一种易加工蠕墨铸铁的制备方法与流程
1.本发明涉及蠕墨铸铁制造技术领域，具体涉及一种易加工蠕墨铸铁的制备方法。
背景技术：
2.蠕墨铸铁因其石墨形态呈蠕虫状而得名，其具有以下优点：蠕墨铸铁的力学性能接近于球墨铸铁；具有与灰口铸铁相似的良好铸造性能和导热性；蠕墨铸铁的拉伸强度是灰铸铁的2-3倍；蠕墨铸铁的高温结构强度比灰铸铁高，在500℃以下具有良好的刚性；并且蠕墨铸铁具有较高的强度和弹性模量，蠕铁材质零件的壁厚可以更薄而可以使重量更轻。综合上述优点，蠕墨铸铁正逐步取代传统灰铸铁，而被广泛应用于新型轻量化大功率柴油发动机的铸造生产中。
3.但是，蠕墨铸铁更加优异的性能也会导致其加工性能更差。蠕墨铸铁更高的拉伸强度导致加工之中切削力更高，所需要的加工功率更大；蠕墨铸铁更高的韧性使其更容易黏刀从而加剧磨损；低导热率导致切削热集中于刀尖部位，使得热磨损加剧。而蠕墨铸铁制造过程之中会导致其硫元素含量极少，使其表面不易生成润滑膜而加剧磨损。
4.cn105861918a公开了一种易加工的蠕墨铸铁，所述蠕墨铸铁主要在现有的蠕墨铸铁的熔融铁水中加入立方氮化硼(bn)粉末，使氮化硼均匀的分布在蠕墨铸铁内，使蠕墨铸铁具有自润滑性，在保持蠕墨铸铁的固有硬度和抗拉强度性能的基础上，使蠕墨铸铁的切削加工性能得到改善。但是该方法不仅工艺复杂，而且制备成本比较昂贵，不利于生产的经济性。
5.cn112342525a公开了一种适用于蠕墨铸铁切削加工的cvd涂层及其制备方法，该cvd涂层可单独或与其他涂层搭配施加于烧结碳化物、金属陶瓷或陶瓷的基体全部或部分，形成切削工具，适用于磨损强烈及容易产生热裂纹的工况，特别适用于加工蠕墨铸铁材料。但是，该涂层的制备工艺比较复杂，制备成本比较昂贵，难以工业化推广。
6.因此，提供一种加工性能优异、操作简单并且加工成本较低的蠕墨铸铁的制备方法具有重要意义。
技术实现要素：
7.针对以上问题，本发明的目的在于提供一种易加工蠕墨铸铁的制备方法，与现有技术相比，本发明提供的制备方法可以使蠕墨铸铁在加工余量范围内呈片状石墨，除加工余量范围外的其余范围内为蠕虫状石墨或蠕虫状石墨和球状石墨同时存在，从而能够保证蠕墨铸铁的力学性能的同时，大幅提升加工余量处的可切削性，并且降低加工成本。
8.为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
9.本发明提供一种易加工蠕墨铸铁的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
10.(1)根据铸件的加工位置确定加工余量，然后计算加工余量中蠕化元素的量；
11.(2)根据步骤(1)所述蠕化元素的量确定硫化剂的用量，然后按所述用量将硫化剂进行配制，得到涂料；
12.(3)采用步骤(2)得到的所述涂料对砂芯进行预处理，得到预处理砂芯；
13.(4)采用步骤(3)得到的所述预处理砂芯进行铸造，得到蠕墨铸铁样品；
14.(5)将步骤(4)得到的所述蠕墨铸铁样品进行金相组织检验，若金相组织合格，则所述蠕墨铸铁样品即为成品；
15.若金相组织不合格，则调整硫化剂的用量并配制得到调整后的涂料，然后采用所述调整后的涂料重复进行步骤(3)至步骤(5)的操作，直至金相组织合格。
16.本发明提供的制备方法首先确定加工余量中蠕化元素的量，然后根据蠕化元素的量计算硫化剂的量并配制含有硫化剂的涂料，之后将采用涂料对砂芯进行预处理，当高温铁水采用预处理砂芯进行铸造时，在高温条件下进行反应，砂芯上的硫元素可以置换加工余量中的蠕化元素，改善加工余量处的金相组织，从而提升加工余量的可切削性，大大降低了加工成本。
17.本发明中，所述加工位置指的是需要对蠕墨铸铁铸件进行进一步切削的位置，以发动机缸体为例，主要加工位置包括瓦口、缸孔、前端面、后端面、缸盖结合面以及各个螺栓孔、油道等。
18.本发明中，所述加工余量指的是：铸件中需要进行切削处理的部分。
19.本发明中，所述涂料中除含有硫化剂外，其他成分没有特殊限定，可以是本领域任何常用的涂料成分，例如水基铸造涂料。
20.优选地，步骤(1)所述加工余量的体积的计算方法包括：加工余量的体积＝加工表面的面积
×
加工的深度。
21.优选地，所述蠕化元素的质量的计算方法包括：蠕化元素的质量＝加工余量的体积
×
加工余量中单位体积蠕化元素的质量。
22.优选地，步骤(1)所述加工的深度≤5mm，例如可以是5mm、4mm、3mm、2mm或1mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
23.本发明优选控制加工的深度在特定范围，可以进一步促进硫元素置换蠕化元素，可以进一步提升零件的可切削性。
24.优选地，步骤(1)所述蠕化元素包括稀土元素、镁、钙、钛或铝中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合包括镁和钙的组合或钙和钛的组合，优选为镁元素。
25.本发明优选控制蠕化元素为镁元素，硫元素更加彻底地替换镁元素，从而进一步提升加工余量的可切削性。
26.优选地，步骤(2)所述硫化剂包括硫化亚铁。
27.优选地，所述硫化剂为硫化亚铁，所述硫化亚铁的质量＝(加工表面的面积
×
加工的深度
×
加工余量中单位体积镁元素的质量
×
2.5)/相关系数；所述相关系数为常数，取值范围为0.6-0.8，例如可以是0.6、0.65、0.7、0.75或0.8，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
28.优选地，步骤(3)所述预处理包括：将涂料覆盖在砂芯形成步骤(1)所述加工位置的表面。
29.当采用本发明提供的制备方法制备确定尺寸的蠕墨铸铁铸件时，为保证尺寸的精确性，需要在制备砂芯时考虑涂覆涂料的厚度，在制备砂芯时预留出覆盖涂料的尺寸，使涂
覆涂料后砂芯的尺寸恰好满足目标尺寸零件的需要。
30.优选地，步骤(4)所述铸造所用铁水的温度为1390-1420℃，例如可以是1390℃、1395℃、1400℃、1405℃、1410℃、1415℃或1420℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
31.优选地，步骤(5)所述金相组织检验得到：若加工余量范围内为片状石墨，除加工余量范围外的其余范围内为蠕虫状石墨或蠕虫状石墨和球状石墨同时存在，则金相组织为合格；
32.若加工余量范围内含有除片状石墨以外其他类型的石墨或除加工余量范围外的其余范围含有片状石墨，则金相组织为不合格。
33.优选地，步骤(5)所述调整硫化剂的用量包括：若加工余量范围内含有片状石墨以外其他类型的石墨，则增加硫化剂的用量；
34.若除加工余量范围外的其余范围含有片状石墨，则减少硫化剂的用量。
35.作为本发明的优选技术方案，所述制备方法包括以下步骤：
36.(1)根据铸件的加工位置确定加工余量，然后计算加工余量中蠕化元素的量，所述加工余量的体积的计算方法包括：加工余量的体积＝加工表面的面积
×
加工的深度，所述蠕化元素的质量的计算方法包括：蠕化元素的质量＝加工余量的体积
×
加工余量中单位体积蠕化元素的质量，所述加工的深度≤5mm；
37.所述蠕化元素包括镁元素；
38.(2)根据步骤(1)所述蠕化元素的量确定硫化剂的用量，然后按所述用量将硫化剂进行配制，得到涂料；
39.所述硫化剂为硫化亚铁，所述硫化亚铁的质量＝(加工表面的面积
×
加工的深度
×
加工余量中单位体积镁元素的质量
×
2.5)/相关系数；所述相关系数为常数，取值范围为0.6-0.8；
40.(3)将涂料覆盖在砂芯形成步骤(1)所述加工位置的表面，得到预处理砂芯；
41.(4)采用步骤(3)得到的所述预处理砂芯进行铸造，得到蠕墨铸铁样品；
42.所述铸造所用铁水的温度为1390-1420℃；
43.(5)将步骤(4)得到的所述蠕墨铸铁样品进行金相组织检验，若金相组织检验得到：加工余量范围内为片状石墨，除加工余量范围外的其余范围内为蠕虫状石墨或蠕虫状石墨和球状石墨同时存在，则金相组织合格，所述蠕墨铸铁样品即为成品；
44.若加工余量范围内含有除片状石墨以外其他类型的石墨或除加工余量范围外的其余范围含有片状石墨，则金相组织不合格，然后调整硫化剂的用量并配制得到调整后的涂料，然后采用所述调整后的涂料重复进行步骤(3)至步骤(5)的操作，直至金相组织合格。
45.相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
46.本发明提供的制备方法通过在高温下硫元素和蠕化元素反应，从而使砂芯上的硫元素置换掉加工余量处的蠕化元素，达到改善加工余量金相结构的目的，不仅能够大幅提升加工余量处的可切削性，还能降低加工成本，且保证蠕墨铸铁的力学性能基本不变。
具体实施方式
47.下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明
了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
48.实施例1
49.本实施例提供一种易加工蠕墨铸铁的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
50.(1)根据铸件的加工位置为缸孔，确定加工余量，然后计算加工余量中镁元素的量，所述加工余量的体积的计算方法为：加工余量的体积＝加工表面的面积
×
加工的深度＝219000mm3，所述镁元素的质量的计算方法为：镁元素的质量＝加工余量的体积
×
加工余量中单位体积镁元素的质量＝3285g，所述加工余量中单位体积镁元素的质量为0.015g/mm3，所述加工的深度为3mm；
51.(2)根据步骤(1)所述镁元素的量确定硫化亚铁的用量，然后按所述用量将硫化亚铁进行配制，得到涂料；
52.所述硫化亚铁的质量＝(加工表面的面积
×
加工的深度
×
加工余量中单位体积镁元素的质量
×
2.5)/0.7＝11732g；
53.(3)将涂料覆盖在砂芯形成步骤(1)所述加工位置的表面，得到预处理砂芯；
54.(4)采用步骤(3)得到的所述预处理砂芯进行铸造，得到蠕墨铸铁样品；
55.所述铸造所用铁水的温度为1400℃；
56.(5)将步骤(4)得到的所述蠕墨铸铁样品进行金相组织检验，金相组织检验得到：加工余量范围内为片状石墨，除加工余量范围外的其余范围内为蠕虫状石墨和球状石墨，即金相组织合格，得到成品。
57.实施例2
58.本实施例提供一种易加工蠕墨铸铁的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
59.(1)根据铸件的加工位置为瓦口，确定加工余量，然后计算加工余量中镁元素的量，所述加工余量的体积的计算方法为：加工余量的体积＝加工表面的面积
×
加工的深度＝5000mm3，所述镁元素的质量的计算方法为：镁元素的质量＝加工余量的体积
×
加工余量中单位体积镁元素的质量＝75g，所述加工余量中单位体积镁元素的质量为0.015g/mm3，所述加工的深度为5mm；
60.(2)根据步骤(1)所述镁元素的量确定硫化亚铁的用量，然后按所述用量将硫化亚铁进行配制，得到涂料；
61.所述硫化亚铁的质量＝(加工表面的面积
×
加工的深度
×
加工余量中单位体积镁元素的质量
×
2.5)/0.7＝267g；
62.(3)将涂料覆盖在砂芯形成步骤(1)所述加工位置的表面，得到预处理砂芯；
63.(4)采用步骤(3)得到的所述预处理砂芯进行铸造，得到蠕墨铸铁样品；
64.所述铸造所用铁水的温度为1390℃；
65.(5)将步骤(4)得到的所述蠕墨铸铁样品进行金相组织检验，金相组织检验得到：加工余量范围内含有片状石墨和蠕虫状石墨，增加硫化剂的用量并配制得到调整后的涂料，然后采用所述调整后的涂料重复进行步骤(3)至步骤(5)的操作，直至加工余量范围内为片状石墨，除加工余量范围外的其余范围内为蠕虫状石墨和球状石墨，即金相组织合格，得到成品。
66.实施例3
67.本实施例提供一种易加工蠕墨铸铁的制备方法，与实施例1相比的区别仅在于所
述加工的深度为7mm。
68.实施例3相较于实施例1-2而言，实施例1-2中可以使成品的金相组织合格，从而达到要求的可切削性。而实施例3中虽然加工余量处也可以得到片状石墨，但是即使进一步增加硫化亚铁的用量，也无法将加工余量中的金相组织完全转化为片状石墨。
69.对比例1
70.本对比例提供一种易加工蠕墨铸铁的制备方法，与实施例1相比的区别仅在于将铁水采用未经涂料处理的砂芯进行铸造，得到成品。
71.所述未经处理的砂芯的尺寸与实施例1中涂覆涂料后的预处理砂芯的尺寸相同。
72.使用刀具切削处理实施例1-3和对比例1所述方法制备得到的蠕墨铸铁成品，得到刀具在测试范围下的使用寿命，结果如表1所示。
73.测试方法为：在测试范围内对加工余量处进行切削，当表面试样粗糙度平均值超过ra＝1.6μm时停止试验，直至得到刀具的使用寿命，所述使用寿命为刀具到报废为止能达到的最大加工长度。
74.切削设备采用沈阳机床htc365数控车床和ccgt060208-mm4硬质合金涂层刀片；切削条件为：线速度vc＝200m/min，切削深度ap＝0.1mm，每转进给fr＝0.1mm/r；水基乳化液冷却；表面粗糙度采用：高清ccd测量显微镜gp-300c(放大倍数50-500倍)和tr200便携式表面粗糙度仪测试。
75.表1
76.案例序号测试范围/mm刀具寿命/km实施例10-33.562实施例23-53.612实施例35-71.985对比例10-31.921
77.从表1可以看出以下几点：
78.(1)实施例1-2中的成品在进行加工性能测试时，刀具有较高寿命，说明本发明提供的制备方法在较优条件下可以大幅提升加工余量处的可切削性。
79.(2)实施例1相较于实施例3而言，实施例1中刀具寿命为3.562km，而实施例3中刀具寿命仅为1.985km，实施例1中刀具的寿命高于实施例3，由此可见，本发明优选控制步骤(1)所述加工的深度可以进一步促进硫元素置换蠕化元素，从而进一步提升成品的可切削性。
80.(3)实施例1相较于对比例1而言，实施例1中刀具的寿命明显高于对比例1，由此可见，本发明提供的制备方法可以大幅提升蠕墨铸铁加工余量处的可切削性。
81.综上所述，本发明提供的制备方法通过硫元素置换加工余量处的蠕化元素，达到改善加工余量金相结构的目的，能够大幅提升加工余量处的可切削性。
82.申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
技术特征：
1.一种易加工蠕墨铸铁的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)根据铸件的加工位置确定加工余量，然后计算加工余量中蠕化元素的量；(2)根据步骤(1)所述蠕化元素的量确定硫化剂的用量，然后按所述用量将硫化剂进行配制，得到涂料；(3)采用步骤(2)得到的所述涂料对砂芯进行预处理，得到预处理砂芯；(4)采用步骤(3)得到的所述预处理砂芯进行铸造，得到蠕墨铸铁样品；(5)将步骤(4)得到的所述蠕墨铸铁样品进行金相组织检验，若金相组织合格，则所述蠕墨铸铁样品即为成品；若金相组织不合格，则调整硫化剂的用量并配制得到调整后的涂料，然后采用所述调整后的涂料重复进行步骤(3)至步骤(5)的操作，直至金相组织合格。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述加工余量的体积的计算方法包括：加工余量的体积＝加工表面的面积
×
加工的深度；优选地，所述蠕化元素的质量的计算方法包括：蠕化元素的质量＝加工余量的体积
×
加工余量中单位体积蠕化元素的质量。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述加工的深度≤5mm。4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述蠕化元素包括稀土元素、镁、钙、钛或铝中的任意一种或至少两种的组合，优选为镁元素。5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述硫化剂包括硫化亚铁；优选地，所述硫化剂为硫化亚铁，所述硫化亚铁的质量＝(加工表面的面积
×
加工的深度
×
加工余量中单位体积镁元素的质量
×
2.5)/相关系数；所述相关系数为常数，取值范围为0.6-0.8。6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述预处理包括：将涂料覆盖在砂芯形成步骤(1)所述加工位置的表面。7.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述铸造所用铁水的温度为1390-1420℃。8.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)所述金相组织检验得到：若加工余量范围内为片状石墨，除加工余量范围外的其余范围内为蠕虫状石墨或蠕虫状石墨和球状石墨同时存在，则金相组织为合格；若加工余量范围内含有除片状石墨以外其他类型的石墨或除加工余量范围外的其余范围含有片状石墨，则金相组织为不合格。9.根据权利要求1-8任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)所述调整硫化剂的用量包括：若加工余量范围内含有片状石墨以外其他类型的石墨，则增加硫化剂的用量；若除加工余量范围外的其余范围含有片状石墨，则减少硫化剂的用量。10.根据权利要求1-9任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)根据铸件的加工位置确定加工余量，然后计算加工余量中蠕化元素的量，所述加工余量的体积的计算方法包括：加工余量的体积＝加工表面的面积
×
加工的深度，所述蠕化元素的质量的计算方法包括：蠕化元素的质量＝加工余量的体积
×
加工余量中单位体积蠕
化元素的质量，所述加工的深度≤5mm；所述蠕化元素包括镁元素；(2)根据步骤(1)所述蠕化元素的量确定硫化剂的用量，然后按所述用量将硫化剂进行配制，得到涂料；所述硫化剂为硫化亚铁，所述硫化亚铁的质量＝(加工表面的面积
×
加工的深度
×
加工余量中单位体积镁元素的质量
×
2.5)/相关系数；所述相关系数为常数，取值范围为0.6-0.8；(3)将涂料覆盖在砂芯形成步骤(1)所述加工位置的表面，得到预处理砂芯；(4)采用步骤(3)得到的所述预处理砂芯进行铸造，得到蠕墨铸铁样品；所述铸造所用铁水的温度为1390-1420℃；(5)将步骤(4)得到的所述蠕墨铸铁样品进行金相组织检验，若金相组织检验得到：加工余量范围内为片状石墨，除加工余量范围外的其余范围内为蠕虫状石墨或蠕虫状石墨和球状石墨同时存在，则金相组织合格，所述蠕墨铸铁样品即为成品；若加工余量范围内含有除片状石墨以外其他类型的石墨或除加工余量范围外的其余范围含有片状石墨，则金相组织不合格，然后调整硫化剂的用量并配制得到调整后的涂料，然后采用所述调整后的涂料重复进行步骤(3)至步骤(5)的操作，直至金相组织合格。
技术总结
本发明涉及一种易加工蠕墨铸铁的制备方法，所述制备方法包括：首先，计算加工余量中蠕化元素的量；然后，根据蠕化元素的量确定硫化剂的用量并配制涂料；之后，采用所述涂料预处理砂芯；接着，采用预处理砂芯进行铸造，得到蠕墨铸铁样品；最后，对蠕墨铸铁样品进行金相组织检验，并调整得到成品。本发明提供的方法利用在高温条件下硫元素和蠕化元素进行反应，硫元素可以置换加工余量中的蠕化元素，改善加工余量处的金相组织，从而提升加工余量的可切削性，大大降低了加工成本。大大降低了加工成本。
