CN101603142A - 一种高强度高韧性球墨铸铁铸件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于球墨铸铁铸件领域，具体为一种高强度高韧性球墨铸铁铸件及其制备方法。本发明的技术方案为，该铸件的化学组成为按重量份计的下述组分：3.6％＜C＜3.8％，2.4％＜Si＜2.8％，Mn 0.8％～0.9％，0.1％＜Cr≤0.2％，P≤0.07％，S＜0.02％，0.5％＜Cu＜0.6％，余量为铁的技术方案，得到的铸件既有高强度又具有高韧性，并且成本低，抗拉强度大于590MPa，屈服强度大于380MPa，延伸率大于8％。

Description

一种高强度高韧性球墨铸铁铸件及其制备方法

技术领域

本发明属于球墨铸铁铸件领域，具体为一种高强度高韧性球墨铸铁铸件及其制备方法。

背景技术

对球墨铸铁来说，强度和韧性是它的主要性能特性，化学成分对球墨铸铁金相的影响是很大的，金相又决定铸件的性能，金相是指组成零件的基体，即铁素体和珠光体的比例，铸件的铁素体越高，零件的韧性越好，强度相对较低，反之铸件的珠光体含量越高，零件的强度越高，韧性就越低。

目前我们国家生产的球墨铸铁的牌号普遍是QT400-15或者QT450-12或者QT550-6、QT600-3等，而对于特殊高牌号的球墨铸铁零件一般都需要经过热处理后才能达到性能要求，工艺方法复杂，处理步骤繁琐，成本高。

随着工程机械工作效率以及强度的提高，对其工作零件的要求也相对提高，对于工程机械减速机上的零件，工作环境是高强度，高速运转，又由于零件本身结构的特殊性，所以对零件的强度和韧性要求整体都比较高，所以对所述零件的铸造合金以及该零件的铸造工艺都需要有所改进和提高。

专利号为200310114496.7的专利公开了一种高屈服强度的球墨铸铁材料，但是该材料使用了Mo、Ni等贵重金属元素，成本比较高，另一方面该合金材料并不能满足所述的减速机上的零件对于球墨铸铁材料性能参数的要求。

发明内容

本发明的目的就是针对上述存在的缺陷而提供一种高强度高韧性球墨铸铁铸件及其制备方法，本发明的技术方案为，该铸件的化学组成为按重量份计的下述组分：3.6％＜C＜3.8％，2.4％＜Si＜2.8％，Mn 0.8％～0.9％，0.1％＜Cr≤0.2％，P≤0.07％，S＜0.02％，0.5％＜Cu＜0.6％，余量为铁的技术方案，得到的铸件既有高强度又具有高韧性，并且成本低。

本发明所述的高强度高韧性球墨铸铁铸件，其特点在于，该铸件的化学组成为按重量份计的下述组分：3.6％＜C＜3.8％，2.4％＜Si＜2.8％，Mn 0.8％～0.9％，0.1％＜Cr≤0.2％，P≤0.07％，S＜0.02％，0.5％＜Cu＜0.6％，余量为铁。

所述的铸件为应用于工程机械减速机的零件，此零件是减速机上的一个部件，工作环境是高强度，高速运转，对零件强度和韧性要求都比较高。

本发明的铸件的制造方法的具体步骤如下：包括电炉熔炼步骤、球化步骤、孕育步骤、浇铸步骤、保温步骤：

(1)所述的电炉熔炼步骤为：将球墨铸铁用生铁，投入电炉中，进行熔炼，当温度达到1500℃～1540℃时，加入合金用配料，继续熔炼，温度达到1540℃～1560℃时，停止加热，铁水保温静置5～10分钟，然后出炉；

(2)所述的球化步骤为：采用传统的冲入法包内球化方法，要求以最少的球化剂加入量达到最佳的球化率，球化剂的加入量为铁水重量计的1.30％～1.40％，所述的球化剂可以为：稀土镁、铜镁合金、镁硅铁合金；

(3)所述的孕育步骤为：采用传统的冲入法包内孕育，先加入铁水重量计的0.4％～0.5％的硅铁孕育剂，然后加铁水重量计的0.05％～0.10％的钡硅铁孕育剂进行随流孕育，孕育剂覆盖在球化剂的上面，然后加上珍珠岩，进行拍打；

(4)所述的浇铸步骤为：浇铸温度为1300℃～1350℃，浇铸速度为3.0kg/s～3.5kg/s；

(5)所述的保温步骤为：保温60～90分钟后开箱，然后自然空冷到室温，得到本发明的铸件。

浇铸温度对铸件质量有很大的影响，浇铸温度过高，金属液态收缩增大，对铸型的热力作用增强，金属含气量较多，因而铸件易产生缩孔、缩松，晶粒粗大、裂纹、粘砂等铸造缺陷；浇铸温度过低，铁水的粘度大，流动性差，充满型腔较困难，铸件易产生局部地方浇不足、气孔、夹渣及冷隔等缺陷。

浇铸速度同样对铸件质量有很大的影响。浇铸速度过高，铸型被剧烈冲刷，易引起冲砂，型腔中的气体也来不及排出，易产生砂眼、气孔等却缺；浇铸速度过低，金属液对铸型的烘烤作用加剧，易使型腔拱起脱落，金属液与空气接触时间很长，氧化加重，产生夹渣、粘砂等缺陷。

保温时间对铸件的机械性能及加工性能都有着非常大的影响。如果保温时间过短，铸件冷却速度很快，表面硬度很高，加工很困难，特别对于要求精度比较高的关键尺寸，很难保证；保温时间过长，则生产线的效率大大降低；加上在壁厚比较厚大的部分，球化衰退，机械性能下降。

本发明的有益效果为，本发明得到的铸件既有高强度又具有高韧性，抗拉强度大于590MPa，屈服强度大于380MPa，延伸率大于8％，铁素体含量为20％～40％，珠光体含量为60％～80％，该铸件所具有的机械性能满足了对于此铸件应用的特殊场合的要求，另一方面是，所用原料的成本低，并在浇铸工艺中减少了热处理等工序，提高工作效率，又节约了资源，整体上很大程度的降低生产成本。总之，本发明的铸件在满足性能要求的基础上又成本低，节约资源。由此可见，本发明具备突出的实质性特点和显著的进步。

具体实施方式

为了进一步说明本发明的技术方案，下面结合实施例进行详细的说明。

实施例1

铸件的化学组成为按重量份计的下述组分：

C：3.79％，Si：2.7％，Mn：0.8％，Cr：0.11％，P：0.07％，S：0.01％，Cu：0.51％，余量为铁。

所得铸件的性能参数为：抗拉强度624.4MPa，屈服强度458.0MPa，延伸率9.2％，铁素体含量为35％，珠光体含量为65％。

实施例2

铸件的化学组成为按重量份计的下述组分：

C：3.75％，Si：2.65％，Mn：0.80％，Cr：0.13％，P：0.03％，S：0.015％，Cu：0.52％，余量为铁。

所得铸件的性能参数为：抗拉强度590.65MPa，屈服强度413.61MPa，延伸率11.2％，铁素体含量为40％，珠光体含量为60％。

实施例3

铸件的化学组成为按重量份计的下述组分：

C：3.61％，Si：2.51％，Mn：0.9％，Cr：0.15％，P：0.038％，S：0.019％，Cu：0.59％，余量为铁。

所得铸件的性能参数为：抗拉强度648.5MPa，屈服强度470.5MPa，延伸率8％，铁素体含量为27％，珠光体含量为73％。

实施例4

铸件的化学组成为按重量份计的下述组分：

C：3.65％，Si：2.55％，Mn：0.85％，Cr：0.18％，P：0.06％，S：0.005％，Cu：0.54％，余量为铁。

所得铸件的性能参数为：抗拉强度667.40MPa，屈服强度449.2MPa，延伸率8.24％，铁素体含量为30％，珠光体含量为70％。

上述所述的铸件的制造方法如下：包括电炉熔炼步骤、球化步骤、孕育步骤、浇铸步骤、保温步骤，(1)所述的电炉熔炼步骤为：将球墨铸铁用生铁，投入电炉中，进行熔炼，当温度达到1520℃时，加入合金用配料，继续熔炼，温度达到1550℃时，停止加热，铁水保温静置5分钟，然后出炉；

(2)所述的球化步骤为：采用传统的冲入法包内球化方法，要求以最少的球化剂加入量达到最佳的球化率，球化剂的加入量为铁水重量计的1.35％，所述的球化剂可以为：稀土镁、铜镁合金、镁硅铁合金；

(3)所述的孕育步骤为：采用传统的冲入法包内孕育，先加入铁水重量计的0.45％的硅铁孕育剂，然后加铁水重量计的0.05％的钡硅铁孕育剂进行随流孕育，孕育剂覆盖在球化剂的上面，然后加上珍珠岩，进行拍打；

(4)所述的浇铸步骤为：浇铸温度为1340℃，浇铸速度为3.5kg/s；

(5)所述的保温步骤为：保温90分钟后开箱，然后自然空冷到室温，得到本发明的铸件。

Claims (3)

1.一种高强度高韧性球墨铸铁铸件，其特征在于：该铸件的化学组成为按重量份计的下述组分：3.6％＜C＜3.8％，2.4％＜Si＜2.8％，Mn 0.8％～0.9％，0.1％＜Cr≤0.2％，P≤0.07％，S＜0.02％，0.5％＜Cu＜0.6％，余量为铁。

2.根据权利要求1所述的高强度高韧性球墨铸铁铸件，其特征在于：所述的铸件为应用于工程机械减速机的零件。

3.根据权利要求1所述的铸件的制造方法，包括电炉熔炼步骤、球化步骤、孕育步骤、浇铸步骤、保温步骤，其特征在于：

(1)所述的电炉熔炼步骤为：将球墨铸铁用生铁，投入电炉中，进行熔炼，当温度达到1500℃～1540℃时，加入合金用配料，继续熔炼，温度达到1540℃～1560℃时，停止加热，铁水保温静置5～10分钟，然后出炉；

(2)所述的球化步骤为：采用冲入法包内球化方法，球化剂为稀土镁，其加入量为铁水重量计的1.30％～1.40％；

(3)所述的孕育步骤为：采用冲入法包内孕育，先加入铁水重量计的0.4％～0.5％的硅铁孕育剂，然后加铁水重量计的0.05％～0.10％的钡硅铁孕育剂进行随流孕育，孕育剂覆盖在球化剂的上面，然后加上珍珠岩，进行拍打；

(4)所述的浇铸步骤为：浇铸温度为1300℃～1350℃，浇铸速度为3.0kg/s～3.5kg/s；

(5)所述的保温步骤为：保温60～90分钟后开箱，然后自然空冷到室温，得到本发明的铸件。