[发明专利]一种球墨铸铁和球墨铸铁活塞及其铸造工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种球墨铸铁，用该球墨铸铁制造的球墨铸铁活塞，以及球墨铸铁活塞的铸造工艺。

背景技术

活塞是柴油打桩机的关键部件之一，其性能好坏直接影响柴油打桩机的寿命。活塞工作时与锤座纵向撞击时，由于速度发生突然变化而产生强大的冲击力，同时活塞还要承受柴油燃烧时高温高压的作用；因此要求活塞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活塞的重要材料之一，球墨铸铁活塞成为一种趋势，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。

现有技术中球墨铸铁活塞的铸造工艺主要采用大冒口铸造工艺，具体为：在活塞径向中心分型，一端加球型大冒口，水平浇铸竖起冷却，通过上部大冒口进行补缩，其主要工艺过程如下：

首先，采用干模砂造型、并在一端安置球型大冒口，烘干、合箱后等待浇注；

其次，通过冲天炉和电炉双联熔炼出铁液球化孕育处理后进行水平浇注；

最后，在浇注完毕后的三分钟内将铸件竖起冷却。

上述铸造工艺，其铸件在大冒口根部，容易出现缩松缩孔缺陷，铸件质量不稳定、废品率高。且该铸造工艺的操作性也偏差，工人危险性较大，同时，其占用场地面积大，生产周期也较长。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有高强度、高硬度和高塑性等优良综合力学性能的球墨铸铁。

本发明的另一目的在提供一种具有高强度、高硬度和高塑性等优良综合力学性能的球墨铸铁活塞，以能够承受纵向大冲击力，并同时具有良好的耐磨性能。

本发明的再一目的在于提供制造上述球墨铸铁活塞的铸造工艺。

本发明所述的球墨铸铁，其特征在于：各组分所占的质量百分比为：碳（C）：3.50%～3.60%，硅（Si）：1.90%～2.10%，0.50%＜锰（Mn）≤0.60%，0＜磷（P）≤0.030%， 0＜硫（S）≤0.010%，铜（Cu）：0.50％～0.60％，稀土（RE）：0.010％～0.030％ ，镁（Mg）：0.030％～0.050％，其余为铁（Fe）。

其中，RE是中文稀土的表示，稀土的英文是rare earth metals，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。

本发明所述的球墨铸铁活塞，包括由球墨铸铁制成的活塞本体，其特征在于：所述制成活塞本体的球墨铸铁的各组分所占的质量百分比为：：碳（C）：3.50%～3.60%，硅（Si）：1.90%～2.10%，0.50%＜锰（Mn）≤0.60%，0＜磷（P）≤0.030%， 0＜硫（S）≤0.010%，铜（Cu）：0.50％～0.60％，稀土（RE）：0.010％～0.030％ ，镁（Mg）：0.030％～0.050％，其余为铁（Fe）。

本发明所述的制造上述球墨铸铁活塞的铸造工艺，包括如下步骤：

ａ、铁型造型步骤：在铁型各部分的内腔壁覆一层呋喃树脂砂，再粉刷一层醇基涂料，然后将覆好砂的铁型的各部分组合成完整铁型，并在铁型的顶端放置浇铸的大冒口；

ｂ、球墨铸铁电炉熔炼步骤：将球墨铸铁的原料投入电炉中进行熔炼，得到熔炼铁液；对铁液进行取样，并对样品进行光谱检验，然后根据检验结果调整铁液中的化学成份，控制铁液中碳、硅、锰、磷、硫元素所占的质量百分比，使铁液中的碳、硅、锰、磷、硫元素的含量满足要求；

ｃ、铁液球化处理步骤：将步骤b获得的铁液倒入球化包内，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；

ｄ、铁液二次孕育步骤：向步骤ｃ获得的铁液中加入长效孕育剂进行第一次孕育处理；之后，再把铁液倒入待浇注铁型对应的浇口杯内，在浇口杯内加入硫氧孕育剂进行第二次孕育处理；

ｅ、铁液浇注步骤：将步骤ｄ获得的铁液倒入步骤ａ获得的铁型中进行浇铸，浇铸采用竖立浇注和竖立冷却方式，获得柴油打桩机的球墨铸铁活塞。

上述步骤a中，内腔壁的呋喃树脂砂厚度宜控制在25mm~40mm，其中以30mm为佳。

上述步骤ｂ中球墨铸铁的原料为废钢和增碳剂组成的混合物，其中废钢：增碳剂按重量份数比1000：38～42的配比组成，电炉中的熔炼温度为1430℃～1460℃，熔炼时间为1～1.5小时。