一種易加工蠕墨鑄鐵的制備方法與流程
1.本發(fā)明涉及蠕墨鑄鐵制造技術(shù)領域,具體涉及一種易加工蠕墨鑄鐵的制備方法。
背景技術(shù):
2.蠕墨鑄鐵因其石墨形態(tài)呈蠕蟲狀而得名,其具有以下優(yōu)點:蠕墨鑄鐵的力學性能接近于球墨鑄鐵;具有與灰口鑄鐵相似的良好鑄造性能和導熱性;蠕墨鑄鐵的拉伸強度是灰鑄鐵的2-3倍;蠕墨鑄鐵的高溫結(jié)構(gòu)強度比灰鑄鐵高,在500℃以下具有良好的剛性;并且蠕墨鑄鐵具有較高的強度和彈性模量,蠕鐵材質(zhì)零件的壁厚可以更薄而可以使重量更輕。綜合上述優(yōu)點,蠕墨鑄鐵正逐步取代傳統(tǒng)灰鑄鐵,而被廣泛應用于新型輕量化大功率柴油發(fā)動機的鑄造生產(chǎn)中。
3.但是,蠕墨鑄鐵更加優(yōu)異的性能也會導致其加工性能更差。蠕墨鑄鐵更高的拉伸強度導致加工之中切削力更高,所需要的加工功率更大;蠕墨鑄鐵更高的韌性使其更容易黏刀從而加劇磨損;低導熱率導致切削熱集中于刀尖部位,使得熱磨損加劇。而蠕墨鑄鐵制造過程之中會導致其硫元素含量極少,使其表面不易生成潤滑膜而加劇磨損。
4.cn105861918a公開了一種易加工的蠕墨鑄鐵,所述蠕墨鑄鐵主要在現(xiàn)有的蠕墨鑄鐵的熔融鐵水中加入立方氮化硼(bn)粉末,使氮化硼均勻的分布在蠕墨鑄鐵內(nèi),使蠕墨鑄鐵具有自潤滑性,在保持蠕墨鑄鐵的固有硬度和抗拉強度性能的基礎上,使蠕墨鑄鐵的切削加工性能得到改善。但是該方法不僅工藝復雜,而且制備成本比較昂貴,不利于生產(chǎn)的經(jīng)濟性。
5.cn112342525a公開了一種適用于蠕墨鑄鐵切削加工的cvd涂層及其制備方法,該cvd涂層可單獨或與其他涂層搭配施加于燒結(jié)碳化物、金屬陶瓷或陶瓷的基體全部或部分,形成切削工具,適用于磨損強烈及容易產(chǎn)生熱裂紋的工況,特別適用于加工蠕墨鑄鐵材料。但是,該涂層的制備工藝比較復雜,制備成本比較昂貴,難以工業(yè)化推廣。
6.因此,提供一種加工性能優(yōu)異、操作簡單并且加工成本較低的蠕墨鑄鐵的制備方法具有重要意義。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
7.針對以上問題,本發(fā)明的目的在于提供一種易加工蠕墨鑄鐵的制備方法,與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明提供的制備方法可以使蠕墨鑄鐵在加工余量范圍內(nèi)呈片狀石墨,除加工余量范圍外的其余范圍內(nèi)為蠕蟲狀石墨或蠕蟲狀石墨和球狀石墨同時存在,從而能夠保證蠕墨鑄鐵的力學性能的同時,大幅提升加工余量處的可切削性,并且降低加工成本。
8.為達到此發(fā)明目的,本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
9.本發(fā)明提供一種易加工蠕墨鑄鐵的制備方法,所述制備方法包括以下步驟:
10.(1)根據(jù)鑄件的加工位置確定加工余量,然后計算加工余量中蠕化元素的量;
11.(2)根據(jù)步驟(1)所述蠕化元素的量確定硫化劑的用量,然后按所述用量將硫化劑進行配制,得到涂料;
12.(3)采用步驟(2)得到的所述涂料對砂芯進行預處理,得到預處理砂芯;
13.(4)采用步驟(3)得到的所述預處理砂芯進行鑄造,得到蠕墨鑄鐵樣品;
14.(5)將步驟(4)得到的所述蠕墨鑄鐵樣品進行金相組織檢驗,若金相組織合格,則所述蠕墨鑄鐵樣品即為成品;
15.若金相組織不合格,則調(diào)整硫化劑的用量并配制得到調(diào)整后的涂料,然后采用所述調(diào)整后的涂料重復進行步驟(3)至步驟(5)的操作,直至金相組織合格。
16.本發(fā)明提供的制備方法首先確定加工余量中蠕化元素的量,然后根據(jù)蠕化元素的量計算硫化劑的量并配制含有硫化劑的涂料,之后將采用涂料對砂芯進行預處理,當高溫鐵水采用預處理砂芯進行鑄造時,在高溫條件下進行反應,砂芯上的硫元素可以置換加工余量中的蠕化元素,改善加工余量處的金相組織,從而提升加工余量的可切削性,大大降低了加工成本。
17.本發(fā)明中,所述加工位置指的是需要對蠕墨鑄鐵鑄件進行進一步切削的位置,以發(fā)動機缸體為例,主要加工位置包括瓦口、缸孔、前端面、后端面、缸蓋結(jié)合面以及各個螺栓孔、油道等。
18.本發(fā)明中,所述加工余量指的是:鑄件中需要進行切削處理的部分。
19.本發(fā)明中,所述涂料中除含有硫化劑外,其他成分沒有特殊限定,可以是本領域任何常用的涂料成分,例如水基鑄造涂料。
20.優(yōu)選地,步驟(1)所述加工余量的體積的計算方法包括:加工余量的體積=加工表面的面積
×
加工的深度。
21.優(yōu)選地,所述蠕化元素的質(zhì)量的計算方法包括:蠕化元素的質(zhì)量=加工余量的體積
×
加工余量中單位體積蠕化元素的質(zhì)量。
22.優(yōu)選地,步驟(1)所述加工的深度≤5mm,例如可以是5mm、4mm、3mm、2mm或1mm,但不限于所列舉的數(shù)值,數(shù)值范圍內(nèi)其它未列舉的數(shù)值同樣適用。
23.本發(fā)明優(yōu)選控制加工的深度在特定范圍,可以進一步促進硫元素置換蠕化元素,可以進一步提升零件的可切削性。
24.優(yōu)選地,步驟(1)所述蠕化元素包括稀土元素、鎂、鈣、鈦或鋁中的任意一種或至少兩種的組合,其中典型但非限制性的組合包括鎂和鈣的組合或鈣和鈦的組合,優(yōu)選為鎂元素。
25.本發(fā)明優(yōu)選控制蠕化元素為鎂元素,硫元素更加徹底地替換鎂元素,從而進一步提升加工余量的可切削性。
26.優(yōu)選地,步驟(2)所述硫化劑包括硫化亞鐵。
27.優(yōu)選地,所述硫化劑為硫化亞鐵,所述硫化亞鐵的質(zhì)量=(加工表面的面積
×
加工的深度
×
加工余量中單位體積鎂元素的質(zhì)量
×
2.5)/相關(guān)系數(shù);所述相關(guān)系數(shù)為常數(shù),取值范圍為0.6-0.8,例如可以是0.6、0.65、0.7、0.75或0.8,但不限于所列舉的數(shù)值,數(shù)值范圍內(nèi)其它未列舉的數(shù)值同樣適用。
28.優(yōu)選地,步驟(3)所述預處理包括:將涂料覆蓋在砂芯形成步驟(1)所述加工位置的表面。
29.當采用本發(fā)明提供的制備方法制備確定尺寸的蠕墨鑄鐵鑄件時,為保證尺寸的精確性,需要在制備砂芯時考慮涂覆涂料的厚度,在制備砂芯時預留出覆蓋涂料的尺寸,使涂
覆涂料后砂芯的尺寸恰好滿足目標尺寸零件的需要。
30.優(yōu)選地,步驟(4)所述鑄造所用鐵水的溫度為1390-1420℃,例如可以是1390℃、1395℃、1400℃、1405℃、1410℃、1415℃或1420℃,但不限于所列舉的數(shù)值,數(shù)值范圍內(nèi)其它未列舉的數(shù)值同樣適用。
31.優(yōu)選地,步驟(5)所述金相組織檢驗得到:若加工余量范圍內(nèi)為片狀石墨,除加工余量范圍外的其余范圍內(nèi)為蠕蟲狀石墨或蠕蟲狀石墨和球狀石墨同時存在,則金相組織為合格;
32.若加工余量范圍內(nèi)含有除片狀石墨以外其他類型的石墨或除加工余量范圍外的其余范圍含有片狀石墨,則金相組織為不合格。
33.優(yōu)選地,步驟(5)所述調(diào)整硫化劑的用量包括:若加工余量范圍內(nèi)含有片狀石墨以外其他類型的石墨,則增加硫化劑的用量;
34.若除加工余量范圍外的其余范圍含有片狀石墨,則減少硫化劑的用量。
35.作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案,所述制備方法包括以下步驟:
36.(1)根據(jù)鑄件的加工位置確定加工余量,然后計算加工余量中蠕化元素的量,所述加工余量的體積的計算方法包括:加工余量的體積=加工表面的面積
×
加工的深度,所述蠕化元素的質(zhì)量的計算方法包括:蠕化元素的質(zhì)量=加工余量的體積
×
加工余量中單位體積蠕化元素的質(zhì)量,所述加工的深度≤5mm;
37.所述蠕化元素包括鎂元素;
38.(2)根據(jù)步驟(1)所述蠕化元素的量確定硫化劑的用量,然后按所述用量將硫化劑進行配制,得到涂料;
39.所述硫化劑為硫化亞鐵,所述硫化亞鐵的質(zhì)量=(加工表面的面積
×
加工的深度
×
加工余量中單位體積鎂元素的質(zhì)量
×
2.5)/相關(guān)系數(shù);所述相關(guān)系數(shù)為常數(shù),取值范圍為0.6-0.8;
40.(3)將涂料覆蓋在砂芯形成步驟(1)所述加工位置的表面,得到預處理砂芯;
41.(4)采用步驟(3)得到的所述預處理砂芯進行鑄造,得到蠕墨鑄鐵樣品;
42.所述鑄造所用鐵水的溫度為1390-1420℃;
43.(5)將步驟(4)得到的所述蠕墨鑄鐵樣品進行金相組織檢驗,若金相組織檢驗得到:加工余量范圍內(nèi)為片狀石墨,除加工余量范圍外的其余范圍內(nèi)為蠕蟲狀石墨或蠕蟲狀石墨和球狀石墨同時存在,則金相組織合格,所述蠕墨鑄鐵樣品即為成品;
44.若加工余量范圍內(nèi)含有除片狀石墨以外其他類型的石墨或除加工余量范圍外的其余范圍含有片狀石墨,則金相組織不合格,然后調(diào)整硫化劑的用量并配制得到調(diào)整后的涂料,然后采用所述調(diào)整后的涂料重復進行步驟(3)至步驟(5)的操作,直至金相組織合格。
45.相對于現(xiàn)有技術(shù),本發(fā)明具有以下有益效果:
46.本發(fā)明提供的制備方法通過在高溫下硫元素和蠕化元素反應,從而使砂芯上的硫元素置換掉加工余量處的蠕化元素,達到改善加工余量金相結(jié)構(gòu)的目的,不僅能夠大幅提升加工余量處的可切削性,還能降低加工成本,且保證蠕墨鑄鐵的力學性能基本不變。
具體實施方式
47.下面通過具體實施方式來進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。本領域技術(shù)人員應該明
了,所述實施例僅僅是幫助理解本發(fā)明,不應視為對本發(fā)明的具體限制。
48.實施例1
49.本實施例提供一種易加工蠕墨鑄鐵的制備方法,所述制備方法包括如下步驟:
50.(1)根據(jù)鑄件的加工位置為缸孔,確定加工余量,然后計算加工余量中鎂元素的量,所述加工余量的體積的計算方法為:加工余量的體積=加工表面的面積
×
加工的深度=219000mm3,所述鎂元素的質(zhì)量的計算方法為:鎂元素的質(zhì)量=加工余量的體積
×
加工余量中單位體積鎂元素的質(zhì)量=3285g,所述加工余量中單位體積鎂元素的質(zhì)量為0.015g/mm3,所述加工的深度為3mm;
51.(2)根據(jù)步驟(1)所述鎂元素的量確定硫化亞鐵的用量,然后按所述用量將硫化亞鐵進行配制,得到涂料;
52.所述硫化亞鐵的質(zhì)量=(加工表面的面積
×
加工的深度
×
加工余量中單位體積鎂元素的質(zhì)量
×
2.5)/0.7=11732g;
53.(3)將涂料覆蓋在砂芯形成步驟(1)所述加工位置的表面,得到預處理砂芯;
54.(4)采用步驟(3)得到的所述預處理砂芯進行鑄造,得到蠕墨鑄鐵樣品;
55.所述鑄造所用鐵水的溫度為1400℃;
56.(5)將步驟(4)得到的所述蠕墨鑄鐵樣品進行金相組織檢驗,金相組織檢驗得到:加工余量范圍內(nèi)為片狀石墨,除加工余量范圍外的其余范圍內(nèi)為蠕蟲狀石墨和球狀石墨,即金相組織合格,得到成品。
57.實施例2
58.本實施例提供一種易加工蠕墨鑄鐵的制備方法,所述制備方法包括如下步驟:
59.(1)根據(jù)鑄件的加工位置為瓦口,確定加工余量,然后計算加工余量中鎂元素的量,所述加工余量的體積的計算方法為:加工余量的體積=加工表面的面積
×
加工的深度=5000mm3,所述鎂元素的質(zhì)量的計算方法為:鎂元素的質(zhì)量=加工余量的體積
×
加工余量中單位體積鎂元素的質(zhì)量=75g,所述加工余量中單位體積鎂元素的質(zhì)量為0.015g/mm3,所述加工的深度為5mm;
60.(2)根據(jù)步驟(1)所述鎂元素的量確定硫化亞鐵的用量,然后按所述用量將硫化亞鐵進行配制,得到涂料;
61.所述硫化亞鐵的質(zhì)量=(加工表面的面積
×
加工的深度
×
加工余量中單位體積鎂元素的質(zhì)量
×
2.5)/0.7=267g;
62.(3)將涂料覆蓋在砂芯形成步驟(1)所述加工位置的表面,得到預處理砂芯;
63.(4)采用步驟(3)得到的所述預處理砂芯進行鑄造,得到蠕墨鑄鐵樣品;
64.所述鑄造所用鐵水的溫度為1390℃;
65.(5)將步驟(4)得到的所述蠕墨鑄鐵樣品進行金相組織檢驗,金相組織檢驗得到:加工余量范圍內(nèi)含有片狀石墨和蠕蟲狀石墨,增加硫化劑的用量并配制得到調(diào)整后的涂料,然后采用所述調(diào)整后的涂料重復進行步驟(3)至步驟(5)的操作,直至加工余量范圍內(nèi)為片狀石墨,除加工余量范圍外的其余范圍內(nèi)為蠕蟲狀石墨和球狀石墨,即金相組織合格,得到成品。
66.實施例3
67.本實施例提供一種易加工蠕墨鑄鐵的制備方法,與實施例1相比的區(qū)別僅在于所
述加工的深度為7mm。
68.實施例3相較于實施例1-2而言,實施例1-2中可以使成品的金相組織合格,從而達到要求的可切削性。而實施例3中雖然加工余量處也可以得到片狀石墨,但是即使進一步增加硫化亞鐵的用量,也無法將加工余量中的金相組織完全轉(zhuǎn)化為片狀石墨。
69.對比例1
70.本對比例提供一種易加工蠕墨鑄鐵的制備方法,與實施例1相比的區(qū)別僅在于將鐵水采用未經(jīng)涂料處理的砂芯進行鑄造,得到成品。
71.所述未經(jīng)處理的砂芯的尺寸與實施例1中涂覆涂料后的預處理砂芯的尺寸相同。
72.使用刀具切削處理實施例1-3和對比例1所述方法制備得到的蠕墨鑄鐵成品,得到刀具在測試范圍下的使用壽命,結(jié)果如表1所示。
73.測試方法為:在測試范圍內(nèi)對加工余量處進行切削,當表面試樣粗糙度平均值超過ra=1.6μm時停止試驗,直至得到刀具的使用壽命,所述使用壽命為刀具到報廢為止能達到的最大加工長度。
74.切削設備采用沈陽機床htc365數(shù)控車床和ccgt060208-mm4硬質(zhì)合金涂層刀片;切削條件為:線速度vc=200m/min,切削深度ap=0.1mm,每轉(zhuǎn)進給fr=0.1mm/r;水基乳化液冷卻;表面粗糙度采用:高清ccd測量顯微鏡gp-300c(放大倍數(shù)50-500倍)和tr200便攜式表面粗糙度儀測試。
75.表1
76.案例序號測試范圍/mm刀具壽命/km實施例10-33.562實施例23-53.612實施例35-71.985對比例10-31.921
77.從表1可以看出以下幾點:
78.(1)實施例1-2中的成品在進行加工性能測試時,刀具有較高壽命,說明本發(fā)明提供的制備方法在較優(yōu)條件下可以大幅提升加工余量處的可切削性。
79.(2)實施例1相較于實施例3而言,實施例1中刀具壽命為3.562km,而實施例3中刀具壽命僅為1.985km,實施例1中刀具的壽命高于實施例3,由此可見,本發(fā)明優(yōu)選控制步驟(1)所述加工的深度可以進一步促進硫元素置換蠕化元素,從而進一步提升成品的可切削性。
80.(3)實施例1相較于對比例1而言,實施例1中刀具的壽命明顯高于對比例1,由此可見,本發(fā)明提供的制備方法可以大幅提升蠕墨鑄鐵加工余量處的可切削性。
81.綜上所述,本發(fā)明提供的制備方法通過硫元素置換加工余量處的蠕化元素,達到改善加工余量金相結(jié)構(gòu)的目的,能夠大幅提升加工余量處的可切削性。
82.申請人聲明,以上所述僅為本發(fā)明的具體實施方式,但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此,所屬技術(shù)領域的技術(shù)人員應該明了,任何屬于本技術(shù)領域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi),可輕易想到的變化或替換,均落在本發(fā)明的保護范圍和公開范圍之內(nèi)。
技術(shù)特征:
1.一種易加工蠕墨鑄鐵的制備方法,其特征在于,所述制備方法包括以下步驟:(1)根據(jù)鑄件的加工位置確定加工余量,然后計算加工余量中蠕化元素的量;(2)根據(jù)步驟(1)所述蠕化元素的量確定硫化劑的用量,然后按所述用量將硫化劑進行配制,得到涂料;(3)采用步驟(2)得到的所述涂料對砂芯進行預處理,得到預處理砂芯;(4)采用步驟(3)得到的所述預處理砂芯進行鑄造,得到蠕墨鑄鐵樣品;(5)將步驟(4)得到的所述蠕墨鑄鐵樣品進行金相組織檢驗,若金相組織合格,則所述蠕墨鑄鐵樣品即為成品;若金相組織不合格,則調(diào)整硫化劑的用量并配制得到調(diào)整后的涂料,然后采用所述調(diào)整后的涂料重復進行步驟(3)至步驟(5)的操作,直至金相組織合格。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法,其特征在于,步驟(1)所述加工余量的體積的計算方法包括:加工余量的體積=加工表面的面積
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加工的深度;優(yōu)選地,所述蠕化元素的質(zhì)量的計算方法包括:蠕化元素的質(zhì)量=加工余量的體積
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加工余量中單位體積蠕化元素的質(zhì)量。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法,其特征在于,步驟(1)所述加工的深度≤5mm。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的制備方法,其特征在于,步驟(1)所述蠕化元素包括稀土元素、鎂、鈣、鈦或鋁中的任意一種或至少兩種的組合,優(yōu)選為鎂元素。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的制備方法,其特征在于,步驟(2)所述硫化劑包括硫化亞鐵;優(yōu)選地,所述硫化劑為硫化亞鐵,所述硫化亞鐵的質(zhì)量=(加工表面的面積
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加工的深度
×
加工余量中單位體積鎂元素的質(zhì)量
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2.5)/相關(guān)系數(shù);所述相關(guān)系數(shù)為常數(shù),取值范圍為0.6-0.8。6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的制備方法,其特征在于,步驟(3)所述預處理包括:將涂料覆蓋在砂芯形成步驟(1)所述加工位置的表面。7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的制備方法,其特征在于,步驟(4)所述鑄造所用鐵水的溫度為1390-1420℃。8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項所述的制備方法,其特征在于,步驟(5)所述金相組織檢驗得到:若加工余量范圍內(nèi)為片狀石墨,除加工余量范圍外的其余范圍內(nèi)為蠕蟲狀石墨或蠕蟲狀石墨和球狀石墨同時存在,則金相組織為合格;若加工余量范圍內(nèi)含有除片狀石墨以外其他類型的石墨或除加工余量范圍外的其余范圍含有片狀石墨,則金相組織為不合格。9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項所述的制備方法,其特征在于,步驟(5)所述調(diào)整硫化劑的用量包括:若加工余量范圍內(nèi)含有片狀石墨以外其他類型的石墨,則增加硫化劑的用量;若除加工余量范圍外的其余范圍含有片狀石墨,則減少硫化劑的用量。10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項所述的制備方法,其特征在于,所述制備方法包括以下步驟:(1)根據(jù)鑄件的加工位置確定加工余量,然后計算加工余量中蠕化元素的量,所述加工余量的體積的計算方法包括:加工余量的體積=加工表面的面積
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加工的深度,所述蠕化元素的質(zhì)量的計算方法包括:蠕化元素的質(zhì)量=加工余量的體積
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加工余量中單位體積蠕
化元素的質(zhì)量,所述加工的深度≤5mm;所述蠕化元素包括鎂元素;(2)根據(jù)步驟(1)所述蠕化元素的量確定硫化劑的用量,然后按所述用量將硫化劑進行配制,得到涂料;所述硫化劑為硫化亞鐵,所述硫化亞鐵的質(zhì)量=(加工表面的面積
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加工的深度
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加工余量中單位體積鎂元素的質(zhì)量
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2.5)/相關(guān)系數(shù);所述相關(guān)系數(shù)為常數(shù),取值范圍為0.6-0.8;(3)將涂料覆蓋在砂芯形成步驟(1)所述加工位置的表面,得到預處理砂芯;(4)采用步驟(3)得到的所述預處理砂芯進行鑄造,得到蠕墨鑄鐵樣品;所述鑄造所用鐵水的溫度為1390-1420℃;(5)將步驟(4)得到的所述蠕墨鑄鐵樣品進行金相組織檢驗,若金相組織檢驗得到:加工余量范圍內(nèi)為片狀石墨,除加工余量范圍外的其余范圍內(nèi)為蠕蟲狀石墨或蠕蟲狀石墨和球狀石墨同時存在,則金相組織合格,所述蠕墨鑄鐵樣品即為成品;若加工余量范圍內(nèi)含有除片狀石墨以外其他類型的石墨或除加工余量范圍外的其余范圍含有片狀石墨,則金相組織不合格,然后調(diào)整硫化劑的用量并配制得到調(diào)整后的涂料,然后采用所述調(diào)整后的涂料重復進行步驟(3)至步驟(5)的操作,直至金相組織合格。
技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種易加工蠕墨鑄鐵的制備方法,所述制備方法包括:首先,計算加工余量中蠕化元素的量;然后,根據(jù)蠕化元素的量確定硫化劑的用量并配制涂料;之后,采用所述涂料預處理砂芯;接著,采用預處理砂芯進行鑄造,得到蠕墨鑄鐵樣品;最后,對蠕墨鑄鐵樣品進行金相組織檢驗,并調(diào)整得到成品。本發(fā)明提供的方法利用在高溫條件下硫元素和蠕化元素進行反應,硫元素可以置換加工余量中的蠕化元素,改善加工余量處的金相組織,從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。
