CN102409220B - 高强韧蠕墨铸铁 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高强韧蠕墨铸铁及其制备方法。其以重量百分比计的组成为 C ： 3.4 ～ 3.8% ， Si ： 2.1 ～ 2.6% ， Cu ： 0.2 ～ 0.6% ， Mo ： 0.2 ～ 0.5% ， Mn ： 0.2 ～ 0.8% ， Sn ： 0.02 ～ 0.04% ， Sb ： 0.004 ～ 0.032% ，其余为铁和不可避免的杂质组成。本发明提供的蠕墨铸铁的显微组织由基体和蠕虫状石墨组成，蠕化率超过 85% 。该蠕墨铸铁经过 900 ～ 950 ℃保温 1.5 ～ 3 小时，在 320 ～ 360 ℃的盐溶液中保温 1.5 ～ 3h ，然后空冷制成综合性能优良的蠕墨铸铁。本发明提供的高强韧蠕墨铸铁具有强度高、塑性好、耐热、抗冲击、抗疲劳、铸造成型性能好等特点。其室温拉伸强度为 780~950MPa ，延伸率≧ 3% ，满足高功率柴油机对关键零部件的材料要求。本发明提供的高强韧蠕墨铸铁的制备方法蠕化工艺稳定、蠕化率高、工艺简单，便于操作。

Description

高强韧蠕墨铸铁

技术领域

    本发明属于金属材料领域，涉及一种新型高强韧蠕墨铸铁及其制备方法。

背景技术

现代柴油机升功率高、结构紧凑、铸件形状复杂、热负荷大、强化程度高等特点，不仅对其设计技术，而且对柴油机机体、气缸盖等关重件的材料及制造技术也提出了新的更高的要求，要求材料既具有高的室温和高温力学性能、优良的导热减震性能和优良的热疲劳性能，又要求具有很高的致密性、均匀性和可靠性。蠕墨铸铁具有非常优良的室温和高温力学性能、优良的抗热疲劳性能和耐磨性能、良好的铸造成形性能，逐渐成为高功率柴油机的机体、气缸盖等关键件的理想材料。但是，传统的蠕墨铸铁由于蠕化率偏低和综合性能差等原因严重的阻碍了其推广和应用。

为了提高蠕墨铸铁的蠕化率和综合性能，许多科研工作者开展了大量研究工作：赵宇、冉旭和邬占田在《吉林工学院学报》1999年第20卷中报道了超薄壁蠕墨铸铁排气管制造，其蠕墨铸铁成分为C:3.0~3.6，Si：3.9~4.3，Mn0.3~0.6，S≤0.02,P≤0.01,Ti：0.15~0.22， Mo：0.4~0.7。庞国星和陈华辉在《机械工程学报》2006年第30卷报道了优化合金元素加入量对蠕墨铸铁耐磨性的影响，主要研究Sb、B和P对蠕墨铸铁的蠕化率、基体组织、硬度和耐磨性的影响，其蠕墨铸铁成分和基体组织与本发明不同。盛达和颜丙祥在《现在铸铁》在1999年第75期和《钢铁研究学报》报道了奥贝蠕铁及其组织和性能研究。专利200810230471.6、 200910136786.9、201010128379.

6、201010294492.1和201110009096.4中也报道了蠕墨铸铁，它们的基体组织均为铁素体和珠光体组成。

   虽然，国内外在蠕墨铸铁方面做了大量的工作，取得了许多成果，但是该材料在工业上推广应用过程中遇到了很多难题，主要表现在该材料在制备时蠕化处理不稳定、蠕化率偏低且较难控制，并且综合性能差（塑性很低，δ<1%）。

经在现有的信息系统和网络中检索，尚未发现有与本发明的合金材料和制备方法相似的文献报道。

发明内容

本发明的目的在于对现有技术存在的问题加以解决，进而提供一种操作简单、蠕化率高且控制、产品综合性能好、适于工业化大规模生产的新型蠕墨铸铁及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明的实现在于：一种高强韧蠕墨铸铁，其化学成分按重量百分比为：C：3.4～3.8%，Si：2.1～2.6%，Cu：0.2～0.5%，Mo：0.2～0.5%，Mn：0.2 ～0.8%，Sn：0.02～0.04%，Sb：0.004～0.032%,其余为铁和不可避免的杂质组成；

其制备过程是：蠕化工序中蠕化温度为1450～1500℃，蠕化剂为市售稀土-镁-硅蠕化剂，加入量为0.5%～1.0%；热处理工序中，铸件经过900～950℃保温1.5～3小时，放入320～360℃的盐溶液中保温1.5～3h，然后进行空冷制成。

一种高强韧蠕墨铸铁的制备工艺：蠕化工序中蠕化温度为1450～1500℃，蠕化剂为市售稀土-镁-硅蠕化剂，加入量为0.5%～1.0%。

上述制备工艺中，热处理工序中，铸件经过900～950℃保温1.5～3小时，放入320～360℃的盐溶液中保温1.5～3h，然后进行空冷制成。

本发明的显微组织由基体和蠕虫状石墨相组成，其蠕化率超过85%。其中基体相由奥氏体和贝氏体组成。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1、本发明产品蠕化率高，可超过85%，同时具有强度高、塑性好、耐热、抗冲击、抗疲劳、铸造成型性能好的综合性能，其室温拉伸为780~950MPa，延伸率≧3%，可满足高功率柴油机对关键零部件的材料要求。

 2、制备工艺操作简单、蠕化处理易于控制、蠕化率高、产品综合性能好、适于工业化大规模生产。

附图说明：

图1：本发明实施例1合金石墨形态的金相组织照片；

图2：本发明实施例1合金基体的金相组织照片；

图3：本发明实施例2合金墨形态的金相组织照片；

具体实施方式：

下面结合实施例对本发明内容进行详细说明

本发明的制备工艺除了蠕化工序和热处理工序的工艺参数有独特之处外，其余和普通蠕墨铸铁的制备工艺相同。

实施例1：

一种高强韧蠕墨铸铁，其化学组成为（重量百分比）：C：3.6%，Si：2.4%，Cu：0.3%，Mo：0.3%，Mn：0.5%，Sn：0.03%，Sb：0.02%,其余为铁和不可避免的杂质组成。蠕化工序中，蠕化剂采用市售稀土-镁-硅蠕化剂，加入量为0.8%，蠕化温度为1475℃，蠕化率为85%。制备成高强韧蠕墨铸铁铸件。热处理工序中，铸件经过930℃保温2小时，放入350℃的盐溶液中保温2h，然后进行空冷制成。该蠕墨铸铁铸件具有优良的综合性能和工艺成形性。其金相组织中基体为下贝氏体和奥氏体组成，石墨相形状为蠕虫状，见图1和图2。其不同温度下的拉伸性能见表1，可以看出该蠕墨铸铁具有非常高的室温和高温抗拉性能和延伸率。

表1  

温度(℃)	抗拉强度(Mpa)	延伸率（%）
			室温	890	3.0
150	860	3.0
			250	864	3.5
350	828	3.5
			450	739	4.0
550	419	5.0

实施例2：

一种高强韧蠕墨铸铁，其化学组成为（重量百分比）：C：3.8%，Si：2.1%，Cu：0.2%，Mo：0.2%，Mn：0.2%，Sn：0.02%，Sb：0.01%,其余为铁和不可避免的杂质组成。蠕化剂采用市售稀土-镁-硅蠕化剂，加入量为0.5%，蠕化温度为1450℃，蠕化率为90%。制备成高强韧蠕墨铸铁铸件。该铸件经过900℃保温1.5小时，放入330℃的盐溶液中保温1.5h，然后进行空冷制成奥氏体和贝氏体蠕墨铸铁铸件。该蠕墨铸铁铸件具有优良的综合性能和工艺成形性，其不同温度下的拉伸性能见表1，该蠕墨铸铁的金相组织见图3。

表2  

温度(℃)	抗拉强度(Mpa)	延伸率（%）
			室温	930	3.0
350	860	3.5
			550	470	6.0

实施例3

一种高强韧蠕墨铸铁，其化学组成为（重量百分比）：C：3.6%，Si：2.6%，Cu：0.4%，Mo：0.2%，Mn：0.6%，Sn：0.04%，Sb：0.008%,其余为铁和不可避免的杂质组成。蠕化剂采用市售稀土-镁-硅蠕化剂，加入量为0.6%，蠕化温度为1500℃，蠕化率为90%。制备成高强韧蠕墨铸铁铸件。该铸件经过950℃保温1.5小时，放入360℃的盐溶液中保温3h，然后进行空冷制成奥氏体和贝氏体蠕墨铸铁铸件。其不同温度下的拉伸性能见表3，

表3  

温度(℃)	抗拉强度(Mpa)	延伸率（%）
			室温	840	3.0
350	827	4.0
			550	463	5.0

实施例4

一种高强韧蠕墨铸铁，其化学组成为（重量百分比）：C：3.4%，Si：2.2%，Cu：0.5%，Mo：0.5%，Mn： 0.8%，Sn：0.02～0.04%，Sb： 0.03%,其余为铁和不可避免的杂质组成。

其制备过程中：蠕化工序中蠕化温度为1450～1500℃，蠕化剂为市售稀土-镁-硅蠕化剂，加入量为1.0%；热处理工序中，铸件经过920℃保温3小时，放入320℃的盐溶液中保温2.5h，然后进行空冷制成。其不同温度下的拉伸性能见表4，

表4

温度(℃)	抗拉强度(MPa)	延伸率（%）
			室温	710	3.5
350	705	4.5
			550	420	5.5

上述实施例中，以实施例2为最佳。

Claims (1)

1.一种高强韧蠕墨铸铁，其特征在于：其化学成分按重量百分比为：C：3.4～3.8%，Si：2.1～2.6%，Cu：0.2～0.5%，Mo：0.2～0.5%，Mn：0.2 ～0.8%，Sn：0.02～0.04%，Sb：0.004～0.032%,其余为铁和不可避免的杂质组成；

其制备过程是：蠕化工序中蠕化温度为1450～1500℃，蠕化剂为市售稀土-镁-硅蠕化剂，加入量为0.5%～1.0%；热处理工序中，铸件经过900～950℃保温1.5～3小时，放入320～360℃的盐溶液中保温1.5～3h，然后进行空冷制成。

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