CN112680650A - 一种高强度球墨铸铁及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种高强度球墨铸铁及其制备方法,它涉及一种冶金技术领域,具体涉及一种球墨铸铁领域,所述球墨铸铁的质量份数为:C:3.6~3.9份、Si:1.9~2.8份、Mn:0.3~0.4份、P:0~0.06份、S:0.01~0.05份、Mg:0.04~0.06份、Cu:0.5~0.8份、Cr:0.2~0.3份、Ti:0.01~0.02份、Sb:0.001~0.003份、As:0~0.007份、Pb:0.001~0.002份、Bi:0~0.001份、Al:0~0.003份和B:0~0.002份,余量为铁,其制备方法包括(1)原料熔炼;(2)球化处理;(2)孕育处理及浇注;(4)热处理,本发明通过合理的配料设计基础上,通过合理的球化、孕育处理,并采用有效的热处理方式,使其具备有高强度的性能,同时兼具制备方法简单、高效、制备成本低等特点。
Description
技术领域
本发明涉及球磨铸铁领域,具体涉及一种高强度球墨铸铁及其制备方法。
背景技术
球磨铸铁自上世纪问世以来,以其优良的性能,在很多领域可以替代铸钢使用,所以当前球墨铸铁在机械制造行业已被广泛应用。在现有技术中,生产高强度、高硬度球墨铸铁时,通常添加各种微量元素,来提高球墨铸铁的强度和硬度,这已成为众多铸造企业的首选方案,但是这种方案在提高了球墨铸铁的抗拉强度和材料硬度的同时,也会导致球墨铸铁的机械加工性能变差,机械加工工时延长,在加工过程中经常出现磨刀、打刀等现象。此外,由于诸如Mo、Ni、V等金属的价格昂贵,导致铸件生产成本高昂,同时随着原料中使用的废钢量的增多,石墨化程度降低且球化效果变差,而当前传统的球磨铸铁制备工艺没有随着费钢量的增加而作相对应的调整。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足,提供一种高强度球墨铸铁及其制备方法,它通过合理的配料设计基础上,通过合理的球化、孕育处理,并采用有效的热处理方式,使其具备有高强度的性能,同时本发明具有制备方法简单、高效、制备成本低。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案是:一种高强度球墨铸铁,所述的球墨铸铁包括如下组分:C、Si、Mn、P、S、Mg、Cu、Cr,其余为Fe和微量元素;
其中,以质量份数含量计,各组分占所述球墨铸铁的质量份数为:C:3.6~3.9份、Si:1.9~2.8份、Mn:0.3~0.4份、P:0~0.06份、S:0.01~0.05份、Mg:0.04~0.06份、Cu:0.5~0.8份、Cr:0.2~0.3份、Fe:68~75份、微量元素:0.1~0.2份。
所述微量元素包括:Ti、Sb、As、Pb、Bi、Al和B;
其中,以质量份数含量计,各组分占所述球墨铸铁的质量份数为:其中,以质量份数含量计,各组分占所述球墨铸铁的质量份数为:Ti:0.01~0.02份、Sb:0.001~0.003份、As:0~0.007份、Pb:0.001~0.002份、Bi:0~0.001份、Al:0~0.003份和B:0~0.002份。
进一步的,所述高强度球墨铸铁中质量份数含量计,各组分占所述球墨铸铁的质量份数为:C:3.6~3.7份、Si:2.5~2.7份、Mn:0.3~0.4份、P:0~0.03份、S:0.01~0.03份、Mg:0.04~0.05份、Cu:0.5~0.6份、Cr:0.2~0.3份。
一种高强度的球墨铸铁的制备方法,所述制备方法包括:
1)原料熔炼:首先将增碳剂颗粒放置于中频感应电炉底层,然后依次将球生铁、废钢、回炉铁放置于增碳剂颗粒上,然后中频感应电炉全功率加热并用耐火材料充分覆盖减少氧化,熔炼过程中保证铁水温度为1450~1550℃,制得化学成分合格的铁液,然后进行静置扒渣处理;
2)球化处理:球化前利用球铁铁屑和孕育剂覆盖球化剂,其加热量为铁液重量的1.1~1.4份,球化时铁液避免直接冲到球化剂上,并按比例加入电解铜,保持电炉铁液过热温度为1500~1550℃,球化反应结束后,立即用高效聚渣剂多次打渣,及时转包孕育,出炉球化温度为1480~1520℃;
3)孕育处理及浇注:孕育处理时在铁液从球化包倒入浇包时进行,所述步骤2)中的孕育剂为含Ba孕育剂,粒度为1~3mm,其加入量为0.3~0.5份,在浇注时进行随流孕育,孕育剂选用相同成分的含Ba孕育剂,粒度为0.4~0.7mm,加入量为0.1~0.2份,然后将浇包内的熔融态铁液浇铸到成型模具中,得到预制件;
4)热处理:采用低温石墨化退火,将所述铸件升温至800~810℃,保温20h,以5~10℃/min的速度降温至720~730℃,保温5h,然后空冷至室温。
进一步的,所述的球生铁的质量份数为20~30份,所述的废钢的质量份数为20~40份,所述的回炉铁的质量份数为25~60份。
进一步的,所述的孕育剂中各元素成分的质量份数为:Si:68~72份、Ca:1.5~1.8份、Ba:2~5份,余量为Fe。
本发明的工作原理:本发明采用中频感应电炉进行熔炼,根据炉料配比依次将增碳剂颗粒、球生铁、废钢和回炉铁等放入电炉熔炼,其中将增碳剂颗粒放置于底层,将球生铁和废钢放置于增碳剂颗粒上方,先对其炉料进行预热烘干,然后在其上方覆盖耐火石棉,以减少熔炼过程中的炉料的氧化,之后全功率加热,加热温度至1500~1550℃,之后采用球化包封闭法进行球化处理,出炉球化温度为将1480~1520℃,将球铁铁屑和孕育剂覆盖球化剂上,同时采用炉前一次孕育和浇注时采用随流孕育的孕育方法,孕育比例质量份数0.15~0.2份,使得石墨球个数较多,球径较小,分布均匀,最后通过低温石墨退火工艺得到高强度球墨铸铁。
采用上述技术方案后,本发明有益效果为:本发明采用封闭法球化处理,提高了对Mg的吸收率,球化效果好,球化等级可达到一级,采用大剂量的球化覆盖Fe、Si孕育剂,并加大转包孕育量,可获得较好的铸态球墨铸铁性能,采用低温石墨化退火热处理方式,使铸件在保证高强度的同时还具有良好的韧性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的制作流程示意图。
具体实施方式
实施例一:
实施例一中的球墨铸铁包括如下组分:C、Si、Mn、P、S、Mg、Cu、Cr,其余为Fe和微量元素;
其中,以质量份数含量计,各组分占所述球墨铸铁的质量份数为:C:3.6份、Si:2.5份、Mn:0.4份、P:0.03份、S:0.03份、Mg:0.045份、Cu:0.05份、Cr:0.21份、Ti:0.02份、Sb:0.0015份、As:0.007份、Pb:0.002份、Bi:0.001份、Al:0.003份、B:0.002份。
一种高强度的球墨铸铁的制备方法,所述制备方法包括:
1)原料熔炼:首先将增碳剂颗粒放置于中频感应电炉底层,然后依次将球生铁、废钢、回炉铁放置于增碳剂颗粒上,然后中频感应电炉全功率加热并用耐火材料充分覆盖减少氧化,熔炼过程中保证铁水温度为1500℃,制得化学成分合格的铁液,然后进行静置扒渣处理;
2)球化处理:球化前利用球铁铁屑和孕育剂覆盖球化剂,其加热量为铁液重量的1.4份,球化时铁液避免直接冲到球化剂上,并按比例加入电解铜,保持电炉铁液过热温度为1550℃,球化反应结束后,立即用高效聚渣剂多次打渣,及时转包孕育,出炉球化温度为1520℃;
3)孕育处理及浇注:孕育处理时在铁液从球化包倒入浇包时进行,所述步骤2)中的孕育剂为含Ba孕育剂,粒度为1.5mm,其加入量为0.3份,在浇注时进行随流孕育,孕育剂选用相同成分的含Ba孕育剂,粒度为0.6mm,加入量为0.1份,然后将浇包内的熔融态铁液浇铸到成型模具中,得到预制件;
4)热处理:采用低温石墨化退火,将所述铸件升温至810℃,保温20h,以5℃/min的速度降温至730℃,保温5h,然后空冷至室温。
所述的球生铁的质量份数为30份,所述的废钢的质量份数为40份,所述的回炉铁的质量份数为28份。
所述的孕育剂中各元素成分的质量份数为:Si:72份、Ca:1.5份、Ba:3份,余量为Fe。
实施例二:
实施例二中的球墨铸铁包括如下组分:C、Si、Mn、P、S、Mg、Cu、Cr,其余为Fe和微量元素;
其中,以质量份数含量计,各组分占所述球墨铸铁的质量份数为:C:3.7份、Si:2.6份、Mn:0.35份、P:0.02份、S:0.02份、Mg:0.04份、Cu:0.06份、Cr:0.3份、Ti:0.015份、Sb:0.002份、As:0.006份、Pb:0.002份、Bi:0.001份、Al:0.002份、B:0.002份。
一种高强度的球墨铸铁的制备方法,所述制备方法包括:
1)原料熔炼:首先将增碳剂颗粒放置于中频感应电炉底层,然后依次将球生铁、废钢、回炉铁放置于增碳剂颗粒上,然后中频感应电炉全功率加热并用耐火材料充分覆盖减少氧化,熔炼过程中保证铁水温度为1480℃,制得化学成分合格的铁液,然后进行静置扒渣处理;
2)球化处理:球化前利用球铁铁屑和孕育剂覆盖球化剂,其加热量为铁液重量的1.2份,球化时铁液避免直接冲到球化剂上,并按比例加入电解铜,保持电炉铁液过热温度为1500℃,球化反应结束后,立即用高效聚渣剂多次打渣,及时转包孕育,出炉球化温度为1480℃;
3)孕育处理及浇注:孕育处理时在铁液从球化包倒入浇包时进行,所述步骤2)中的孕育剂为含Ba孕育剂,粒度为1.5mm,其加入量为0.5份,在浇注时进行随流孕育,孕育剂选用相同成分的含Ba孕育剂,粒度为0.6mm,加入量为0.2份,然后将浇包内的熔融态铁液浇铸到成型模具中,得到预制件;
4)热处理:采用低温石墨化退火,将所述铸件升温至810℃,保温20h,以8℃/min的速度降温至730℃,保温5h,然后空冷至室温。
所述的球生铁的质量份数为20份,所述的废钢的质量份数为20份,所述的回炉铁的质量份数为58份。
所述的孕育剂中各元素成分的质量份数为:Si:70份、Ca:1.8份、Ba:2份,余量为Fe。
以上所述,仅用以说明本发明的技术方案而非限制,本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换,只要不脱离本发明技术方案的精神和范围,均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种高强度球墨铸铁,其特征在于:所述的球墨铸铁包括如下组分:C、Si、Mn、P、S、Mg、Cu、Cr,其余为Fe和微量元素;
其中,以质量份数含量计,各组分占所述球墨铸铁的质量份数为:C:3.6~3.9份、Si:1.9~2.8份、Mn:0.3~0.4份、P:0~0.06份、S:0.01~0.05份、Mg:0.04~0.06份、Cu:0.5~0.8份、Cr:0.2~0.3份、Fe:68~75份、微量元素:0.1~0.2份。
2.根据权利要求1所述的一种高强度球墨铸铁,其特征在于:以质量份数含量计,各组分占所述球墨铸铁的质量份数为:C:3.6~3.7份、Si:2.5~2.7份、Mn:0.3~0.4份、P:0~0.03份、S:0.01~0.03份、Mg:0.04~0.05份、Cu:0.5~0.6份、Cr:0.2~0.3份。
3.根据权利要求1所述的一种高强度球墨铸铁,其特征在于:所述微量元素包括:Ti、Sb、As、Pb、Bi、Al和B;
其中,以质量份数含量计,各组分占所述球墨铸铁的质量份数为:Ti:0.01~0.02份、Sb:0.001~0.003份、As:0~0.007份、Pb:0.001~0.002份、Bi:0~0.001份、Al:0~0.003份和B:0~0.002份。
4.一种权利要求1~2中任一项权利要求所述的一种高强度的球墨铸铁的制备方法,所述制备方法包括:
1)原料熔炼:首先将增碳剂颗粒放置于中频感应电炉底层,然后依次将球生铁、废钢、回炉铁放置于增碳剂颗粒上,然后中频感应电炉全功率加热并用耐火材料充分覆盖减少氧化,熔炼过程中保证铁水温度为1450~1550℃,制得化学成分合格的铁液,然后进行静置扒渣处理;
2)球化处理:球化前利用球铁铁屑和孕育剂覆盖球化剂,其加热量为铁液重量的1.1~1.4份,球化时铁液避免直接冲到球化剂上,并按比例加入电解铜,保持电炉铁液过热温度为1500~1550℃,球化反应结束后,立即用高效聚渣剂多次打渣,及时转包孕育,出炉球化温度为1480~1520℃;
3)孕育处理及浇注:孕育处理时在铁液从球化包倒入浇包时进行,所述步骤2)中的孕育剂为含Ba孕育剂,粒度为1~3mm,其加入量为0.3~0.5份,在浇注时进行随流孕育,孕育剂选用相同成分的含Ba孕育剂,粒度为0.4~0.7mm,加入量为0.1~0.2份,然后将浇包内的熔融态铁液浇铸到成型模具中,得到预制件;
4)热处理:采用低温石墨化退火,将所述铸件升温至800~810℃,保温20h,以5~10℃/min的速度降温至720~730℃,保温5h,然后空冷至室温。
5.根据权利要求4所述的一种高强度的球墨铸铁的制备方法,其特征在于:步骤1)中所述的球生铁的质量份数为20~30份,所述的废钢的质量份数为20~40份,所述的回炉铁的质量份数为25~60份。
6.根据权利要求4所述的一种高强度的球墨铸铁的制备方法,其特征在于:步骤2)中所述的孕育剂中各元素成分的质量份数为:Si:68~72份、Ca:1.5~1.8份、Ba:2~5份,余量为Fe。
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