[发明专利]一种曲轴用铜锑合金球铁材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种曲轴用铜锑合金球铁材料及其制备方法。

背景技术

曲轴是发动机的一个心脏部件，是发动机的动力源，其材料是碳素结构钢或球墨铸铁。随着球铁铸造技术的迅速发展，现在大量的曲轴都采用球墨铸铁。曲轴在发动机中承载着复杂的载荷，要求曲轴材料必须是具有较高的强度和韧性，也就是必须要有较好的综合机械性能。因此，球铁曲轴铸造时广泛通过添加铜、钼等合金元素，来改善球铁曲轴的综合性能。

以往的铸造球铁曲轴大都采用铜钼合金球铁材料，由于铜能降低奥氏体共析转变的临界范围，有助于珠光体的形成和细化。而钼能减缓奥氏体向珠光体转变，当钼与珠光体稳定元素铜一起加入时，极大地细化了珠光体，形成细粒状的珠光体组织，大大提高了球铁的强度和韧性，综合机械性能优异。但是由于钼在球铁中是强碳化物形成元素，易阻碍石墨的析出，造成球铁缩孔缩松的走向严重，曲轴心部易出现缩松现象，出现废品损失。且钼合金价格昂贵，加入量相时也较多，一般要在0.2-0.35％的钼，产品的成本相对提高。

本发明针对上述现有曲轴用铜钼合金球铁材料的缺陷，提供一种曲轴用铜锑合金球铁材料及其制备方法，既大大提高了球铁曲轴的机械强度，减少了铜钼合金球铁曲轴废品损失率和潜在曲轴心部缩松风险，同时又很大程度的降低了生产成本，提高了铜锑合金球铁曲轴的经济价值。

发明内容

为达到上述的目的，本发明采用如下技术方案：

一种曲轴用铜锑合金球铁材料，其特征在于其化学成分和含量为：C3.60-3.90，Si2.00-2.80，Mn 0.30-0.50，P≤0.06，S≤0.03，Re0.02-0.05，Mg0.02-0.06，Cu0.40-0.60，Sb0.01-0.05，其余均为Fe。

一种曲轴用铜锑合金球铁材料的制备方法，其特征在于将硫、磷等元素含量低的优质球墨铸铁和废钢投入高温炉中熔炼，然后加入锰铁等，熔炼的铁水温度不超过1500℃，待得铁水球化后，镁的残余含量低于0.05时，投入Cu和Sb材料孕育2～3分钟，清渣保温，确保浇注温度在1300℃-1400℃之间，并在15分钟内浇注完成。

本发明的有益效果是：采用0.01-0.05％的锑取代0.2-0.35％的钼，不但提高了球铁曲轴的机械强度，降低了铜钼合金曲轴心部缩松的风险，试验数据表明，采用铜锑合金配方后，无论是球铁试块还是曲轴本体的物理性能均高于GB/T1348-2009标准所规定的各项指标。锑的这种反石墨球化作用可以受到球化剂中稀土元素的抑制，在采用稀土镁球化剂的球铁中加入适量的锑，不但没有干扰石墨球化的作用，而是起到了稳定球光体，增加石墨球数，改善机械性能和防止大截面心部石墨畸变的有益作用。同时极大地降低了生产成本，用铜锑合金生产的球铁曲轴比铜钼合金球铁曲轴每炉次降低140元，比铜锡合金球铁曲轴每炉次降低70元。

说明书附图

图1为铜锑合金铸件组织照片(×100)

具体实施方式

一种曲轴用铜锑合金球铁材料，其特征在于其化学成分和含量为：C3.60-3.90，Si2.00-2.80，Mn 0.30-0.50，P≤0.06，S≤0.03，Re0.02-0.05，Mg0.02-0.06，Cu0.40-0.60，Sb0.01-0.05，其余均为Fe。

一种曲轴用铜锑合金球铁材料的制备方法，其特征在于将硫、磷等元素含量低的优质球墨铸铁和废钢投入高温炉中熔炼，然后加入锰铁等，熔炼的铁水温度不超过1500℃，待得铁水球化后，镁的残余含量低于0.05时，投入Cu和Sb材料孕育2～3分钟，清渣保温，确保浇注温度在1300℃-1400℃之间，并在15分钟内浇注完成。

本发明的有益效果是：采用0.01-0.05％的锑取代0.2-0.35％的钼，不但提高了球铁曲轴的机械强度，降低了铜钼合金曲轴心部缩松的风险，试验数据表明，采用铜锑合金配方后，无论是球铁试块还是曲轴本体的物理性能均高于GB/T1348-2009标准所规定的各项指标。锑的这种反石墨球化作用可以受到球化剂中稀土元素的抑制，在采用稀土镁球化剂的球铁中加入适量的锑，不但没有干扰石墨球化的作用，而是起到了稳定球光体，增加石墨球数，改善机械性能和防止大截面心部石墨畸变的有益作用。同时极大地降低了生产成本，用铜锑合金生产的球铁曲轴比铜钼合金球铁曲轴每炉次降低140元，比铜锡合金球铁曲轴每炉次降低70元。