一種凸輪軸用孕育劑的制備方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于孕育劑技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種制備凸輪軸時專用的孕育劑的制備方法，以及該孕育劑在制備凸輪軸方面的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]孕育劑是一種可促進(jìn)石墨形成、減少白口傾向、改善石墨形態(tài)和分布狀況，增加共晶團(tuán)數(shù)量、細(xì)化基體組織的添加劑。目前使用最廣泛的75硅鐵孕育劑。
[0003]激冷球鐵凸輪軸是汽車發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵部件之一。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，其發(fā)動機(jī)功率越來越高，對凸輪軸性能要求也越來越高。由于凸輪表面與挺桿之間有很高的接觸應(yīng)力和較快的相對滑動速度，并且在機(jī)械運(yùn)動過程中產(chǎn)生高溫，所以在凸輪表面經(jīng)常出現(xiàn)擦傷、點(diǎn)蝕、磨損、邊緣龜裂和剝落等缺陷。激冷球鐵凸輪軸要求凸輪(激冷區(qū))具有非常高的耐磨性和抗剝落性，而非加工軸頸(非激冷區(qū))具有一定的韌性、支撐軸頸具有較好的加工性能，因此凸輪軸的生產(chǎn)工藝復(fù)雜、難度大。
[0004]采用現(xiàn)有鑄造業(yè)采用的75硅鐵孕育劑生產(chǎn)出來的凸輪軸在金相組織、硬度、耐磨性、加工性能等方面都有很多不足之處，造成產(chǎn)品不穩(wěn)定。為了改善上述不足，部分廠家開始在硅鐵孕育劑中增加其它材料制備復(fù)合孕育劑，如鉻、稀土等。然而，在添加上述材料時，會引入新的問題，不能同時提高凸輪軸的綜合性能。如添加鉻雖然可以有利于凸輪軸白口組織形成，但其會使凸輪軸的心部產(chǎn)生滲碳體，進(jìn)而導(dǎo)致凸輪軸硬度下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種同時適用于激冷區(qū)和非激冷區(qū)，并能夠同時改善凸輪軸多方面性能的凸輪軸用孕育劑的制備方法。
[0006]本發(fā)明的另一目的在于提供上述凸輪軸孕育劑在凸輪軸鑄造方面的應(yīng)用。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:
[0008]一種凸輪軸用孕育劑的制備方法，包括以下步驟:按重量百分比計，將S1:60?75 %，A1:0.01 ?1.0 %，Ca:0.05 ?0.5 %，Ba:0.1 ?1.0 %，Cr:3 ?5 %，V:0.03 ?
0.05%，Nd:5?8%，0?1%的Mn，增碳劑:0.5?1 %，余量為Fe混合均勻后放入真空電爐中，用氬氣置換爐內(nèi)空氣，升溫至1300°C至1500°C，熔煉5?lOmin，熔融的過程中不停攪拌，使原料混合均勻；在容器中澆注，并將容器置于液氮中，使合金原料迅速冷卻至室溫，形成塊體，將塊體粉碎成平均粒徑為50?100 μ m的合金粉末；
[0009]將得到的上述合金粉末以及平均粒徑在50?100 μm的重量百分比為0.5?
1.5%的Fe304粉末加入到混合容器中，混合均勾后與合金粉末和Fe 304粉末總重量3?5%的硅酸鈉溶液一起加入到碾壓裝置中壓制成團(tuán)，最后粉碎成平均粒徑為200?500 μπι。
[0010]進(jìn)一步，所述增碳劑為鑄造用增碳劑，其組分按質(zhì)量百分比包括:C:99%, S:0.4、水分:0.2%，粒度為0.2?1_。
[0011]進(jìn)一步，所述原料中Μη的重量百分比為0.5?1%。
[0012]一種凸輪軸用孕育劑的應(yīng)用，通過三次孕育處理得到鑄件；
[0013]將相對于鐵水質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.05?0.1%的孕育劑均勻分成三份，并分別包入鋁箔中，預(yù)熱至300?400°C ；
[0014]第一次孕育處理:在容器內(nèi)加入第一份孕育劑；
[0015]第二次孕育處理:當(dāng)進(jìn)入容器的鐵水高度達(dá)到二分之一時，加入第二份孕育劑；
[0016]第三次孕育處理:繼續(xù)澆注鐵水，隨鐵水加入第三份孕育劑，對其進(jìn)行第三次孕育處理。
[0017]進(jìn)一步，首次向容器中加入鐵水到容器中盛滿鐵水的時間控制在lOmin之內(nèi)。
[0018]進(jìn)一步，所述鐵水的溫度為1800?2000°C。
[0019]進(jìn)一步，鐵水經(jīng)過第三次孕育處理后，攪拌均勻，孕育1?2個小時，溫度保持在1400 ?1600。。。
[0020]進(jìn)一步，孕育好的鐵水澆入凸輪軸鑄件模型，在液氮環(huán)境下迅速冷卻至500?600°C，取出鑄件，空冷至室溫，即為凸輪軸毛坯。
[0021]本發(fā)明提供的上述凸輪軸用孕育劑技術(shù)方案具有以下有益效果:通過添加Fe304能夠增加共晶核數(shù)，可以在孕育劑添加量低的情況下獲得較好的抑制碳化鐵的能力，并改善了重現(xiàn)率及穩(wěn)定性，延長了孕育時間；添加的Cr、V能夠降低穩(wěn)定系共晶溫度和介穩(wěn)定性共晶溫度之差，在激冷部位形成致密、均勻、清晰的白口組織，獲得更均勻的白口深度；Nd不僅具有防止磷等偏析的現(xiàn)象，還能夠阻止異性石墨的產(chǎn)生，獲得A型石墨；添加的Al、Ca、Ba、Si等協(xié)同作用，可以提高凸輪軸的力學(xué)性能，使凸輪軸具有良好的抗拉強(qiáng)度和耐磨性；添加的Al、Ba、Mn改善了凸輪軸的可加工性能和使用性能；添加的Ba能夠促進(jìn)珠光體形成元素，能夠增加珠光體量，細(xì)化珠光體，提高鑄鐵強(qiáng)度；通過添加增碳劑可以使鑄件達(dá)到較高的抗拉強(qiáng)度；迅速冷卻的孕育劑，其晶粒較易細(xì)化；細(xì)化的孕育劑結(jié)構(gòu)(200?500 μπι)能夠均勻分散在鐵水中，增大其余鋼水的接觸面積，提高孕育效率；用鋁箔包裹孕育劑可以使孕育劑分散均勻，預(yù)防孕育衰退，鋁箔中的Α1也能減小白口和針孔形成的可能性；孕育時間過長，會降低形核能力，為防止孕育劑的衰退，孕育的時間控制在2h之內(nèi)。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0023]實施例1 (制備孕育劑)
[0024]按重量百分比計60 % 的 Si，1.0 % 的 A1，0.5 % 的 Ca，1.0 % 的 Ba, 5.0 % 的 Cr,0.05 %的V，8 %的Nd，1 %的Mn，0.5 %的增碳劑以及22.95 %的Fe混合均勻后放入真空電爐中，用氬氣置換爐內(nèi)空氣，升溫至1300°C，熔煉5min，熔融的過程中不停攪拌，使原料混合均勻；在容器中澆注，并將容器置于液氮中，使合金原料迅速冷卻至室溫，形成塊體，將塊體粉碎成平均粒徑為50 μπι的合金粉末；將得到的上述合金粉末以及平均粒徑在50 μπι的重量百分比為1.5%的Fe304粉末加入到混合容器中，混合均勾后與合金粉末和Fe 304粉末總重量5%的硅酸鈉溶液一起加入到碾壓裝置中壓制成團(tuán)，最后粉碎成平均粒徑為200 μm。其中，增碳劑的組分包括:C:99%,S:0.4、水分:0.2%，粒度為0.2?1mm。
[0025]實施例2 (制備孕育劑)
[0026]按重量百分比計75 % 的 Si，0.01 % 的 A1，0.05 % 的 Ca, 0.1 % 的 Ba, 3.0 % 的 Cr,0.03 %的V，5 %的Nd，1 %的增碳劑以及15.81 %的Fe混合均勻后放入真空電爐中，用氬氣置換爐內(nèi)空氣，升溫至1500°C，熔煉lOmin，熔融的過程中不停攪拌，使原料混合均勻；在容器中澆注，并將容器置于液氮中，使合金原料迅速冷卻至室溫，形成塊體，將塊體粉碎成平均粒徑為100 μ m的合金粉末；將得到的上述合金粉末以及平均粒徑在100 μ m的重量百分比為0.5 %的Fe304粉末加入到混合容器中，混合均勻后與合金粉末和Fe 304粉末總重量3 %的硅酸鈉溶液一起加入到碾壓裝置中壓制成團(tuán)，最后粉碎成平均粒徑為500 μ m。其中，增碳劑的組分包括:C:99%,S:0.4、水分:0.2%，粒度為0.2?1_。
[0027]實施例3 (制備孕育劑)
[0028]按重量百分比計65 % 的 Si，0.05 % 的 A1，0.3 % 的 Ca, 0.5 % 的 Ba, 4.5 % 的 Cr,0.05 %的V，7.5 %的Nd、1 %的Mn，0.6 %的增碳劑以及20.5 %的Fe混合均勻后放入真空電爐中，用氬氣置換爐內(nèi)空氣，升溫