高強韌球墨鑄鐵製備方法
2023-04-25 22:20:46 1
高強韌球墨鑄鐵製備方法
【專利摘要】高強韌球墨鑄鐵製備方法，屬於鑄造【技術領域】。球墨鑄鐵球化和孕育前的鐵水組成及其質量分數為：3.4～3.6%C,1.0～1.2%Si,0.3～0.5%Mn,0.3～0.5%Cu,0.08～0.12%Nb,P≤0.04%,S≤0.03%,餘量為Fe。當鐵水溫度達到1530～1560℃，用質量分數70%的稀土鎂矽鐵合金和30%鎳鎂合金進行球化處理，鐵水經球化和扒渣處理後，通過餵絲機將直徑的合金線加入到球化後的鐵水中，對球化過的鐵水進入孕育和微合金化處理後，得到高強韌球墨鑄鐵。
【專利說明】高強韌球墨鑄鐵製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及ー種球墨鑄鐵製備方法，特別涉及ー種高強韌球墨鑄鐵製備方法，屬於鑄造【技術領域】。
【背景技術】
[0002]球墨鑄鐵是在灰鑄鐵基礎上發展起來的ー種新型鋳造金屬材料，在國內外獲得了廣泛的應用，因球鐵具有良好的鋳造成形能力和較高的強度，在許多エ業領域已實現了以鐵代鋼。但是球星鑄鐵因組織粗大和石星的存在，使球星鑄鐵強朝性下降，為了提聞球星鑄鐵的強韌性，中國發明專利CN102233407A公開了ー種鑄態高強度球鐵曲軸鑄造方法，該方法首先向熔煉的鐵水中添加錳鐵、錫和銅，然後將熔煉好的鐵水在球化處理包內進行球化處理和第一次孕育處理，接著在澆注時，在殼型的定量澆ロ杯內放置ー個孕育塊，鐵水進入定量澆ロ杯，進行第二次孕育處理，並完成澆注。該方法通過在鐵水中加入Cu、Sn、Mn等合金元素，増加和細化珠光體；經過兩次強化孕育處理，増加外來晶核，使晶粒和石墨細小，且石墨球圓整度提高；擇用殼型和掌控澆注溫度，對獲得所需的珠光體量及其穩定性具有保障作用，從而提高了曲軸的抗拉強度，使曲軸材質可穩定達到技術要求。中國發明專利CN102080178A還公開了一種準鑄態高強韌性貝氏體低碳球鐵及其製取方法，其組織為在貝氏鐵素體加奧氏體的金屬基體上均勻分布 著細小、圓整的石墨球。主要エ藝步驟包括:低碳球鐵的配料、低碳球鐵的熔煉和變質處理、低碳球鐵的準鑄態貝氏體處理。具有エ藝簡單、可操作性強、成本低廉、耗能低、汙染小，綠色環保，所得低碳球鐵鑄件具有高強韌性及高耐磨性的優點。中國發明專利CN102071353A還公開了ー種耐低溫高韌性鑄態球鐵，按重量百分比計，其化學成分為:C3.4~3.6%、Si2.0~2.3%、Mn≤0.2%、P≤0.02%、S ≤ 0.01 %、Mg 殘留 0.035 ~0.05 %、E Re 殘留 0.015 ~0.025 %、Sr0.05 ~0.1 %、Ni0.15~0.25%,Ti0.10~0.15%，餘量為Fe。該發明還公開了所述耐低溫高韌性鑄態球鐵的生產方法及其在製備風カ發電機配件、汽車配件、船用配件和石油化工中的應用。該發明生產的耐低溫高韌性鑄態球鐵，在鑄態下能夠達到GB/T1348-2009之QT400-18L各項技術指標，免除了石墨化退火熱處理，降低了能耗，同時具有操作簡便、質量穩定等突出優點。中國發明專利CN103205544A還公開了一種鹽浴自升溫的球墨鑄鐵雙級等溫淬火方法，其特徵在於包括以下步驟:①鑄件奧氏體化鑄件淬火及鹽浴升溫；③鑄件等溫及冷卻。該發明可實現在單ー鹽浴內實現球墨鑄鐵的雙級等溫淬火，該發明還提供了ー種利用上述等溫淬火方法生產的等溫淬火球鐵，該等溫淬火球鐵具有發生等溫相變時兼有高形核率和快生長速度的特點，同時大大改善了球鐵的強度和韌性，並提高鑄件的淬透層深度。中國發明專利CN102330012A還公開了ー種含鈮貝氏體球鐵及其生產エ藝，材料配方(wt%):C3.5~
3.8，Si2.4 ~2.8，Mnl.5 ~2.2，Mo0.2 ~0.5，Cu0.5 ~0.8，Nb0.2 ~0.6。組織特徵為貝氏體+馬氏體+奧氏體+碳化物和球狀石墨，力學特徵為HRC47~49，Ak13~15J/cm2。其生產エ藝包括:(I)鑄造エ藝，按配方配料後熔煉；出爐溫度為1450~1500°C，澆注溫度為1400±20°C;採用衝入法球化，球化劑為FeSiMg8RE7，用量為1.8wt% ;採用75SiFe孕育，用量為1.0wt%；(2)熱處理工藝，900°C奧氏體化，保溫3h，空冷到300°C進行中溫轉變，保溫2h。該材料用於耐磨性鑄件，生產成本低，生產工藝簡單易行，採用鈮的合金化後提高了材料的力學性能和耐磨性。中國發明專利CN102330011A還公開了一種不加鐵合金、不等溫淬火生產高強度、高韌性球鐵曲軸方法，它包括以下步驟:(I)選用含量為總重量的優質QlO生鐵55~60%，配含CrMo或含CrMoCu的廢鋼含量為總重量的12~15%，其餘為球鐵回爐鐵；(2)按珠光體球鐵正常熔煉工藝熔煉，熔煉孕育處理和球化處理，最終珠光體含量85%，球化一、二級，石墨6~7級，要求球鐵曲軸最終含Cr:0.1%，Mo:0.04~0.05%，C:
3.72~3.78%，S1:2~2.5%，Mn:0.45~0.5%。該發明將廢鋼及球鐵回爐鐵再利用，不僅節約的資源，而且降低了企業生產成本，生產的球鐵曲軸強度高、韌度好，提高了企業的經濟效益。中國發明專利CN103205625A還公開了一種高強韌等溫淬火球鐵及其生產方法和應用，該發明主要在普通球墨鑄鐵的基礎上，以鑄件主要承載部位的厚度作為鑄件的尺寸因子，並以此為依據限定Mn、Mo和Ni元素的加入量，從而確定適合不同壁厚鑄件的高強韌等溫淬火球鐵。在同等淬透性條件下由於合金元素的有效減少，等溫淬火球鐵的生產成本顯著降低，因此該發明可廣泛用於承受大載荷、安全係數要求高的各種金屬結構部件，尤其適用於替代鍛鋼生產轎車增壓汽油發動機曲軸及大功率柴油發動機曲軸。
[0003]但是，上述球墨鑄鐵儘管具有較好的強韌性，但還有進一步提高的必要。
【發明內容】
[0004]本發明在普通球墨鑄鐵基礎上，通過改變合金成分，並改進鐵水球化工藝和孕育工藝，使球鐵組織細小，石墨球細小、圓滑，在基體上分布均勻，實現球墨鑄鐵強度和韌性的提聞。
[0005]本發明 的目的可以通過以下措施來實現。
[0006]高強韌球墨鑄鐵製備方法，其特徵在於，採用電爐熔煉，包括以下步驟:
[0007]先在電爐內熔煉球墨鑄鐵，球墨鑄鐵球化和孕育前的鐵水組成及其質量分數為:3.4 ~3.6%C, 1.0 ~1.2%Si, 0.3 ~0.5%Mn, 0.3 ~0.5%Cu, 0.08 ~
0.12%Nb, P≤0.04%, S≤0.03%,餘量為Fe，當鐵水溫度達到1530~1560°C，將鐵水注入球化包，球化包底部預先放入有球化劑，並用鑄鐵屑將球化劑覆蓋嚴實，鑄鐵屑的覆蓋層厚度為8~15mm，球化劑加入量佔注入球化包內鐵水總質量的1.0~1.2%，球化劑由質量分數70%的稀土鎂矽鐵合金和30%鎳鎂合金組成；鐵水經球化和扒渣處理後，通過餵絲機將直徑φ3.0~5.0mm的合金線加入到球化後的鐵水中，對球化過的鐵水進行孕育和微合金化處理,其中合金線的加入量佔球化後鐵水質量分數的1.8~2.5%,當鐵水溫度降至1340~1370°C時，將鐵水澆入鑄型得到球鐵鑄件，球鐵鑄件經開箱清砂處理後，在200~260°C進行去應力處理，保溫時間6~10h，然後空冷至室溫，即得到高強韌球墨鑄鐵。
[0008]其中合金線的化學組成及其質量分數為:5~8%Ca，6~8%Ba，25~28%Si，0.8~
1.0%Sb, 1.5 ~2.0%Ti, 0.8 ~1.2%Zr,〈0.3%C,餘量為 Fe 和微量其它雜質。
[0009]其中鎳鎂合金的化學組成及其質量分數為:70~85%Ni，15~30%Mg。
[0010]其中稀土鎂矽鐵合金的化學組成及其質量分數為:6~8%RE，7~9%Mg，35~44%Si, ( l%Ti, ( P/oAl,餘量為Fe和微量其它雜質。
[0011]本發明球墨鑄鐵採用電爐熔煉，便於控制鐵水溫度。本發明球鐵在球化和孕育前的鐵水組成及其質量分數為:3.4~3.6%C, 1.0~1.2%Si, 0.3~0.5%Mn, 0.3~0.5%Cu, 0.08 ~0.12%Nb, P ≤ 0.04%, S ≤ 0.03%,餘量為 Fe。其中加入 0.3 ~0.5%Mn 和0.3~0.5%Cu主要是對基體起強化作用，為了得到高強度的珠光體基體。此外，加入0.08~0.12%Nb，主要是為了細化凝固組織。鈮直接加入爐內，主要是鈮的熔點高，在鐵水熔煉後加入，不易吸收。此外，本發明球鐵採用質量分數70%的稀土鎂矽鐵合金和30%鎳鎂合金組成的複合球化劑進行球化處理，易獲得細小、均勻分布的石墨球，有利於提高球鐵強韌性。在此基礎上，在球化後的鐵水中，採用餵絲機將直徑(卩3.0~5.0mm的合金線加入到球化後的鐵水中，對球化過的鐵水進入孕育和微合金化處理。合金線的加入量佔球化後鐵水質量分數的1.8~2.5%，合金線的化學組成及其質量分數為5~8%Ca，6~8%Ba，25~28%Si, 0.8 ~1.0%Sb, 1.5 ~2.0%Ti, 0.8 ~1.2%Zr,〈0.3%C,餘量為 Fe 和微量其它雜質。這樣既可防止出現石墨衰退，也可以防止出現鐵水的白ロ化傾向，還可以細化鑄鐵組織，有利於球鐵獲得良好的性能。 [0012]本發明效果:
[0013]( I)本發明球墨鑄鐵石墨球化效果好，球化率達到100% ；
[0014](2)本發明球墨鑄鐵球狀石墨尺寸細小，且在基體中分布均勻，基體得到全部珠光體，使球墨鑄鐵具有較高的強度；
[0015](3)本發明球墨鑄鐵凝固組織細小，且夾雜物少，使球鐵具有良好的強韌性，其中抗拉強度大於620MPa,延伸率大於4%,衝擊韌性大於30J/cm2。
【具體實施方式】
[0016]下面結合實施例對本發明做進ー步詳述，但本發明並不限於以下實施例。
[0017]實施例1:
[0018]採用1000公斤中頻感應電爐熔煉本發明材料，具體製備エ藝是:先在電爐內熔煉球墨鑄鐵，球墨鑄鐵球化和孕育前的鐵水組成及其質量分數為:3.41%C, 1.18%Si, 0.32%Mn,
0.47%Cu, 0.081%Nb, 0.036%P, 0.025%S,餘量為Fe。當鐵水溫度達到1532°C，將鐵水注入球化包，球化包底部預先放入球化劑，並用鑄鐵屑將球化劑覆蓋嚴實，鑄鐵屑的覆蓋層厚度為8_，球化劑加入量佔注入球化包內鐵水總質量的1.0%，球化劑由質量分數70%的稀土鎂矽鐵合金(稀土鎂矽鐵合金的化學組成及其質量分數為:6.77%RE, 8.03%Mg, 41.01%Si, 0.27%T
1,0.35%A1,餘量為Fe和微量其它雜質)和30%鎳鎂合金(鎳鎂合金的化學組成及其質量分數為:70%Ni, 30%Mg)組成。鐵水經球化和扒渣處理後，通過餵絲機將直徑(p3.0mm的合金線加入到球化後的鐵水中，對球化過的鐵水進入孕育和微合金化處理。合金線的加入量佔球化後鐵水質量分數的1.8%，合金線的化學組成及其質量分數為5.03%Ca, 7.91%Ba, 25.17%S
i,0.96%Sb, 1.50%Ti, 1.12%Zr, 0.18%C,餘量為Fe和微量其它雜質。當鐵水溫度降至1343°C時，將鐵水澆入鑄型得到球鐵鑄件，球鐵鑄件經開箱清砂處理後，在260°C進行去應カ處理，保溫時間6h，然後空冷至室溫，即得到高強韌球墨鑄鐵，其力學性能見表1。
[0019]實施例2:
[0020]採用1000公斤中頻感應電爐熔煉本發明材料，具體製備エ藝是:先在電爐內熔煉球墨鑄鐵，球墨鑄鐵球化和孕育前的鐵水組成及其質量分數為:3.56%C, 1.03%Si, 0.49%Mn,
0.30%Cu, 0.097%Nb, 0.035%P, 0.022%S,餘量為Fe。當鐵水溫度達到1558°C，將鐵水注入球化包，球化包底部預先放入球化劑，並用鑄鐵屑將球化劑覆蓋嚴實，鑄鐵屑的覆蓋層厚度為15_，球化劑加入量佔注入球化包內鐵水總質量的1.2%，球化劑由質量分數70%的稀土鎂矽鐵合金(稀土鎂矽鐵合金的化學組成及其質量分數為:6.77%RE, 8.03%Mg, 41.01%Si, 0.27%Ti, 0.35%A1,餘量為Fe和微量其它雜質)和30%鎳鎂合金(鎳鎂合金的化學組成及其質量分數為:85%Ni，15%Mg)組成。鐵水經球化和扒渣處理後，通過餵絲機將直徑(p5.0mm的合金線加入到球化後的鐵水中，對球化過的鐵水進入孕育和微合金化處理。合金線的加入量佔球化後鐵水質量分數的2.5%，合金線的化學組成及其質量分數為7.99%Ca, 6.02%Ba, 27.94%Si, 0.81%Sb, 1.95%Ti, 0.83%Zr, 0.20%C,餘量為Fe和微量其它雜質。當鐵水溫度降至1368°C時，將鐵水澆入鑄型得到球鐵鑄件，球鐵鑄件經開箱清砂處理後，在200°C進行去應力處理，保溫時間10h，然後空冷至室溫，即得到高強韌球墨鑄鐵，其力學性能見表1。[0021]實施例3:
[0022]採用1000公斤中頻感應電爐熔煉本發明材料，具體製備工藝是:先在電爐內熔煉球墨鑄鐵，球墨鑄鐵球化和孕育前的鐵水組成及其質量分數為:3.49%C, 1.08%Si, 0.40%Mn,
0.44%Cu, 0.114%Nb, 0.031%P, 0.027%S,餘量為Fe。當鐵水溫度達到1544°C，將鐵水注入球化包，球化包底部預先放入球化劑，並用鑄鐵屑將球化劑覆蓋嚴實，鑄鐵屑的覆蓋層厚度為12_，球化劑加入量佔注入球化包內鐵水總質量的1.1%，球化劑由質量分數70%的稀土鎂矽鐵合金(稀土鎂矽鐵合金的化學組成及其質量分數為:6.77%RE, 8.03%Mg, 41.01%Si, 0.27%Ti, 0.35%A1,餘量為Fe和微量其它雜質)和30%鎳鎂合金(鎳鎂合金的化學組成及其質量分數為:80%Ni，20%Mg)組成。鐵水經球化和扒渣處理後，通過餵絲機將直徑q>4.0mm的合金線加入到球化後的鐵水中，對球化過的鐵水進入孕育和微合金化處理。合金線的加入量佔球化後鐵水質量分數的2.2%，合金線的化學組成及其質量分數為7.04%Ca, 6.95%Ba, 26.70%Si, 0.92%Sb, 1.77%Ti, 0.96%Zr, 0.19%C,餘量為Fe和微量其它雜質。當鐵水溫度降至1361°C時，將鐵水澆入鑄型得到球鐵鑄件，球鐵鑄件經開箱清砂處理後，在240°C進行去應力處理，保溫時間8h，然後空冷至室溫，即得到高強韌球墨鑄鐵，其力學性能見表1。
[0023]表1高強韌球墨鑄鐵力學性能
[0024]
【權利要求】
1.高強韌球墨鑄鐵製備方法，其特徵在於，採用電爐熔煉，包括以下步驟: 先在電爐內熔煉球墨鑄鐵，球墨鑄鐵球化和孕育前的鐵水組成及其質量分數為:3.4 ~3.6%C, 1.0 ~1.2%Si, 0.3 ~0.5%Mn, 0.3 ~0.5%Cu, 0.08 ~0.12%Nb, P≤0.04%, S≤0.03%,餘量為Fe，當鐵水溫度達到1530~1560°C，將鐵水注入球化包，球化包底部預先放入有球化劑，並用鑄鐵屑將球化劑覆蓋嚴實，鑄鐵屑的覆蓋層厚度為8~15mm，球化劑加入量佔注入球化包內鐵水總質量的1.0~1.2%，球化劑由質量分數70%的稀土鎂矽鐵合金和30%鎳鎂合金組成；鐵水經球化和扒渣處理後，通過餵絲機將直徑φ3.0~5.0mm的合金線加入到球化後的鐵水中，對球化過的鐵水進行孕育和微合金化處理,其中合金線的加入量佔球化後鐵水質量分數的1.8~2.5%,當鐵水溫度降至1340~1370°C時，將鐵水澆入鑄型得到球鐵鑄件，球鐵鑄件經開箱清砂處理後，在200~260°C進行去應力處理，保溫時間6~10h，然後空冷至室溫，即得到高強韌球墨鑄鐵。
2.按照權利要求1的方法，其特徵在於，合金線的化學組成及其質量分數為:5~8%Ca, 6 ~8%Ba, 25 ~28%Si, 0.8 ~1.0%Sb, 1.5 ~2.0%Ti, 0.8 ~1.2%Zr,〈0.3%C,餘量為Fe和微量其它雜質。
3.按照權利要求1的方法，其特徵在於，鎳鎂合金的化學組成及其質量分數為:70~85%Ni, 15 ~30%Mg。
4.按照權利要求1的方法，其特徵在於，稀土鎂矽鐵合金的化學組成及其質量分數為:6~8%RE, 7~9%Mg, 35~44%Si, ( l%Ti, ( 1%A1,餘量為Fe和微量其它雜質。
5.按照權利要求1-4的方法製備得到的高強韌球墨鑄鐵。
【文檔編號】C21C1/10GK103602878SQ201310542535
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月5日 優先權日:2013年11月5日
【發明者】符寒光, 桑培, 蔣志強, 成小樂 申請人:北京工業大學