理，加入球化剂时同时加入孕育剂，进行 第一次孕育处理，静置3_5min;球化后，进行第二次孕育处理，加入0.2-0.3 %的孕育剂，调 整铁液成分，然后扒渣除去表面浮渣，静置3-5min，然后在1320-1360°C下浇注成型，浇注时 进行第三系孕育处理，使孕育剂随铁水流入浇包，冷却后，得到预制品； (3) 将预制品进行连续等温淬火、低温回火处理，得到成型铸铁，淬火介质为饱和的硝 酸盐水溶液； (4) 取出铸铁，对其进行晶相分析，若试块金相中珠光体含量为25-50%，对铸铁进行清 理，喷漆，打包入库，得到汽车减速器用球墨铸铁。4. 如权利要求3所述的汽车减速器用球墨铸铁的制备工艺，其特征在于，所述球化剂为 稀土硅铁镁合金，其材料化学成分的质量百*KS:Mg5.2-6.8%、RE1.6-2.0%、Si25-30%、Mn 1.8-3.6%、A1 0.3-0.6%、其余为铁，其加入量为原铁液质量的1.2-1.8%。5. 如权利要求4所述的汽车减速器用球墨铸铁的制备工艺，其特征在于，所述第一次孕 育和第二次孕育时所用的孕育剂相同，都为碳化硅、碳化钨的中的一种，其粒径为100-300 纳米，第三次孕育时所用的孕育剂为硅、钙、铝、钡和铁的混合物，孕育剂的粒径为30-50纳 米。6. 如权利要求5所述的汽车减速器用球墨铸铁的制备工艺，其特征在于，所述汽车减速 器用球墨铸铁中球墨的直径为30-50微米，球墨的密度多300个/mm 2。
【文档编号】C22C37/04GK105950955SQ201610397816
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月31日
【发明人】张福新
【申请人】含山县兴达球墨铸铁厂