本发明属于铁型覆砂铸造技术领域，具体涉及一种能够彻底解决差速器壳内部缩孔、缩松且铸件本体中硬度与抗拉强度分布均匀、加工性能优良的铁型覆砂生产铸态高强度全铁素体球墨铸铁差速器壳的方法。
背景技术：
现有铸态球墨铸铁技术是通过加入合金化元素cu、mn等珠光体稳定元素的含量加以控制来达到球墨铸铁国家标准中的某一级别的牌号。主要表现在铸态高牌号球墨铸铁其铁素体含量少，珠光体含量多，抗拉强度高，延伸率低；反之铸态低牌号球墨铸铁其铁素体含量多，珠光体含量少，抗拉强度低，延伸率高。但该技术不能在高强度全铁素体球墨铸铁差速器壳铸件中应用。
铁型覆砂铸造是在铁型内腔覆上一层覆膜砂而形成的一种先进的铸造工艺。由于覆砂层比较薄，因此铸件在型腔内冷却速度快，很容易得到珠光体球墨铸铁。在第cn201210296150.2号中国专利中公开了一种采用金属型覆砂铸造汽车差速器壳体的铸造模具及铸造方法，该方法包括：铁水含有的各个元素质量百分比为c为3.70-3.85%，si为2.5~2.8%，s为0.010~0.016，p小于0.15%，mg为0.027-0.050%，re为0.020~0.035%，余量为fe；上述铁水经过三次孕育，在球化处理中将占铁水重量0.7%的高效si-ba-ca孕育剂放在球化剂上进行球化处理，当球化反应完成，在冲入铁水时随流加入占铁水重量0.4%的高效孕育剂，对铁水进行二次孕育，在浇注时再随流冲入占铁水重量0.15%，粒度为1毫米的高效si-ba-ca孕育剂，对铁水进行瞬时孕育。上述技术方案差速器壳体材质为qt500，其基体组织属于混合基体球墨铸铁，属于铸造领域的常规要求的牌号。另有第cn201611187967.0号中国专利中公开了一种铁型覆砂铸造乘用车差速壳的方法，该方法包括：浇注，采用qt450-10牌号铁水浇注，铁水化学成分质量比为：c:3.7%~3.8%，si：1.6%~1.9%，mn：0.3~0.4%，cu:0.2%~0.5%；开箱，浇注后20分钟开箱扣；铸件凝固时间25分钟，然后落箱、自由冷却。上述技术方案乘用车差速壳材质为qt450-10牌号，属于低牌号铁素体基体球墨铸铁，也属于铸造领域的常规要求的牌号，还需加入比较昂贵的cu才能达到其规定的牌号，生产成本较高，铸件浇注后松箱卡和开箱时间长，生产效率低。
因此说目前铁型覆砂铸造未在高强度全铁素体球墨铸铁差速器壳铸件生产上有应用。
技术实现要素：
本发明针对上述问题，为填补现有技术的缺失，而提出一种能够彻底解决差速器壳内部缩孔、缩松且铸件本体中硬度与抗拉强度分布均匀、加工性能优良的铁型覆砂生产铸态高强度全铁素体球墨铸铁差速器壳的方法。
为达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：
上述的铁型覆砂生产铸态高强度全铁素体球墨铸铁差速器壳的方法，是选择炉料质量百分比为60-80%的生铁、质量百分比为20-40%的废钢或炉料质量百分比为35-65%的生铁、质量百分比为15-30%的废钢、质量百分比为15-45%的回炉料，经过球化处理和包内孕育后，铁液中各个元素的质量百分比为：c为2.80~3.50%，si为3.30~4.50%，mn为≤0.50%，p为≤0.05%，s为≤0.025%，mg为0.035~0.065%；采用铁型造型模具和制芯模具，浇注结束后铸件在铁型中进行自然冷却；铸件开箱得到的差速器壳装入至铁箱中堆放进行自然冷却。
所述的铁型覆砂生产铸态高强度全铁素体球墨铸铁差速器壳的方法，具体包括以下步骤：
（1）配料
炉料选择质量百分比为60-80%的生铁、质量百分比为20-40%的废钢作为原料；或选择炉料质量百分比为35-65%的生铁、质量百分比为15-30%的废钢、质量百分比为15-45%的回炉料；
（2）球化处理和包内孕育
将上述步骤（1）配料后投入电炉内，以得到温度为1470℃~1550℃的铁液，将铁液倒入至铁水包中进行球化处理和包内孕育；其中，球化处理和包内孕育后的铁液中各个元素的质量百分比为：c为2.80~3.50%，si为3.30~4.50%，mn为≤0.50%，p为≤0.05%，s为≤0.0.025%，mg为0.035~0.065%；
（3）浇注
将上述步骤（2）球化处理和包内孕育后的铁液进行浇注，浇注时铁水温度应控制在1330-1440℃；
（4）冷却
待上述步骤（3）的铁液浇注结束后铸件在铁型中进行自然冷却6-8分钟后开始松箱卡，松箱卡后再自然冷却4-6分钟；
（5）开箱
待上述步骤（4）的冷却结束后即可开箱，此时铸件自身表面温度在400~600℃之间；
（6）装箱
将上述步骤（5）开箱后铸件通过机械手装入至铁箱中堆放进行自然冷却。
所述的铁型覆砂生产铸态高强度全铁素体球墨铸铁差速器壳的方法，其中：所述步骤（2）的铁水包包内加入质量百分比0.9-1.2%稀土镁球化剂。所述步骤（2）的铁水包包内加入质量百分比0.7-1.1%硅钡铁合金孕育剂。所述步骤（3）浇注时加入质量百分比0.06-0.08%srcb高效复合孕育剂。
有益效果：
本发明铁型覆砂生产铸态高强度全铁素体球墨铸铁差速器壳的方法流程简单，不需要加入cu、mn等合金化昂贵材料，通过合理的炉料配比、铁液化学成分、包内孕育量、松箱时间、开箱时间等来获得高强度全铁素体球墨铸铁差速器壳的方法，省去了重新进行热处理来增加抗拉强度、延伸率以及铁素体量才能获得相同材质铸件的效果，工艺可靠性强，其铸件本体中硬度与抗拉强度分布均匀，加工性能好，刀具寿命长，从而大大降低了生产成本，提高了企业经济效益。
同时，本发明还具有以下优点：
（1）在差速器壳不进行热处理的条件下，采用现有铁型覆砂铸造生产线可稳定获得铸态高强度全铁素体球墨铸铁差速器材质要求，即抗拉强度(mpa)≥600mpa，屈服强度(mpa)≥470mpa，延伸率（%）≥10%，铁素体量（f）≥95％，可促进节能减排，经济效益显著；
（2）本发明能彻底解决差速器壳内部缩孔、缩松；
（3）本发明生产铸态高强度全铁素体球墨铸铁差速器壳不需要加入cu、mn等合金化昂贵材料，降低了生产成本；
（4）本发明生产效率高，铸件工艺出品率高；
（1）本发明在现有铁型覆砂生产线上生产，资金投入少。
本发明流程简单，工艺可靠性强，工艺出品率高，生产效率高，生产成本低，适用于大批量生产。
具体实施方式
本发明的铁型覆砂生产铸态高强度全铁素体球墨铸铁差速器壳的方法，是选择炉料质量百分比为60-80%的生铁、质量百分比为20-40%的废钢或炉料质量百分比为35-65%的生铁、质量百分比为15-30%的废钢、质量百分比为15-45%的回炉料，经过球化处理和包内孕育后，铁液中各个元素的质量百分比为：c为2.80~3.50%，si为3.30~4.50%，mn为≤0.50%，p为≤0.05%，s为≤0.025%，mg为0.035~0.065%；采用铁型造型模具和制芯模具，浇注结束后铸件在铁型中进行自然冷却；铸件开箱得到的差速器壳装入至铁箱中堆放进行自然冷却。
该方法具体包括以下步骤：
（1）配料
炉料选择质量百分比为60-80%的生铁、质量百分比为20-40%的废钢作为原料；或选择炉料质量百分比为35-65%的生铁、质量百分比为15-30%的废钢、质量百分比为15-45%的回炉料；
（2）球化处理和包内孕育
将上述步骤（1）配料后投入电炉内，以得到温度为1470℃~1550℃的铁液，铁水包包内加入质量百分比0.9-1.2%稀土镁球化剂，还加入质量百分比0.7-1.1%硅钡铁合金孕育剂，将铁液倒入至铁水包中进行球化处理和包内孕育；其中，球化处理和包内孕育后的铁液中各个元素的质量百分比为：c为2.80~3.50%，si为3.30~4.50%，mn为≤0.50%，p为≤0.05%，s为≤0.0.025%，mg为0.035~0.065%；
（3）浇注
将上述步骤（2）球化处理和包内孕育后的铁液进行浇注，浇注时铁水温度应控制在1330-1440℃，浇注时加入质量百分比0.06-0.08%srcb高效复合孕育剂；
（4）冷却
待上述步骤（3）的铁液浇注结束后铸件在铁型中进行自然冷却6-8分钟后开始松箱卡，松箱卡后再自然冷却4-6分钟；
（5）开箱
待上述步骤（4）的冷却结束后即可开箱，此时铸件自身表面温度在400~600℃之间；
（6）装箱
将上述步骤（5）开箱后铸件通过机械手装入至铁箱中堆放进行自然冷却。
其中，步骤（2）铁水包内加入质量百分比0.9-1.2%稀土镁球化剂，稀土镁球化剂型号为qrmg8re3，其化学成分为re为2.5~4.0%，mg为7.0~9.0%，ca为2.0~3.5%，si为35.0~44.0%，mn为≤4.0%，ti为≤1.0%，mgo为≤1.0%，al为≤0.5%；
步骤（2）铁水包内还加入质量百分比0.7-1.1%硅钡铁合金孕育剂后将铁液倒入铁水包内进行球化处理和包内孕育，硅钡铁合金孕育剂型号为feba5si60，其化学成分为ba≥5.0%，si为≥60%，al为≤3.0%，mn为≤0.40%，c为≤0.20%，p为≤0.04%，s为≤0.04%；
步骤（3）浇注时加入质量百分比0.06-0.08%srcb高效复合孕育剂，其化学成分为si为55~65%，ca为1.5~2.5%，ba为1.0~3.0%，re为1.0~2.0%，al为0.6~1.5%，p为＜0.04%，s为＜0.02%。
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述：
某一汽车差速器壳材质要求为dinen1563gjs-600-10，其中机械性能：抗拉强度(mpa)≥600mpa，屈服强度(mpa)≥470mpa，延伸率（%）≥10%，硬度(hb)200-230；金相组织：铁素体量（f）≥95％，石墨大小5-8级，球化率≥80％，游离碳化物含量≤1%。采用本发明方法生产该差速器壳,具体实施例如下。
实施例1
具体步骤如下：
（1.1）配料,主要炉料选择质量为891kg的生铁，363kg的废钢，硅铁加入量为50.3kg；其中，球化处理和包内孕育前的各个元素的质量百分比为：c为3.25%，si为3.22%，mn为0.17%，p为0.030%，s为0.013%；
（1.2）球化处理和包内孕育
将上述步骤配料后投入电炉内，得到温度为1483℃的铁液,再倒入至铁水包中进行球化处理和包内孕育，球化剂加入量为13.8kg，包内孕育剂加入量为12.5kg；其中，球化处理和包内孕育后的各个元素的质量百分比为：c为3.13%，si为4.27%，mn为0.17%，p为0.032%，s为0.009%，mg为0.047%；
（1.3）浇注
将上述步骤（1.2）球化处理和包内孕育后的铁液，出水重量为1208kg，回水重量为101kg，浇注14箱，铸件首箱浇注温度为1401℃，铸件末箱浇注温度为1342℃；
（1.4）冷却
待上述步骤（1.3）的铁液浇注结束后铸件在铁型中自然冷却，间隔6分钟15秒松箱卡，再间隔5分钟后开箱；
（1.5）开箱
待上述步骤（1.4）的冷却结束后进行开箱；开箱时铸件表面温度为572℃，环境温度为26℃；
（1.6）装箱
通过机械手脱模将上述步骤（1.5）得到的铸件装入至铁箱中堆放进行自然冷却。
（1.7）检验结果
本发明实施例1同一包铁液浇注，对末箱和首箱铸件本体取样，一箱铸件取一件毛坯，一箱10件，检验金相组织和机械性能结果如下表：
金相组织：（表1）
机械性能：（表2）
本发明实施例1同一包铁液浇注，对第2箱和第13箱所有铸件进行x射线探伤，铸件未发现有缩孔、缩松现象，符合顾客技术条件要求。
实施例2
具体步骤：
（2.1）配料
主要炉料选择质量为809kg的生铁，443kg的废钢，硅铁加入量为55.0kg；其中，球化处理和包内孕育前的各个元素的质量百分比为：c为3.01%，si为3.49%，mn为0.15%，p为0.027%，s为0.016%。
（2.2）球化处理和包内孕育
将上述步骤（1.1）配料后投入电炉内，得到温度为1496℃的铁液,再倒入至铁水包中进行球化处理和包内孕育，球化剂加入量为13.8kg，包内孕育剂加入量为12.5kg；其中，球化处理和包内孕育后的各个元素的质量百分比为：c为2.93%，si为4.48%，mn为0.16%，p为0.037%，s为0.012%，mg为0.041%；
（2.3）浇注
将上述步骤（1.2）球化处理和包内孕育后的铁液，出水重量为1205kg，回水重量为106kg，浇注14箱，铸件首箱浇注温度为1392℃，铸件末箱浇注温度为1340℃；
（2.4）冷却
待上述步骤（1.3）的铁液浇注结束后铸件在铁型中自然冷却，间隔6分钟05秒松箱卡，再间隔5分钟后开箱；
（2.5）开箱
待上述步骤（1.4）的冷却结束后进行开箱；开箱时铸件表面温度为523℃，环境温度为22℃；
（2.6）装箱
通过机械手脱模将上述步骤（1.5）得到的铸件装入至铁箱中堆放进行自然冷却。
（2.7）检验结果
本发明实施例2同一包铁液浇注，对末箱和首箱铸件本体取样，一箱铸件取一件毛坯，一箱10件，检验金相组织和机械性能结果如下表：
金相组织：（表3）
机械性能：（表4）
本发明实施例2同一包铁液浇注，对第2箱和第13箱所有铸件进行x射线探伤，铸件未发现有缩孔、缩松现象，符合顾客技术条件要求。
实施例3
具体步骤：
（3.1）配料
主要炉料选择质量为946kg的生铁、304kg的废钢，硅铁加入量为32.1kg；其中，球化处理和包内孕育前的各个元素的质量百分比为：c为3.49%，si为2.35%，mn为0.13%，p为0.035%，s为0.018%。
（3.2）球化处理和包内孕育
将上述步骤（1.1）配料后投入电炉内，得到温度为1491℃的铁液,再倒入至铁水包中进行球化处理和包内孕育，球化剂加入量为13.8kg，包内孕育剂加入量为12.5kg；其中，球化处理和包内孕育后的各个元素的质量百分比为：c为3.35%，si为3.34%，mn为0.13%，p为0.031%，s为0.015%，mg为0.049%；
（3.3）浇注
将上述步骤（1.2）球化处理和包内孕育后的铁液，出水重量为1210kg，回水重量为98kg，浇注14箱，铸件首箱浇注温度为1385℃，铸件末箱浇注温度为1331℃；
（3.4）冷却
待上述步骤（1.3）的铁液浇注结束后铸件在铁型中自然冷却，间隔6分钟32秒松箱卡，再间隔5分钟后开箱；
（3.5）开箱
待上述步骤（1.4）的冷却结束后进行开箱；开箱时铸件表面温度为553℃，环境温度为22℃；
（3.6）装箱
通过机械手脱模将上述步骤（1.5）得到的铸件装入至铁箱中堆放进行自然冷却。
（3.7）检验结果
本发明实施例3同一包铁液浇注，对末箱和首箱铸件本体取样，一箱铸件取一件毛坯，一箱10件，检验金相组织和机械性能结果如下表：
金相组织：（表5）
机械性能：（表6）
本发明实施例3同一包铁液浇注，对第2箱和第13箱所有铸件进行x射线探伤，铸件未发现有缩孔、缩松现象，符合顾客技术条件要求。
实施例4
具体步骤：
（4.1）配料
主要炉料选择质量为721kg的生铁、279kg的废钢，253kg的回炉料，硅铁加入量为35.7kg；其中，球化处理和包内孕育前的各个元素的质量百分比为：c为3.24%，si为3.26%，mn为0.15%，p为0.033%，s为0.016%。
（4.2）球化处理和包内孕育
将上述步骤（2.1）配料后投入电炉内，得到温度为1491℃的铁液,再倒入至铁水包中进行球化处理和包内孕育，球化剂加入量为13.8kg，包内孕育剂加入量为12.5kg；其中，球化处理和包内孕育后的各个元素的质量百分比为：c为3.08%，si为4.22%，mn为0.16%，p为0.029%，s为0.011%，mg为0.048%；
（4.3）浇注
将上述步骤（2.2）球化处理和包内孕育后的铁液，出水重量为1202kg，回水重量为95kg，浇注14箱，铸件首箱浇注温度为1405℃，铸件末箱浇注温度为1349℃；
（4.4）冷却
待上述步骤（2.3）的铁液浇注结束后自然冷却，间隔6分钟07秒松箱卡，再间隔5分钟后开箱；
（4.5）开箱
待上述步骤（2.4）的冷却结束后进行开箱；开箱时铸件表面温度为595℃，环境温度为26℃；
（4.6）装箱
通过机械手脱模将上述步骤（2.5）得到的铸件装入至铁箱中堆放进行自然冷却。
（4.7）检验结果
本发明实施例4同一包铁液浇注，对末箱和首箱铸件本体取样，一箱铸件取一件毛坯，一箱10件，检验金相组织和机械性能结果如下表：
金相组织：（表7）
机械性能：（表8）
本发明实施例4同一包铁液浇注，对第2箱和第13箱所有铸件进行x射线探伤，铸件未发现有缩孔、缩松现象，符合顾客技术条件要求。
实施例5
具体步骤：
（5.1）配料
主要炉料选择质量为613kg的生铁、319kg的废钢，325kg的回炉料，硅铁加入量为36.4kg；其中，球化处理和包内孕育前的各个元素的质量百分比为：c为3.04%，si为3.47%，mn为0.19%，p为0.036%，s为0.020%。
（5.2）球化处理和包内孕育
将上述步骤（2.1）配料后投入电炉内，得到温度为1488℃的铁液,再倒入至铁水包中进行球化处理和包内孕育，球化剂加入量为13.8kg，包内孕育剂加入量为12.5kg；其中，球化处理和包内孕育后的各个元素的质量百分比为：c为2.89%，si为4.45%，mn为0.17%，p为0.031%，s为0.018%，mg为0.052%；
（5.3）浇注
将上述步骤（2.2）球化处理和包内孕育后的铁液，出水重量为1207kg，回水重量为109kg，浇注14箱，铸件首箱浇注温度为1390℃，铸件末箱浇注温度为1351℃；
（5.4）冷却
待上述步骤（2.3）的铁液浇注结束后自然冷却，间隔6分钟43秒松箱卡，再间隔5分钟后开箱；
（5.5）开箱
待上述步骤（2.4）的冷却结束后进行开箱；开箱时铸件表面温度为536℃，环境温度为20℃；
（5.6）装箱
通过机械手脱模将上述步骤（2.5）得到的铸件装入至铁箱中堆放进行自然冷却。
（5.7）检验结果
本发明实施例5同一包铁液浇注，对末箱和首箱铸件本体取样，一箱铸件取一件毛坯，一箱10件，检验金相组织和机械性能结果如下表：
金相组织：（表9）
机械性能：（表10）
本发明实施例5同一包铁液浇注，对第2箱和第13箱所有铸件进行x射线探伤，铸件未发现有缩孔、缩松现象，符合顾客技术条件要求。
实施例6
具体步骤：
（6.1）配料
主要炉料选择质量为776kg的生铁、238kg的废钢，233kg的回炉料，硅铁加入量为19.6kg；其中，球化处理和包内孕育前的各个元素的质量百分比为：c为3.49%，si为2.35%，mn为0.23%，p为0.040%，s为0.012%。
（6.2）球化处理和包内孕育
将上述步骤（2.1）配料后投入电炉内，得到温度为1499℃的铁液,再倒入至铁水包中进行球化处理和包内孕育，球化剂加入量为13.8kg，包内孕育剂加入量为12.5kg；其中，球化处理和包内孕育后的各个元素的质量百分比为：c为3.37%，si为3.39%，mn为0.19%，p为0.038%，s为0.010%，mg为0.043%；
（6.3）浇注
将上述步骤（2.2）球化处理和包内孕育后的铁液，出水重量为1213kg，回水重量为98kg，浇注14箱，铸件首箱浇注温度为1392℃，铸件末箱浇注温度为1339℃；
（6.4）冷却
待上述步骤（2.3）的铁液浇注结束后自然冷却，间隔6分钟27秒松箱卡，再间隔5分钟后开箱；
（6.5）开箱
待上述步骤（2.4）的冷却结束后进行开箱；开箱时铸件表面温度为503℃，环境温度为29℃；
（6.6）装箱
通过机械手脱模将上述步骤（2.5）得到的铸件装入至铁箱中堆放进行自然冷却。
（6.7）检验结果
本发明实施例6同一包铁液浇注，对末箱和首箱铸件本体取样，一箱铸件取一件毛坯，一箱10件，检验金相组织和机械性能结果如下表：
金相组织：（表11）
机械性能：（表12）
本发明实施例6同一包铁液浇注，对第2箱和第13箱所有铸件进行x射线探伤，铸件未发现有缩孔、缩松现象，符合顾客技术条件要求。
实施例7
具体步骤：
（7.1）配料
主要炉料选择质量为452kg的生铁、241kg的废钢，559kg的回炉料，硅铁加入量为23.2kg；其中，球化处理和包内孕育前的各个元素的质量百分比为：c为3.03%，si为3.42%，mn为0.16%，p为0.036%，s为0.011%。
（7.2）球化处理和包内孕育
将上述步骤（2.1）配料后投入电炉内，得到温度为1490℃的铁液,再倒入至铁水包中进行球化处理和包内孕育，球化剂加入量为13.8kg，包内孕育剂加入量为12.5kg；其中，球化处理和包内孕育后的各个元素的质量百分比为：c为2.95%，si为4.46%，mn为0.15%，p为0.036%，s为0.009%，mg为0.048%；
（7.3）浇注
将上述步骤（2.2）球化处理和包内孕育后的铁液，出水重量为1205kg，回水重量为100kg，浇注14箱，铸件首箱浇注温度为1386℃，铸件末箱浇注温度为1335℃；
（7.4）冷却
待上述步骤（2.3）的铁液浇注结束后自然冷却，间隔6分钟59秒松箱卡，再间隔5分钟后开箱；
（7.5）开箱
待上述步骤（2.4）的冷却结束后进行开箱；开箱时铸件表面温度为483℃，环境温度为25℃；
（7.6）装箱
通过机械手脱模将上述步骤（2.5）得到的铸件装入至铁箱中堆放进行自然冷却。
（7.7）检验结果
本发明实施例7同一包铁液浇注，对末箱和首箱铸件本体取样，一箱铸件取一件毛坯，一箱10件，检验金相组织和机械性能结果如下表：
金相组织：（表13）
机械性能：（表14）
本发明实施例7同一包铁液浇注，对第2箱和第13箱所有铸件进行x射线探伤，铸件未发现有缩孔、缩松现象，符合顾客技术条件要求。
本发明铁型覆砂生产铸态高强度全铁素体球墨铸铁差速器壳的方法，采用合理的炉料配比、铁液化学成分、包内孕育量、松箱时间、开箱时间，而且勿需加入cu、mn等合金化昂贵材料来获得铸态高强度全铁素体球墨铸铁差速器壳的金相组织和机械性能技术要求，同时通过铸件本体解剖和x射线探伤均未发现有缩孔、缩松现象。本发明与现有技术相比还具有以下优点：
（1）铸件能稳定获得铸态高强度全铁素体球墨铸铁，省去了热处理费用，降低了生产成本；
（2）铸件本体中硬度与抗拉强度分布均匀，基体组织都是铁素体，其加工性能好，刀具寿命长，降低机械加工成本；
（3）能彻底解决差速器壳内部缩孔、缩松；
（4）生产效率高，铸件工艺出品率高；
（5）在炉料配比中可以放宽珠光体稳定元素，从而可以加大废钢的使用量，降低了生产成本。