本發明專利技術公開了一種高強度高韌性的卷揚機球墨鑄鐵卷筒及其鑄造方法。它的主要化學成分（質量百分數%）：C：3.4～3.7，Si：2.1-2.4，Mg：0.03～0.06，Y：0.02～0.04，Sn：0.006～0.012，Sb：0.012～0.018，RE：0.02～0.04，N：0.035～0.060，V：0.040～0.065，Nb：0.040～0.065，Ca：0.005～0.010，Ba：0.005～0.010，Mn：0.15～0.24。本發明專利技術在球墨鑄鐵中加入少量合金元素，通過球化、孕育及退火后達到細化其凝固組織，改善石墨形態和分布，提高其強度和韌性，延長卷筒使用壽命的目的。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及，屬于鑄造
技術介紹
卷揚減速機廣泛應用于各種起重設備中，卷筒是卷揚減速機的主要部件，也是起重機的重要部件之一，由于裝配后鋼絲繩纏繞在卷筒筒身上，卷筒直接承受載荷，因此卷筒本身質量對起重機的安全運行有著至關重要的作用。隨著現代工程的大型化發展，起重重量及揚程大大增加，這就對卷筒的材質及其結構提出了新的更高的要求。另外，卷筒工作面在工作時承受很大的擠壓應力和剪切應力，這就要求工作面有較高的硬度、強度和韌性。卷筒材料目前主要有以下幾類:鑄鋼、灰鐵、碳素結構鋼板，但其繩槽表面硬度較低、耐磨性較差、使用壽命較低。采用合金冷硬鑄鐵制造卷筒，可以顯著改善表面層硬度，提高壽命，但一般用于小型光面卷筒(繩槽加工困難)。卷筒的材料主要取決于卷筒的使用條件。根據《起重機用鑄造卷筒技術條件》(JB/T90006.3-1999)之規定，鑄造卷筒材料應采用不低于GB/T9439中規定的HT200灰鑄鐵，或GB/T11352中規定的ZG270-500鑄鋼。除鑄造卷筒外，另一類是焊接卷筒，其所用的材料是鋼板，如Q235等。但關于球鐵卷筒目前尚未見報導。卷筒鑄造工藝一般采用粘土砂干型、立式三箱(或多箱)造型、立式底注或階梯澆注。立式造型不適合于繩槽鑄造成型，且多箱造型易造成偏箱。目前，卷筒鑄造工藝設計主要靠經驗來完成，造成廢品率較高、工藝出品率較低。卷筒的制備工藝根據材料不同主要有如下幾種:(1)灰鑄鐵卷筒:鑄造無繩槽或帶繩槽毛坯一時效處理一機械加工一檢驗-包裝入庫。(2)鑄鋼卷筒:鑄造無繩槽毛坯一退火處理一(焊接)一繩槽及其它加工檢驗包裝入庫O(3)焊接卷筒:鋼板彎曲加工一焊接一繩槽及其它加工一檢驗一包裝入庫。因灰鑄鐵鑄造性能較好，通過采用適當的工藝措施繩槽可以鑄造成形，從而無需加工繩槽工序，降低生產成本。但灰鑄鐵強度較低，一般僅用于噸位及楊程較小的起重機卷筒，也有關于灰鑄鐵卷筒斷裂的報導(戴綠云，JK15型卷揚機卷筒斷裂原因分析，國外熱處理，1999，(3):46-48),即其安全性較差。鑄鋼的力學性能優于灰鑄鐵，但其鑄造性能較差，繩槽鑄造成形很困難，均采用加工成形，且較大尺寸鑄鋼卷通常采用分體鑄造+焊接的方法制造，不僅工藝復雜，而且焊縫及熱影響區性能往往較低，這對保證其使用性能不利，已有鑄鋼卷筒因焊接裂紋而報廢的報道(許毓善等，JD-40調度絞車卷筒焊接裂紋分析，煤炭技術，2000，19 (1):9-10)。(鋼板)焊接卷筒比相同尺寸的鑄造卷筒輕，是大型起重機常用的卷筒，其繩槽只能通過機械加工來完成，對于雙折線、單折線等不連續繩槽，加工難度很大、成本高。球墨鑄鐵具有較好的綜合力學性能，完全能夠滿足卷筒對材料性能的要求，而且其具有較好的鑄造性能，繩槽的鑄造成形是可能的。但其技術難度很大，必須保證較高的表面質量，避免縮松、皮下氣孔、表面灰口層等缺陷。
技術實現思路
本專利技術的目的是針對現有卷揚機卷筒存在的各種不足，在球墨鑄鐵中加入少量合金元素，通過球化、孕育及退火工藝達到細化其凝固組織，改善石墨形態和分布，提高其強度和韌性，延長卷筒使用壽命的目的。本專利技術的目的可以通過以下措施來實現:一種高強度高韌性的卷揚機球墨鑄鐵卷筒，其特征是，其化學組成成分(質量百分數)為:c:3.4 3.7%，S1:2.1-2.4%，Mg:0.03 0.06%, Y:0.02 0.04%, Sn:0.006 0.012%, Sb:0.012 0.018%, RE (除Y以外的其他稀土元素):0.02 0.04%, N:0.035 0.060%, V:0.040 0.065%, Nb:0.040 0.065%, 0.095% ( V+Nb ( 0.120%, Ca:0.005 0.010%, Ba:0.005 0.010%,0.012 ( Ca+Ba ( 0.018%, Mn:0.15 0.24%, Ti〈0.015%, AK0.012%, P〈0.04%, S〈0.012%,余量為Fe及不可避免的雜質。鑄造方法，其特征是，包括以下步驟:I)熔煉:先用廢鋼、硅鐵和生鐵(或增碳劑)混合加熱熔化成鐵水，要求鐵水的化學成分及其重量百分比分別為:C:3.6 3.8%、Si:1.2-1.4%、Mn:0.16 0.25%、S ( 0.05%、P彡0.04% ;當鐵水溫度達到1450 1500°C時，扒渣，然后依次加入銻、錫、釩氮合金和鈮鐵，調整鐵液的Sn、Sb、V、Nb和N元素的含量，保溫I 3分鐘后出爐；2)球化:將輕稀土球化劑(如稀土鎂合金FeSiMg8Re3)置于澆包底部，其上覆蓋重稀球化劑(如DY-20釔基重稀土球化劑)采用堤壩式沖入法球化工藝對鑄鐵進行球化處理；球化處理后鎂殘余量(Mg殘)控制在0.03% 0.06%, Y殘余量控制在0.02-0.04%,稀土 RE殘余量控制在0.02 0.04%。優選地，球化劑的加入量:球化劑加入總量為鐵水量的1.6-2.0% ;輕稀土球化劑與重稀土球化劑的質量比為1:1。3) 一次孕育:球化完成后，加入75SiFe進行第一次孕育處理，以消除球化元素所造成的白口傾向，并同時細化石墨球。一次孕育劑75SiFe的加入量為鐵水總質量0.4% 0.6%。4) 二次孕育:卷筒澆注過程中隨流加入鐵水總質量0.3% 0.5%的硅鈣鋇合金，進行二次孕育處理；經此處理后，鈣含量控制在0.005% 0.010%,鋇含量控制在0.005% 0.010%,且 0.010% ( Ca+Ba ( 0.020%。`5)退火:卷筒澆注12 24小時后，開箱、清理，然后在200 260°C進行去應力退火處理，保溫時間12 30小時，最后將卷筒加工至規定尺寸和精度。球鐵材料的性能是由金相組織決定的，而球鐵的組織取決于化學成分，本專利技術卷筒的化學成分是這樣確定的:碳:碳是球墨鑄鐵的基本兀素，碳聞有助于石墨化。由于石墨呈球狀后石墨對機械性能的影響已減小到最低程度，球墨鑄鐵的含碳量一般較高，在3.4 3.7%之間，碳當量在4.1 4.5%之間。鑄件壁薄、球化元素殘留量大或孕育不充分時取上限；反之，取下限。將碳當量選擇在共晶點附近不僅可以改善鐵液的流動性，對于球墨鑄鐵而言，碳當量的提高還會由于提高了鑄鐵凝固時的石墨化膨脹提高鐵液的自補縮能力。但是，碳含量過高，會引起石墨漂浮。硅:硅在球墨鑄鐵中，硅是第二個有重要影響的元素，它不僅可以有效地減小白口傾向，增加鐵素體量，而且具有細化共晶團，提高石墨球圓整度的作用。但是，硅提高鑄鐵的韌脆性轉變溫度，降低沖擊韌性，因此硅含量不宜過高，尤其是當鑄鐵中錳和磷含量較高時，更需要嚴格控制硅的含量。硫:硫是一種反球化元素，它與鎂、稀土等球化元素有很強的親合力，硫的存在會大量消耗鐵液中的球化元素，形成鎂和稀土的硫化物，引起夾渣、氣孔等鑄造缺陷。球墨鑄鐵中硫的含量一般要求小于0.012%。磷:磷是一種有害元素。它在鑄鐵中溶解度極低，當其含量小于0.04%時，固溶于基體中，對力學性能幾乎沒有影響。當含量大于0.04%時，磷極易偏析于共晶團邊界，形成二元、三元或復合磷共晶，降低鑄鐵的韌性。磷提高鑄鐵的韌脆性轉變溫度，當含磷量增加時，韌脆性轉變溫度就會提高。 錳:錳球墨鑄鐵中錳的作用就主要表現在本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種高強度高韌性的卷揚機球墨鑄鐵卷筒，其特征是，其化學成分及其質量百分比為：C：3.4～3.7%，Si：2.1?2.4%，Mg：0.03～0.06%，Y：0.02～0.04%，Sn：0.006～0.012%，Sb：0.012～0.018%，RE：0.02～0.04%，N：0.035～0.060%，V：0.040～0.065%，Nb：0.040～0.065%，0.095%≤V+Nb≤0.120%，Ca：0.005～0.010%，Ba：0.005～0.010%，0.012≤Ca+Ba≤0.018%，Mn：0.15～0.24%，Ti<0.015%，Al<0.012%，P<0.04%，S<0.012%，余量為Fe及不可避免的雜質。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉憲民，劉明亮，焦守民，郭宏濤，周長猛，
申請(專利權)人：山東匯豐鑄造科技股份有限公司，
類型：發明
國別省市：
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