CN102485931A

CN102485931A - 一种磁性铸铁及该材质铸件的铸造工艺方法

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Publication number: CN102485931A
Application number: CN2010105742122A
Authority: CN
Inventors: 于波; 齐笑冰; 苗治全; 王景成; 刘世昌; 赵芳欣
Original assignee: Shenyang Research Institute of Foundry Co Ltd
Current assignee: Shenyang Foundry Research Institute Co Ltd Of China National Machinery Research Institute Group; Shenyang Research Institute of Foundry Co Ltd
Priority date: 2010-12-06
Filing date: 2010-12-06
Publication date: 2012-06-06
Anticipated expiration: 2030-12-06
Also published as: CN102485931B

Abstract

一种磁性铸铁，其组成和质量百分比含量为：C：2.5～3.5%，Si：2.6～3.5%，Mn≤0.30%，P≤0.04%，S≤0.03%，Fe：余量。所述磁性球墨铸铁件的铸造工艺方法：热处理工艺要求：随炉加热到900℃～960℃后保温，保温结束后随炉却冷至700℃～760℃；再进行二次保温，保温结束后随炉冷却至550℃～600℃出炉冷却至室温。本发明所述磁性铸铁具有高的导磁率和低的矫顽力，生产工艺简单，铸件质量稳定；其基体组织为铁素体，抗拉强度：≥400MPa，伸长率：≥20%。本发明所述制备方法工艺简单，铸件质量稳定，能满足对磁性能有要求的各类部件制造。

Description

一种磁性铸铁及该材质铸件的铸造工艺方法

技术领域

本发明涉及铸铁材料相关技术领域，特别提供了一种磁性铸铁及该材质铸件的铸造工艺方法。

背景技术：

现有技术中，现代装备对部件的要求越来越高，不但要求其具有良好的力学性能，而且同时要求其具有一定的特殊性能，如一些重大装备控制系统执行机构部件要求具有良好的力学性能、导热性、减震性，同时要求必须具有良好的导磁性，以实现灵敏、可靠、耐久的电磁控制动作。工程应用中主要使用低碳钢或不锈钢材质，为保证部件质量，采用锻造毛坯加工成形，材质利用率低，生产周期长，制造成本高。

球墨铸铁材质具有良好的力学性能、导热性和减震性，铸造工艺性能良好，可以铸造生产复杂铸件，且生产周期短，制造成本低。已作为结构材料得到广泛应用，但对其磁性能的研究还很少。铸造手册（铸铁卷）（北京，机械工业出版社，2003年：P325）给出普通铁素体球墨铸铁的最大磁导率为1.76×10^-3（H/m），珠光体球墨铸铁的最大磁导率为0.69×10^-3（H/m），不能满足特殊工程部件对材料导磁性能的要求。同时，铸造手册（铸铁卷）（北京，机械工业出版社，2003年：P354）推荐普通铁素体球墨铸铁的化学成分（质量分数，%）为：3.5~3.9%C（碳），2.0~2.7%Si（硅），≤0.6%Mn（锰），≤0.07 %P（磷），≤0.02%S（硫）。从球墨铸铁的组织特性分析，存在提高其导磁率的可能。需要解决的问题是：如何通过化学成分设计和生产工艺创新，生产具有高导磁性的磁性铸铁，用于制造具有磁性能要求的部件。

人们期望获得一种技术效果好的磁性铸铁以及使用该材质的铸件的铸造工艺方法。

发明内容：

本发明的目的是提供一种技术效果好的磁性铸铁以及使用该材质的铸件的铸造工艺方法。

本发明提供了一种磁性铸铁，其特征在于：所述磁性铸铁的化学成分和各成分的质量百分比含量依次为：C：2.5～3.5%，Si：2.6～3.5%，Mn≤0.30%， P≤0.04%，S≤0.03%，Fe：余量。

本发明还要求保护使用如上所述磁性铸铁的铸件的铸造工艺方法，其特征在于：其中，所述磁性铸铁在铸造过程中的热处理工艺具体要求为：

随炉加热到900℃～960℃保温，保温时间随铸件厚度而定，一般为4～6小时，保温结束后随炉却冷至700℃～760℃，再进行二次保温，具体的二次保温时间优选为2～6小时，二次保温结束后随炉冷却至550℃～600℃，然后出炉冷却至室温。保温时间依据铸件壁厚确定。在本发明中，热处理过程是本发明的关键点之一，热处理的目的是得到铁素体基体，并使组织均匀化。

所述磁性铸铁铸件的铸造工艺方法按照实施过程依次是：

①铁液熔炼：将原料放入熔炼炉内，完成铁液熔化及化学成份调配；出炉时铁液化学成分符合要求：所述磁性铸铁的化学成分和各成分的质量百分比含量依次为：C ：2.5～3.5%，Si ：2.6～3.5%，Mn≤0.30%， P≤0.04%，S≤0.03%，Fe：余量，要求严格控制S、P等杂质元素的含量将有助于提高材质的导磁性；出炉温度为1400℃～1520℃；

②球化处理和孕育处理：在浇注包内进行球化处理和孕育处理，

所述磁性铸铁需进行球化处理，以得到球状石墨组织。所使用的球化剂的化学成分和各成分的质量百分比含量依次为：Mg：5.0～8.0%，稀土RE：1.0～6.0%；球化剂加入量为铁液重量的1.0～1.6%；孕育剂主要包含有硅铁或／和钡硅铁，其加入量为步骤①中调配后铁液重量的0.9～1.2%；

③浇注：将符合技术要求的铁液浇入铸型，待铸件冷却后取出；

④铸件的化学成分和各成分的质量百分比含量依次为：C ：2.5～3.5%，Si ：2.6～3.5%，Mn≤0.30%， P≤0.04%，S≤0.03%，Fe：余量；

⑤铸件热处理。

所述磁性球墨铸铁铸件的铸造工艺方法中，还要求满足下述进一步优选的具体要求：

在步骤②球化处理和孕育处理过程中，在浇注包内采用冲入法进行球化处理和孕育处理，

在步骤③浇注处理过程中，铸件冷却后，要求取出铸件进行清理，修整毛边；

在步骤⑤铸件热处理过程中，还有下述要求：随炉加热到900℃～960℃保温，保温时间随铸件厚度而定，一般为4～6小时，保温结束后随炉却冷至700℃～760℃，再进行二次保温2～6小时，二次保温结束后随炉冷却至550℃～600℃，之后出炉冷却至室温。

相对于现有技术而言，本发明具有如下优点：

①采用本专利技术生产的磁性铸铁，化学成分为低碳高硅，这将有助于提高材料的导磁性。金相组织为铁素体+球状石墨，抗拉强度：≥400MPa，伸长率：≥18%。。

②采用本专利技术生产的磁性铸铁，具有高的导磁率和低的矫顽力，最大导磁率可达2.4×10^-3（H/m），矫顽力为89～160 A/m。

③生产工艺简单，铸件质量稳定。十年来，沈阳铸造研究所采用本发明技术生产各类磁性球墨铸铁件已逾600吨，铸件最长服役期已超过10年，质量稳定，满足了各类工程需要。

具体实施方式：

实施例1

磁性铸铁铸件铸造生产方法。铁液熔化采用感应电炉、中性整体炉衬。铁液化学成分符合本技术要求后出炉，出炉温度1480℃～1520℃，采用包内冲入法进行球化处理和孕育处理，球化剂主要成分（质量分数，%）为6.0%Mg（镁）、2.0%RE（稀土），球化剂加入量1.0%，孕育剂加入量0.9%，经球化处理和孕育处理的铁液浇入树脂砂铸型，铸件经冷却、清理后进行热处理。铸件的主要化学成分（质量分数，%）为：3.49%C、2.66%Si、0.11% Mn、0.016%P、0.011%S；铸件热处理工艺为：铸件随炉加热到900℃保温，保温时间4小时，保温结束后随炉却冷至720℃，再保温4小时，保温结束后随炉冷却至550℃出炉冷却至室温。铸件检测结果为：抗拉强度：405（MPa）、伸长率：23（%）、最大导磁率：1.90×10^-3（H/m），产品为某大型装备电磁控制系统执行机构部件。

实施例2

实施例2与实施例1基本相同，其不同之处主要是：铸型为水玻璃砂型；球化剂主要成分（质量分数，%）为5.0%Mg（镁）、1.0%RE（稀土），球化剂加入量1.2%，孕育剂加入量1.0%；铸件的主要化学成分（质量分数，%）为：3.42%C、2.87%Si、0.23% Mn、≤0.034%P、≤0.008%S；铸件热处理工艺为：铸件随炉加热到940℃保温，保温时间6小时，保温结束后随炉却冷至750℃，再保温4小时，保温结束后随炉冷却至550℃出炉冷却至室温。铸件检测结果为：抗拉强度：425（MPa）、伸长率：23（%）、最大导磁率：2.20×10^-3（H/m），产品为某装备电磁控制系统执行机构部件。

实施例3

实施例3与实施例1基本相同，其不同之处主要有：铸型为煤粉砂型；磁性球墨铸铁铸件的主要化学成分（质量分数，%）为：3.14%C、3.10%Si、0.25% Mn、0.039%P、0.012%S；铸件热处理工艺为：铸件随炉加热到960℃保温，保温时间6小时，保温结束后随炉却冷至760℃，再保温6小时，保温结束后随炉冷却至600℃出炉冷却至室温。铸件检测结果为：抗拉强度：435（MPa）、伸长率：23（%）、最大导磁率：2.30×10^-3（H/m），产品为某装备电磁控制系统执行机构部件。

实施例4

实施例4与实施例1基本相同，其不同之处主要有：

铸型为水玻璃砂型；球化剂主要成分（质量分数，%）为8.0%Mg（镁）、6.0%RE（稀土），球化剂加入量1.6%，孕育剂加入量1.2%；铸件的主要化学成分（质量分数，%）为：3.00%C、3.29%Si、0.15% Mn、0.033%P、≤0.023%S；铸件热处理工艺为：铸件随炉加热到900℃保温，保温时间5小时，保温结束后随炉却冷至700℃，再保温6小时，保温结束后随炉冷却至550℃出炉冷却至室温。铸件检测结果为：抗拉强度：480（MPa）、伸长率：21（%）、最大导磁率：2.30×10^-3（H/m），产品为某装备电磁控制系统执行机构部件。

实施例5

实施例5与实施例1基本相同，其不同之处主要有：

铸型为水玻璃砂型；球化剂主要成分（质量分数，%）为6.5%Mg（镁）、2.5%RE（稀土），球化剂加入量1.3%，孕育剂加入量1.05%；铸件的主要化学成分（质量分数，%）为：2.78%C、3.55%Si、0.16%Mn、0.038%P、0.023%S；铸件热处理工艺为：铸件随炉加热到960℃保温，保温时间6小时，保温结束后随炉却冷至760℃，再保温2小时，保温结束后随炉冷却至600℃出炉冷却至室温。铸件检测结果为：抗拉强度：505（MPa）、伸长率：19.0（%）、最大导磁率：2.40×10^-3（H/m），产品为某装备电磁控制系统执行机构部件。

如上所述磁性球墨铸铁的铸造工艺方法，按照实施过程依次是：

①铁液熔炼：将原料（包括生铁、废钢、铁合金、回炉料等），放入一台熔炼炉内，完成铁液熔化及化学成份调配；出炉时铁液化学成分必须符合要求，所述磁性铸铁的化学成分和各成分的质量百分比含量依次为：C ：2.5～3.5%，Si ：2.6～3.5%，Mn≤0.30%，P≤0.04%，S≤0.03%；出炉温度为1400℃～1520℃；

②球化处理和孕育处理：在浇注包内采用冲入法进行球化处理和孕育处理，

所使用的球化剂的化学成分和各成分的质量百分比含量依次为：Mg（镁）：5.0～8.0%，RE（稀土）：1.0～6.0%；球化剂加入量为铁液重量的1.0～1.6%；

孕育剂主要包含有硅铁或／和钡硅铁，其加入量为铁液重量的0.9～1.2%；

③浇注：将符合技术要求的铁液浇入铸型，待铸件冷却后取出；按要求进行清理，修整；

④铸件的化学成分和各成分的质量百分比含量依次为：C ：2.5～3.5%，Si ：2.6～3.5%，Mn≤0.40%，P≤0.04，%S≤0.03%；化学成分低碳高硅是本发明的关键点之一；

⑤铸件热处理：铸件热处理工艺为：

随炉加热到900℃～960℃保温，保温时间随铸件厚度而定，通常的保温时间范围优选是4～6小时，保温结束后随炉却冷至700℃～760℃，再进行二次保温，具体的二次保温时间优选为2～6小时，二次保温结束后随炉冷却至550℃～600℃，然后出炉冷却至室温。在本发明中，热处理过程是本发明的关键点之一，热处理的目的是得到铁素体基体，并使组织均匀化。

Claims

1. 一种磁性铸铁，其特征在于：所述磁性铸铁的化学成分和各成分的质量百分比含量依次为：C：2.5～3.5%，Si：2.6～3.5%，Mn≤0.30%， P≤0.04%，S≤0.03%，Fe：余量。

2.一种使用权利要求1所述磁性球墨铸铁的铸件的铸造工艺方法，其特征在于：所述磁性铸铁在铸造过程中的热处理工艺具体要求为：

随炉加热到900℃～960℃保温，保温结束后随炉却冷至700℃～760℃，再进行二次保温，二次保温结束后随炉冷却至550℃～600℃出炉冷却至室温。

3.按照权利要求2所述磁性铸铁铸件的铸造工艺方法，其特征在于：所述磁性球墨铸铁在铸造成型后铸件热处理过程中，还有下述要求：随炉加热到900℃～960℃，保温4～6小时，保温结束后随炉却冷至700℃～760℃，再进行二次保温2～6小时，二次保温结束后随炉冷却至550℃～600℃，之后出炉冷却至室温。

4.按照权利要求2所述磁性铸铁铸件的铸造工艺方法，其特征在于：所述磁性铸铁的铸造工艺方法按照实施过程依次是：

①铁液熔炼：将原料放入熔炼炉内，完成铁液熔化及化学成份调配；出炉时铁液化学成分符合要求，所述磁性铸铁的化学成分和各成分的质量百分比含量依次为：C ：2.5～3.5%，Si ：2.6～3.5%，Mn≤0.30%， P≤0.04%，S≤0.03%，Fe：余量；出炉温度为1400℃～1520℃；

②球化处理和孕育处理：在浇注包内进行球化处理和孕育处理；

所述磁性铸铁需进行球化处理，以得到球状石墨组织；

所使用的球化剂的化学成分和各成分的质量百分比含量依次为：Mg：5.0～8.0%，稀土RE：1.0～6.0%；球化剂加入量为铁液重量的1.0～1.6%；孕育剂中包含有硅铁或钡硅铁，其加入量为步骤①中调配后铁液重量的0.9～1.2%；

④铸件的化学成分和各成分的质量百分比含量依次为：C ：2.5～3.5%，Si ：2.5～3.5%，Mn≤0.30%，P≤0.04%，S≤0.03%，Fe：余量；

⑤铸件热处理。

5.按照权利要求4所述磁性铸铁铸件的铸造工艺方法，其特征在于：所述磁性铸铁的铸造工艺方法中，还要求满足下述具体要求：

在步骤②球化处理和孕育处理过程中，在浇注包内采用冲入法进行球化处理和孕育处理；

在步骤⑤铸件热处理过程中，有下述要求：随炉加热到900℃～960℃时，保温时间为4～6小时；保温结束后随炉却冷至700℃～760℃，再进行二次保温2～6小时，二次保温结束后随炉冷却至550℃～600℃，之后出炉冷却至室温。