CN104775065B

CN104775065B - 一种高强韧耐磨球铁摇臂及其制备方法

Info

Publication number: CN104775065B
Application number: CN201510014137.7A
Authority: CN
Inventors: 刘继光; 许孟山; 赵恩普; 符寒光; 刘云飞
Original assignee: Hebei Lenstar Machinery Technology Co Ltd
Current assignee: Hebei Lenstar Machinery Technology Co Ltd
Priority date: 2015-01-12
Filing date: 2015-01-12
Publication date: 2016-08-17
Anticipated expiration: 2035-01-12
Also published as: CN104775065A

Abstract

一种高强韧耐磨球铁摇臂及其制备方法，属于铸造技术领域。采用普通废钢、球墨铸铁用生铁、增碳剂、硅铁、铜板和铌铁混合加热熔化，原铁水的化学组成及其质量分数为3.45～3.70％C,1.30～1.45％Si,Mn≤0.20％,0.15～0.25％Cu,0.03～0.06％Nb,S<0.04％,P<0.04％,余量为Fe及不可避免的杂质元素，铁水经复合孕育、球化和多元微合金变质处理后，获得的球铁摇臂具有石墨球细小、分布均匀及强韧性和耐磨性好等特点，用于汽车发动机上，具有良好的使用效果。

Description

一种高强韧耐磨球铁摇臂及其制备方法

技术领域

本发明公开了一种球铁及其制备方法，特别涉及一种高强韧耐磨球铁摇臂及其制备方法，属于铸造技术领域。

背景技术

汽车发动机摇臂由于承受高速交变载荷，凸轮与气门摇臂总成之间发生摩擦磨损，是发动机中的一对重要的摩擦副。由于球墨铸铁里的石墨以球状存在具有与轴承合金一样的耐磨性能，又有与钢相似的韧性及铸铁特有的优良铸造特性和抗疲劳特性，用球墨铸铁制作的摇臂省去了昂贵的轴承合金衬套，故球墨铸铁在汽车发动机摇臂中的用途越来越广泛。

为了提高球墨铸铁性能，中国发明专利CN103820704A公开了一种汽车涡轮壳体用的高镍奥氏体球铁材质及其制备方法，该高镍奥氏体球铁材质成分重量百分比是：碳1.70至1.90％，硅4.90至5.50％，锰0.50至0.80％，磷小于0.05％，硫小于0.02％，镁0.06至0.09％，镍34.0至36.0％，铬1.75至2.00％，余量为铁；制备方法是：将碳化硅、生铁、返材、废钢以及纯镍顺序投入熔炼设备并熔化；熔炼设备内物料熔化后添加锰铁、铬铁、硅铁及低硫增碳剂；取熔炼物料光谱分析；熔炼物料合格后将熔炼设备温度升至1560至1620℃准备球化处理；将升温物料倒入球化包喂丝球化处理；球化后物料倒入浇注包二次孕育，除去氧化渣静置降温；物料液降温浇注并落砂清理；落砂清理后铸件热处理，退火为成品；该高镍奥氏体球铁材质铸造和机加工性能良好，成本较低，工艺条件合理，容易控制，有益于铸件生产。中国发明专利CN103146990A还公开了汽车涡轮壳体用高硅钼铬球铁材质及其制备方法，其材质成分重量百分比：碳为2.90至3.10％，硅为4.40至4.80％，锰小于0.30％，磷小于0.05％，硫小于0.02％，镁为0.03至0.05％，镍小于0.50％，铬为0.70至0.80％，钼为0.50至0.65％，铝小于0.03％，铜小于0.10％，钛小于0.035％，余量为铁(Fe)；其制备方法是将碳化硅、生铁、返材、废钢入熔炼设备；物料熔后加硅铁、钼铁、铬铁精炼；取熔炼物料浇注并光谱分析；熔炼设备继续升温加低硫增碳剂准备球化处理；物料入球化包喂丝球化处理；球化后物料入浇注包孕育处理，除去氧化渣降温；物料液温降浇注、冷却落砂清理；落砂后铸件热处理，退火冷至室温为成品；材质配方合理，制备工艺操作简便易行，制备材质具有良好铸造和机加工性能，成本低，使用效果理想。中国发明专利CN102071353A还公开了一种耐低温高韧性铸态球铁，按重量百分比计，其化学成分为：C3.4～3.6％、Si2.0～2.3％、Mn≤0.2％、P≤0.02％、S≤0.01％、Mg_残留0.035～0.05％、∑Re_残留0.015～0.025％、Sr0.05～0.1％、Ni0.15～0.25％、Ti0.10～0.15％，余量为Fe。该发明还公开了所述耐低温高韧性铸态球铁的生产方法及其在制备风力发电机配件、汽车配件、船用配件和石油化工中的应用。该发明生产的耐低温高韧性铸态球铁，在铸态下能够达到GB/T1348－2009之QT400－18L各项技术指标，免除了石墨化退火热处理，降低了能耗，同时具有操作简便、质量稳定等突出优点。中国发明专利CN101713454A还公开了一种铜铌高强度奥贝球铁重型商用车主/从动螺旋锥齿轮的制造方法，其特征是它包括以下步骤：(1)炉料准备：按重量百分比，Q10生铁55－65％、低碳钢10－15％和回炉铁20－30％进行炉料配比；(2)熔化：采用中频炉熔炼铁水，熔炼铁水温度1490－1530℃出炉，然后进行球化处理，球化处理采用冲入法，温度在1460－1490℃；球化处理工艺如下：按每包出铁水量的1.5－1.7％将稀土镁硅铁球化剂放入球化包中，然后放0.6－0.8％的孕育剂最后放入0.9－1.1％的覆盖剂，待铁水温度达到球化处理工艺温度时直接将铁水冲入在球化包中进行球化处理；(3)造型：采用包括加砂、造型、合箱、浇注后冷却、落砂及砂处理系统的多触头高压造型机，用金属模型板的模具造型；(4)浇注：采用机械浇包人工浇注，浇注温度1350－1450℃，浇注速度为4.5－5.5Kg/S或保持铁液上升速度为30－50mm/s；(5)落砂：铸件在砂箱中冷却40－60分钟后，进行打箱落砂，采用机械振动式落砂机落砂；(6)清理：采用吊钩式抛丸清理机对铸件喷丸清理，使用钢丸直径1.5－2.0mm；(7)退火：采用台车式电阻炉，退火温度：890－920℃，保温时间：3－4小时，之后随炉冷至600－550℃出炉；(8)机械加工：采用通用齿轮设备进行机械加工，检验加工后的尺寸；(9)奥氏体化和等温淬火：采用井式气氛控制电阻炉进行奥氏体化和等温淬火处理，奥氏体形成基理是将工件加热到Ac1或Ac3以上，使常温下原有的组织转变为奥氏体，奥氏体化温度900－920℃，等温淬火温度840－860℃，等温保温后进行淬火，冷却介质为油，等温保温温度300－320℃，所得金相组织为贝氏体加残余奥氏体；(10)衍磨：采用齿轮衍磨机床对螺旋锥齿轮进行衍磨；(11)终检入库：表面质量及全尺寸检验。中国发明专利CN101851722A还公开了一种高硅钼球铁排气岐管的配方及其制备方法，涉及汽车发动机排气歧管领域，目前现有的高硅钼球铁排气岐管制备，主要制备工艺一般包括以下步骤：称重、入炉融化、球化处理，扒渣至铁水干净后撒覆盖剂、加盖保温，浇注铸型，开箱落砂。此方法制备工艺不易操作且不稳定，产量低、产品品质差，废品率较高。本发明为克服这些缺点，将回炉铁抛丸处理，将生铁、废钢、回炉铁、钼铁、75#硅铁依次加入电炉熔炼，球化处理、在球化剂表面覆盖孕育剂，并在浇注的同时采用随流孕育，使孕育剂随铁水进入型腔，最后开型落砂，制得成品。与现有方法相比，具有产品质量稳定、降低材料成本、操作方便快捷等优点。中国发明专利CN1936368还公开了锰铜合金奥贝球铁汽车后桥螺旋锥齿轮及其制备方法。该齿轮是以普通新生铁为原材料，采用冲天炉和电炉双联熔炼，以稀土镁硅铁合金为球化剂，处理后造渣除渣，分两次孕育浇注齿轮毛坯，再经机加工、等温淬火和回火处理后制成。该齿轮的组成重量百分比为：C3.4～3.8％，Si2.4～2.9％，Mn0.4～1.0％，Cu0.5～1.2％，＜0.06％P，＜0.02％S，余量为铁。合金成分选用Mn、Cu保证淬透性的前提下，具有强度、塑性、韧性、抗疲劳性能和耐磨性都很高的综合力学性能。锰铜合金奥贝球铁特别适合替代20CrMnTi合金锻钢生产EQ140和EQ145汽车后桥螺旋锥齿轮，而成本明显降低。中国发明专利CN1693526还公开了一种汽车模具空硬型合金球铁模具材料及其制备方法，该发明合金球铁模具材料具有以下的化学组成(重量％)：C3.5～3.8，Si2.1～2.5，Mn0.5～0.8，Cr0.1～0.3，Cu0.8～1.0，Mo0.4～0.6，Ni0.2～0.4，P＜0.02，S＜0.02，Fe余量。其制备方法如下：按上述化学组成要求进行配料，将配好的材料置干中频感应炉内进行熔炼温度为1350～1450℃。将制得的铸件进行表面音频感应淬火处理，在850～950℃加热，然后在空气中骤冷淬火；音频感应电源的频率为10－25KHz，输出功率为20－28KW。经表面感应淬火后，其表面硬度可达60HRC，淬硬层深度超过2.5mm，并且铸态硬度为230，该材料具有良好的机械加工性能，完全适用于高硬度和高耐磨性表面要求的汽车模具。

但是，上述球墨铸铁仍存在强韧性和耐磨性无法同时兼顾的不足，无法满足汽车发动机摇臂的使用需求。

发明内容

本发明目的是通过改进球铁化学组成及其球化、孕育和微合金化处理工艺以及热处理工艺，获得强韧性和耐磨性好，使用安全性高以及使用寿命长的球墨铸铁摇臂，并成功应用于汽车发动机上。

本发明的目的可以通过以下措施来实现：

本发明高强韧耐磨球铁摇臂制备工艺步骤是：

①将普通废钢、球墨铸铁用生铁、增碳剂、硅铁、铜板和铌铁混合加热熔化，炉前调整铁水的化学组成及其质量分数为3.45～3.70％C,1.30～1.45％Si,Mn≤0.20％,0.15～0.25％Cu,0.03～0.06％Nb,S<0.04％,P<0.04％,余量为Fe及不可避免的杂质元素，当铁水温度升至1520～1535℃时，将铁水出炉到球化包，球化包内预先加入球化剂，球化剂粒度为32～45mm，球化剂加入量占进入球化包内铁水质量分数的1.0～1.2％，球化剂由质量分数为72～75％的稀土镁硅铁合金和质量分数为28～25％的铜镁合金组成，并在铁水入球化包过程中随铁水流加入复合孕育剂，复合孕育剂粒度为20～30mm，由质量分数为65～70％的硅铁合金和质量分数为35～30％的硅钙钡锶铁合金组成，复合孕育剂加入量占进入球化包内铁水质量分数的1.6～1.8％；

②步骤①铁水在球化包经球化处理后扒渣，然后将球化后的铁水在温度降至1430～1450℃时倒入到浇注包中，浇注包底部预先加入占进入浇注包内铁水质量分数1.8～2.0％的多元合金变质剂，多元合金变质剂粒度为12～18mm，多元合金变质剂由质量分数15～18％的氮化锰铁、10～12％的钛铁、60～65％的钇基重稀土硅铁合金、1.5～2.5％的金属锑和8～10％的含钾物质组成，当铁水温度降至1330～1380℃，将铁水浇入铸型得到球铁摇臂铸件，球铁摇臂铸件浇注1～3小时后，开箱空冷球铁摇臂铸件，球铁摇臂铸件经清沙和打磨后，随炉加热至900～920℃，保温2～3小时后，炉冷至温度为800～820℃时，出炉空冷至温度低于300℃后重新加热至550～620℃回火，保温2～6小时后空冷至室温，即可得到高强韧耐磨球铁摇臂产品。

如上所述稀土镁硅铁合金的化学组成及其质量分数为：6～8％RE,7～9％Mg,35～44％Si,≤1％Ti,≤1％Al,余量为Fe和微量其它杂质。

如上所述铜镁合金的化学组成及其质量分数为：10～12％Mg,88～90％Cu。

如上所述硅钙钡锶铁合金的化学组成及其质量分数为：45～55％Si,8～12％Ca,10～14％Ba,8～10％Sr,≤0.40％C,≤0.03％S,≤0.03％P,余量为Fe和微量其它杂质。

如上所述硅铁合金的化学组成及其质量分数为：73.0～78.0％Si,≤0.5％Al,≤1.0％Ca,≤0.4％Mn,≤0.3％Cr,≤0.035％P,≤0.02％S,≤0.10％C,余量Fe。

如上所述氮化锰铁的化学组成及其质量分数为：60～63％Mn,5.0～6.5％N,C≤0.1％,Si≤2.5％,P≤0.03％,S≤0.04％,余量Fe。

如上所述钛铁的化学组成及其质量分数为：28～32％Ti,3.0～8.0％Al,≤1.5％Si,≤0.05％P,≤0.03％S,≤0.10％C,≤0.40％Cu,≤2.5％Mn,余量Fe。

如上所述钇基重稀土硅铁合金的化学组成及其质量分数为：23～28％Y,30～43％Si,余量为Fe和微量其它杂质。

本发明的含钾物质为经350℃焙烧过的KMnO₄。加入铁水之前，KMnO₄经过350℃焙烧，由于KMnO₄不稳定，在焙烧过程中会发生如下反应：

因此，加入到铁水中含钾物质的主要成分其实是MnO₂、Mn₂O₃和K₂O三种物质，而K₂O在铁水高温作用下，又会发生如下反应：

铸铁材料的性能是由金相组织决定的，而一定的组织取决于化学成分及制备方法，本发明化学成分及制备方法是这样确定的：

本发明熔炼过程中，首先将普通废钢、球墨铸铁用生铁、增碳剂、硅铁、铜板和铌铁混合加热熔化，且炉前调整铁水的化学组成及其质量分数为3.45～3.70％C,1.30～1.45％Si,Mn≤0.20％,0.15～0.25％Cu,0.03～0.06％Nb,S<0.04％,P<0.04％,余量为Fe及不可避免的杂质元素。本发明球铁以铜铌合金化，可以促进珠光体的生成，铌是强碳化形成元素，在基体上析出的细小NbC可以提高基体显微硬度，并改善基体耐磨性，从而可以提高摇臂耐磨性。将原铁水锰含量控制在≤0.20％，主要是锰易促进球铁组织粗大和铸态组织中出现较多损害球铁韧性的粗大碳化物。

当铁水温度升至1520～1535℃时，将铁水出炉到球化包，对铁水进行球化处理。铁水球化温度升高，主要是确保铁水球化后的多元微合金变质处理的铁水温度能将为合金元素充分吸收。球化剂由质量分数为72～75％的稀土镁硅铁合金和质量分数为28～25％的铜镁合金组成，球化剂加入量占进入球化包内铁水质量分数的1.0～1.2％。采用稀土镁硅铁合金和铜镁合金复合球化，可以确保铁水中的石墨具有良好的球化效果。为了使石墨能充分球化，且石墨球细小，本发明在铁水入球化包过程中随铁水流加入复合孕育剂，复合孕育剂粒度为20～30mm，由质量分数为65～70％的硅铁合金和质量分数为35～30％的硅钙钡锶铁合金组成，复合孕育剂加入量占进入球化包内铁水质量分数的1.6～1.8％，可明显提高球化铁水质量。

铁水在球化包经球化处理后扒渣，然后将球化后的铁水在温度降至1430～1450℃时倒入到浇注包中，浇注包底部预先加入占进入浇注包内铁水质量分数1.8～2.0％的多元合金变质剂，多元合金变质剂粒度为12～18mm。多元合金变质剂由质量分数15～18％的氮化锰铁、10～12％的钛铁、60～65％的钇基重稀土硅铁合金、1.5～2.5％的金属锑和8～10％的含钾物质组成。上述多元合金变质剂中氮和钛生成高熔点的TiN细小颗粒，可以起凝固核心，细化凝固组织作用，钇基重稀土硅铁合金可以脱氧、脱硫，改善球化效果，金属锑的加入可以防止球化衰退，特别是钾的加入，钾是强石墨化元素，具有很强的脱氧、脱硫能力，能确保石墨球细小、分布均匀。

当铁水温度降至1330～1380℃，将铁水浇入铸型得到球铁摇臂铸件，球铁摇臂铸件浇注1～3小时后，开箱空冷球铁摇臂铸件，球铁摇臂铸件经清沙和打磨后，随炉加热至900～920℃，保温2～3小时后炉冷，这完全是为了消除摇臂铸件筋部的白口组织。摇臂铸件炉冷至温度为800～820℃时，出炉空冷，是为了使铸件中析出少量的牛眼状铁素体或半牛眼状铁素体。正火后的球铁摇臂铸件重新加热至550～620℃回火，保温2～6小时后空冷至室温，球铁摇臂铸件回火后的金相组织中珠光体量在75～90％之间，球铁摇臂铸件回火过程中，随着回火温度的升高或回火时间的延长，牛眼状铁素体逐渐长大，半牛眼状成了整个牛眼状，正火后的球铁摇臂铸件重新加热至550～620℃回火，保温2～6小时后空冷至室温，具有优异的综合性能。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1)本发明高强韧耐磨球铁摇臂不含钼、镍、钒等昂贵合金元素，具有较低的生产成本；

2)本发明高强韧耐磨球铁摇臂珠光体量在75～90％之间，具有强度高和耐磨性好等特点；

3)本发明高强韧耐磨球铁摇臂石墨球细小、分布均匀，游离碳化物小于5％，具有良好的强韧性，抗拉强度σ_b≥580Mpa、屈服强度σ_s≥400Mpa、延伸率δ≥6％，硬度230-270HB，球化率≥85％；

4)本发明高强韧耐磨球铁摇臂具有优异的使用性能，用于汽车发动机上，使用安全、可靠，使用寿命比普通球铁摇臂提高1倍以上，推广应用具有良好的经济和社会效益。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明做进一步详述，但本发明并不限于以下实施例。

实施例1：

采用1000公斤中频感应电炉熔炼本发明高强韧耐磨球铁摇臂材料，其具体制造工艺步骤是：

①将普通废钢、球墨铸铁用生铁Q10、增碳剂、硅铁、铜板和铌铁混合加热熔化，炉前调整铁水的化学组成及其质量分数为3.46％C,1.43％Si,0.17％Mn,0.17％Cu,0.06％Nb,0.036％S,0.039％P,余量为Fe及不可避免的杂质元素，当铁水温度升至1522℃时，将铁水出炉到球化包，球化包内预先加入球化剂，球化剂粒度为32～45mm，球化剂加入量占进入球化包内铁水质量分数的1.0％，球化剂由质量分数为72％的稀土镁硅铁合金(稀土镁硅铁合金的化学组成及其质量分数为：6.08％RE,7.32％Mg,38.48％Si,0.57％Ti,0.35％Al,余量为Fe和微量其它杂质)和质量分数为28％的铜镁合金(铜镁合金的化学组成及其质量分数为：10％Mg,90％Cu)组成，并在铁水入球化包过程中随铁水流加入复合孕育剂，复合孕育剂粒度为20～30mm，由质量分数为70％的硅铁合金(硅铁合金的化学组成及其质量分数为：75.83％Si,0.27％Al,0.50％Ca,0.19％Mn,0.14％Cr,0.033％P,0.016％S,0.07％C,余量Fe)和质量分数为30％的硅钙钡锶铁合金(硅钙钡锶铁合金的化学组成及其质量分数为：48.29％Si,8.08％Ca,13.77％Ba,8.51％Sr,0.26％C,0.021％S,0.027％P,余量为Fe和微量其它杂质)组成，复合孕育剂加入量占进入球化包内铁水质量分数的1.6％；

②步骤①铁水在球化包经球化处理后扒渣，然后将球化后的铁水在温度降至1433℃时倒入到浇注包中，浇注包底部预先加入占进入浇注包内铁水质量分数1.8％的多元合金变质剂，多元合金变质剂粒度为12～18mm，多元合金变质剂由质量分数15％的氮化锰铁(氮化锰铁的化学组成及其质量分数为：60.27％Mn,5.04％N,0.06％C,1.88％Si,0.029％P,0.036％S,余量Fe)、12％的钛铁(钛铁的化学组成及其质量分数为：29.55％Ti,5.26％Al,1.07％Si,0.038％P,0.017％S,0.08％C,0.15％Cu,1.40％Mn,余量Fe)、61.5％的钇基重稀土硅铁合金(钇基重稀土硅铁合金的化学组成及其质量分数为：25.49％Y,32.06％Si,余量为Fe和微量其它杂质)、1.5％的金属锑和10％的含钾物质(含钾物质是经350℃焙烧过的KMnO₄)组成，当铁水温度降至1336℃，将铁水浇入铸型得到球铁摇臂铸件，球铁摇臂铸件浇注1小时后，开箱空冷球铁摇臂铸件，球铁摇臂铸件经清沙和打磨后，随炉加热至900℃，保温3小时后，炉冷至温度为820℃时，出炉空冷至温度低于300℃后重新加热至550℃回火，保温6小时后空冷至室温，即可得到高强韧耐磨球铁摇臂产品，其力学性能见表1。

实施例2：

①将普通废钢、球墨铸铁用生铁Q12、增碳剂、硅铁、铜板和铌铁混合加热熔化，炉前调整铁水的化学组成及其质量分数为3.68％C,1.32％Si,0.19％Mn,0.24％Cu,0.03％Nb,0.030％S,0.036％P,余量为Fe及不可避免的杂质元素，当铁水温度升至1534℃时，将铁水出炉到球化包，球化包内预先加入球化剂，球化剂粒度为32～45mm，球化剂加入量占进入球化包内铁水质量分数的1.2％，球化剂由质量分数为75％的稀土镁硅铁合金(稀土镁硅铁合金的化学组成及其质量分数为：7.74％RE,8.59％Mg,40.87％Si,0.36％Ti,0.58％Al,余量为Fe和微量其它杂质)和质量分数为25％的铜镁合金(铜镁合金的化学组成及其质量分数为：12％Mg,88％Cu)组成，并在铁水入球化包过程中随铁水流加入复合孕育剂，复合孕育剂粒度为20～30mm，由质量分数为65％的硅铁合金(硅铁合金的化学组成及其质量分数为：76.82％Si,0.21％Al,0.59％Ca,0.18％Mn,0.12％Cr,0.031％P,0.018％S,0.08％C,余量Fe)和质量分数为35％的硅钙钡锶铁合金(硅钙钡锶铁合金的化学组成及其质量分数为：52.38％Si,10.26％Ca,13.17％Ba,9.88％Sr,0.26％C,0.025％S,0.026％P,余量为Fe和微量其它杂质)组成，复合孕育剂加入量占进入球化包内铁水质量分数的1.8％；

②步骤①铁水在球化包经球化处理后扒渣，然后将球化后的铁水在温度降至1449℃时倒入到浇注包中，浇注包底部预先加入占进入浇注包内铁水质量分数2.0％的多元合金变质剂，多元合金变质剂粒度为12～18mm，多元合金变质剂由质量分数18％的氮化锰铁(氮化锰铁的化学组成及其质量分数为：61.05％Mn,6.41％N,0.07％C,2.09％Si,0.026％P,0.035％S,余量Fe)、10％的钛铁(钛铁的化学组成及其质量分数为：30.84％Ti,4.17％Al,1.05％Si,0.045％P,0.028％S,0.05％C,0.21％Cu,2.10％Mn,余量Fe)、61％的钇基重稀土硅铁合金(钇基重稀土硅铁合金的化学组成及其质量分数为：26.40％Y,37.58％Si,余量为Fe和微量其它杂质)、2.5％的金属锑和8.5％的含钾物质(含钾物质是经350℃焙烧过的KMnO₄)组成，当铁水温度降至1377℃，将铁水浇入铸型得到球铁摇臂铸件，球铁摇臂铸件浇注3小时后，开箱空冷球铁摇臂铸件，球铁摇臂铸件经清沙和打磨后，随炉加热至920℃，保温2小时后，炉冷至温度为820℃时，出炉空冷至温度低于300℃后重新加热至620℃回火，保温2小时后空冷至室温，即可得到高强韧耐磨球铁摇臂产品，其力学性能见表1。

实施例3：

①将普通废钢、球墨铸铁用生铁Q14、增碳剂、硅铁、铜板和铌铁混合加热熔化，炉前调整铁水的化学组成及其质量分数为3.58％C,1.41％Si,0.18％Mn,0.19％Cu,0.05％Nb,0.032％S,0.033％P,余量为Fe及不可避免的杂质元素，当铁水温度升至1529℃时，将铁水出炉到球化包，球化包内预先加入球化剂，球化剂粒度为32～45mm，球化剂加入量占进入球化包内铁水质量分数的1.1％，球化剂由质量分数为74％的稀土镁硅铁合金(稀土镁硅铁合金的化学组成及其质量分数为：6.96％RE,7.87％Mg,39.20％Si,0.38％Ti,0.46％Al,余量为Fe和微量其它杂质)和质量分数为26％的铜镁合金(铜镁合金的化学组成及其质量分数为：11％Mg,89％Cu)组成，并在铁水入球化包过程中随铁水流加入复合孕育剂，复合孕育剂粒度为20～30mm，由质量分数为68％的硅铁合金(硅铁合金的化学组成及其质量分数为：75.82％Si,0.26％Al,0.33％Ca,0.19％Mn,0.16％Cr,0.030％P,0.015％S,0.06％C,余量Fe)和质量分数为32％的硅钙钡锶铁合金(硅钙钡锶铁合金的化学组成及其质量分数为：49.02％Si,9.53％Ca,12.17％Ba,8.95％Sr,0.20％C,0.026％S,0.028％P,余量为Fe和微量其它杂质)组成，复合孕育剂加入量占进入球化包内铁水质量分数的1.7％；

②步骤①铁水在球化包经球化处理后扒渣，然后将球化后的铁水在温度降至1438℃时倒入到浇注包中，浇注包底部预先加入占进入浇注包内铁水质量分数1.9％的多元合金变质剂，多元合金变质剂粒度为12～18mm，多元合金变质剂由质量分数15％的氮化锰铁(氮化锰铁的化学组成及其质量分数为：62.17％Mn,5.88％N,0.07％C,1.78％Si,0.023％P,0.031％S,余量Fe)、10％的钛铁(钛铁的化学组成及其质量分数为：30.57％Ti,6.28％Al,1.08％Si,0.042％P,0.025％S,0.08％C,0.26％Cu,1.60％Mn,余量Fe)、64％的钇基重稀土硅铁合金(钇基重稀土硅铁合金的化学组成及其质量分数为：25.28％Y,38.54％Si,余量为Fe和微量其它杂质)、2％的金属锑和9％的含钾物质(含钾物质是经350℃焙烧过的KMnO₄)组成，当铁水温度降至1356℃，将铁水浇入铸型得到球铁摇臂铸件，球铁摇臂铸件浇注2小时后，开箱空冷球铁摇臂铸件，球铁摇臂铸件经清沙和打磨后，随炉加热至910℃，保温2小时后，炉冷至温度为810℃时，出炉空冷至温度低于300℃后重新加热至580℃回火，保温4小时后空冷至室温，即可得到高强韧耐磨球铁摇臂产品，其力学性能见表1。

表1高强韧耐磨球铁摇臂产品力学性能

本发明高强韧耐磨球铁摇臂珠光体量在75～90％之间，具有强度高和耐磨性好等特点，本发明高强韧耐磨球铁摇臂的石墨球细小、分布均匀，游离碳化物小于5％，具有良好的强韧性，抗拉强度σ_b≥580Mpa，屈服强度σ_s≥400Mpa，延伸率δ≥6％，硬度230-270HB，球化率≥85％，石墨球由Ⅰ型和Ⅱ型石墨组成，用于汽车发动机上，使用安全、可靠，使用寿命比普通球铁摇臂提高1倍以上，推广应用具有良好的经济和社会效益。

Claims

1.一种高强韧耐磨球铁摇臂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.按照权利要求1的方法，其特征在于，所述稀土镁硅铁合金的化学组成及其质量分数为：6～8％RE,7～9％Mg,35～44％Si,≤1％Ti,≤1％Al,余量为Fe和微量其它杂质。

3.按照权利要求1的方法，其特征在于，所述铜镁合金的化学组成及其质量分数为：10～12％Mg,88～90％Cu，Mg和Cu的质量分数之和为100％。

4.按照权利要求1的方法，其特征在于，所述硅钙钡锶铁合金的化学组成及其质量分数为：45～55％Si,8～12％Ca,10～14％Ba,8～10％Sr,≤0.40％C,≤0.03％S,≤0.03％P,余量为Fe和微量其它杂质。

5.按照权利要求1的方法，其特征在于，所述硅铁合金的化学组成及其质量分数为：73.0～78.0％Si,≤0.5％Al,≤1.0％Ca,≤0.4％Mn,≤0.3％Cr,≤0.035％P,≤0.02％S,≤0.10％C,余量Fe。

6.按照权利要求1的方法，其特征在于，所述氮化锰铁的化学组成及其质量分数为：60～63％Mn,5.0～6.5％N,C≤0.1％,Si≤2.5％,P≤0.03％,S≤0.04％,余量Fe。

7.按照权利要求1的方法，其特征在于，所述钛铁的化学组成及其质量分数为：28～32％Ti,3.0～8.0％Al,≤1.5％Si,≤0.05％P,≤0.03％S,≤0.10％C,≤0.40％Cu,≤2.5％Mn,余量Fe。

8.按照权利要求1的方法，其特征在于，所述钇基重稀土硅铁合金的化学组成及其质量分数为：23～28％Y,30～43％Si,余量为Fe和微量其它杂质。

9.按照权利要求1的方法，其特征在于，所述含钾物质为经350℃焙烧过的KMnO₄。

10.按照权利要求1-9的任一方法得到的高强韧耐磨球铁摇臂。