CN105220060B - 一种高强度球墨铸铁及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种涉高强度球墨铸铁及其生产方法，其组分质量百分比为：C 3.60‑3.90%，Si 2.2‑2.7%，Mn 0.40‑0.55%，P≤0.06%，S≤0.03%，Mg 0.030‑0.060%，RE 0.020‑0.040%，Cu 0.5‑0.7%，Sb 0.012‑0.016%，余量为Fe及不可避免的少量杂质。本发明的制备方法采用该铜‑锑合金化（0.012‑0.016%，Sb0.5‑0.7%Cu），选用Q10或Q12生铁，低S、P碳素废钢及回炉料，在中频炉或工频炉中熔炼铁水，用球化剂球化处理后进行随流孕育、浇铸。本发明采用微量锑和铜合金化，不加钼等贵重金属，生产高强度、较好塑性和韧性的球墨铸铁，使生产成本得到显著降低，生产效率高。本发明生产的球墨铸铁抗拉强度大于700MPa，伸长率大于3%，可用于综合力学性能要求高的汽车、拖拉机等零部件。

Description

一种高强度球墨铸铁及其生产方法

技术领域

本发明属于球墨铸铁铸造领域，具体涉及一种高强度球墨铸铁及其生产方法。

背景技术

随着汽车、拖拉机、工程机械等装备发动机功率的增大，对相关承载零部件如曲轴、后桥等的性能要求也不断提高，曲轴、后桥等零部件材质有锻钢和球墨铸铁，锻钢因为制作工艺复杂和成本高，目前球墨铸铁逐渐替代锻钢在曲轴等上得到广泛应用，在国际标准ISO球墨铸铁和中国标准GB球墨铸铁件，球墨铸铁牌号有QT400-18、QT450-10、QT500-7、QT600-3、QT700-2、QT800-2、QT900-2等，可以看出随着强度提高，伸长率逐渐降低，塑性、韧性和疲劳强度逐渐降低，因此使用标准牌号已不能满足发动机功率提高对零部件材质性能的要求，近年来可以看到很多高强度高韧性非标准牌号的球墨铸铁如QT600-10、QT700-3/7、QT740-3、QT800-5/6、QT850-3/5、QT900-4/5的应用报道，这些牌号除QT600-10外，均要求有很高的珠光体含量。对于高强度牌号（如QT700-2～7与QT740-3），除了要求石墨球化率高、球径小外，通常珠光体含量在70%以上，对于更高强度牌号（如QT800-2～6、QT850-3/5、QT900-2～5等），技术条件中要求珠光体量在80%以上甚至95%以上。提高珠光体含量以提高强度的方法通常有正火热处理和合金化两种方法。正火热处理由于增加热处理工序，生产流程复杂、生产成本高、铸件容易变形等原因，除非万不得已的情况下，正火热处理一般不被企业所采纳。采用合金化方法增加珠光体含量，常用的合金元素除锰以外有铜、铬、钼、锡、铋、锑等，通常是这些元素中的两种或两种以上配合使用（除锰以外）。例如，中国专利CN201310645883.7“高强度高弹性模量低应力铸态球墨铸铁及其制造方法”，采用的化学成分为3.7～3.9% C，2.0～2.2%Si，4.50～4.65% CE，0.5～0.6%Mn，≤0.03%P，≤0.02%S，0.03～0.06% Mg，0.01～0.02% RE，0.5～0.7%Cu，0.05～0.06%Sn，即Cu–Sn合金化、钇基重稀土镁球化包芯线喂丝球化处理和高钙钡孕育剂孕育处理得到珠光体含量≥95%的QT700-3牌号球墨铸铁，用于机床铸件。中国专利CN103805832A“高强度与高韧性的球墨铸铁及由其制造的汽车用配件”，采用Cu–Sn–Bi合金化（0.4～0.8%Cu，0.001～0.03%Sn，0.001～0.03%Bi）生产QT700-7牌号的汽车配件用铸态球墨铸铁。中国期刊《武汉汽车工业大学学报》2000年第5期论文“铸态珠光体球铁显微组织与疲劳性能的关系”， 采用的化学成分为3.6～4.0%C，1.8～2.2%Si，0.3～0.5%Mn，0.8～1.0%Cu，0.004～0.005%Sn，即Cu–Sn合金化，生产出珠光体含量为95%的铸态高强韧性QT740-3富康轿车发动机曲轴。中国期刊《现代铸铁》2003年第2期论文“铸态QT800-2球铁曲轴的试制”, 采用的化学成分为3.6～3.8% C，2.0～2.4%Si，0.25～0.35%Mn，0.3～0.4%Cu，0.18～0.22%Mo，0～0.031%Sb即Cu–Mo-Sb合金化，采用中频电炉熔炼铁水、铁型覆砂造型工艺，选用高纯Q10生铁、C-6S珠光体型球化剂冲入法球化处理、BS-1型高效孕育剂包内孕育加随流孕育等措施，生产出珠光体含量高于80%的QT800-2铸态高强度4JB1发动机曲轴。中国专利CN101343711A“球墨铸铁行星架的生产方法”，采用的化学成分为3.6～3.9% C，1.8～2.3%Si，4.38～4.56%CE, 0.25～0.60%Mn，≤0.05%P，≤0.03%S，0.03～0.04% Mg，0.02～0.03% RE，0.4～0.6%Cu，0～0.06%Sn, ≤0.015Sb，即Cu–Sn–Sb合金化、包内冲入法球化处理(球化剂加入量1.3～1.5%)、2～4次孕育、控制铸件冷却方式等措施，生产出珠光体含量大于80%的铸态高强韧性球墨铸铁行星架铸件QT800-3（实施例, 0.5%Cu、0.053%Sn、≤0.015Sb时，抗拉强度815MPa，伸长率3.3%，275HB）。中国期刊《现代铸铁》2005年第5期论文“铸态QT850-3 球墨铸铁曲轴的生产”，采用的化学成分为3.7～3.85% C，2.2～2.6%Si，0.40～0.60%Mn，≤0.05%P，≤0.02%S，0.03～0.04% Mg，0.02～0.03% RE，0.3～0.5%Cu，0.015～0.020%Sb，即Cu–Sb合金化、采用电炉熔化铁水、铁型覆砂工艺、包内冲入法球化处理、一次冲入随流孕育加二次瞬时孕育等措施，生产出珠光体含量大于80%的铸态高强韧性QT850-3柴油机曲轴。中国专利CN103602880A“一种高强韧性QT850-5曲轴的铸态生产方法”，采用的化学成分为3.7～3.8% C，2.1～2.3%Si， 0.35～0.45%Mn，0.025-0.40%P，0.005-0.015%S，0.038～0.055% Mg，0.015～0.025% RE，0.6～0.7%Cu，0.014～0.022%Sn，即Cu–Sn合金化、采用电炉熔化铁水、铁型覆砂工艺、盖包球化处理、高钡孕育剂包内孕育加随流孕育等措施，生产铸态高强韧性QT850-5柴油机曲轴。中国期刊《现代铸铁》1996年第2期论文“用Cu-Sb合金化生产铸态QT900-2球墨铸铁曲轴”， 采用的化学成分为3.6～3.8% C，2.0～2.4%Si， 0.3～0.5%Mn， ≤0.050%P，≤0.020%S，0.030～0.040% Mg，0.020～0.030% RE，0.2～0.4%Cu，0.02～0.03%Sb，即Cu–Sb合金化、采用电炉熔化铁水、铁型覆砂工艺，生产铸态高强韧性QT900-2发动机曲轴。中国专利CN1350069“高强度合金球墨铸铁曲轴及其生产方法”， 采用的化学成分为3.6～3.8% C，1.9～2.3%Si，0.3～0.5%Mn，＜0.05%P，＜0.035%S，0.03～0.05% Mg，0.02～0.035% RE，0.4～0.6%Cu，0.1～0.2% Mo，即Cu –Mo合金化，采用冲天炉熔炼铁液，多次孕育，生产出QT900-4曲轴。可以看出，生产700MPa以上高强度球墨铸铁，有效的合金化方式是铜与锡、钼、铋、锑等配合使用，如Cu–Sn、Cu–Sn–Sb、Cu–Sn–Bi、Cu–Mo、Cu–Sb。由于钼价格昂贵，使用成本高，一般工厂难以承受；铬应用也较少。有资料认为其促进珠光体形成能力约为锡的10倍，铜的20倍甚至100倍，因此采用锑微量合金化可有效提高球墨铸铁的珠光体含量，显著降低原材料成本。但是，球铁中锑的适宜加入量看法不统一，认为锑含量较高时，球墨铸铁件薄壁处组织中易出现渗碳体，降低球墨铸铁的塑性和韧性。

发明内容

综上所述，为了克服现有技术的不足，本发明采用的技术方案如下：

一种高强度球墨铸铁，其组分质量百分比为：C 3.60~3.90%，Si 2.2~2.7%，Mn0.40~0.55%，P≤0.06%，S≤0.03%，Mg 0.030~0.060%，RE 0.020~0.040%，Cu 0.5~0.7%，Sb0.012~0.016%，余量为Fe及不可避免的少量杂质。

一种高强韧球墨铸铁的制备方法，包括如下步骤：

a、选用Q10或Q12生铁，低S、P碳素废钢及回炉料，在中频炉或工频炉中熔炼铁水，出炉温度1500-1550℃；

b、选用稀土含量较低的FeSiRE3Mg8球化剂进行球化处理，球化剂加入量为1.0%~1.4%；

c、球化处理反应平稳后，补加剩余铁水前，将颗粒状的金属锑加入球化处理包内，同时在球化处理包内加入质量百分比为0.20%~0.25%WL孕育剂和75SiFe孕育剂进行孕育处理；浇注时加入质量百分比为0.08%~0.10%的FeSiBa5孕育剂进行随流孕育；

d、孕育过的铁水浇注铸件的同时浇注基尔试块。

进一步，所述的回炉料为球铁回炉料。

本发明的有益效果：

1、本发明采用铜-锑合金化（0.012-0.016%Sb，0.5-0.7%Cu），选用Q10或Q12生铁，低S、P碳素废钢及回炉料，在中频炉或工频炉中熔炼铁水，采用微量锑和铜合金化，不加钼等贵重金属，生产高强度、较好塑性和韧性的球墨铸铁，使生产成本得到显著降低。

2、本发明采用微量锑和铜合金化、不加钼等贵重金属，生产的球墨铸铁不仅强度高，同时塑性、韧性好，而且原材料成本低，生产效率高。研制的球墨铸铁抗拉强度大于700MPa，伸长率大于3%，可用于综合力学性能要求高的汽车、拖拉机等零部件。

具体实施方式

以下结合具体实施例进一步阐述本发明。

实施例1

一种高强韧球墨铸铁的制备方法，包括如下步骤：

按照质量百分比配制铁水化学成分为例：3.81%C，2.26%Si，0.42%Mn，0.045 %P，0.020%S，0.048%Mg，0.027%RE，0.505%Cu，0.012%Sb。

a、将称量好的生铁、碳素废钢、球铁回炉料、锰铁等加入感应电炉内熔炼铁水，出炉温度控制在1500-1550℃。

b、选用稀土含量较低的FeSiRE3Mg8球化剂进行球化处理，球化剂加入量为1.0%~1.4%；

c、球化处理反应平稳后，补加剩余铁水前，将颗粒状的金属锑加入包内，同时在包内加入WL孕育剂和75SiFe孕育剂进行孕育处理；浇注时采用FeSiBa5孕育剂进行随流孕育，

d、孕育过的铁水在生产线浇注铸件的同时浇注基尔试块。

熔炼得到的球墨铸铁经检测，石墨球化级别3级，基体组织为95%珠光体+5%铁素体，抗拉强度787.5MPa，伸长率5.2%，硬度269HBS。

实施例2

一种高强韧球墨铸铁的制备方法，包括如下步骤：

按质量百分比配制铁水化学成分为例：3.73 %C，2.62 %Si，0.41%Mn，0.043 %P，0.018%S，0.030%Mg，0.030%RE，0.55%Cu，0.015%Sb。

a、将称量好的生铁、碳素废钢、球铁回炉料、锰铁等加入感应电炉内熔炼铁水，出炉温度控制在1500-1550℃。

b、选用稀土含量较低的FeSiRE3Mg8球化剂进行球化处理，球化剂加入量为1.0%~1.4%；

c、球化处理反应平稳后，补加剩余铁水前，将颗粒状的金属锑加入包内，同时在包内加入WL孕育剂和75SiFe孕育剂进行孕育处理；浇注时采用FeSiBa5孕育剂进行随流孕育，

d、孕育过的铁水在生产线浇注铸件的同时浇注基尔试块。

熔炼得到的球墨铸铁经检测，石墨球化级别3级，基体组织为90%珠光体+10%铁素体，抗拉强度779.5MPa，伸长率3.5%，硬度265HBS。

实施例3

一种高强韧球墨铸铁的制备方法，包括如下步骤：

按质量百分比配制铁水化学成分为例：3.83%C，2.27%Si，0.45%Mn，0.042 %P，0.019%S，0.04%Mg，0.027%RE，0.526%Cu，0.016%Sb。

a、将称量好的生铁、碳素废钢、球铁回炉料、锰铁等加入感应电炉内熔炼铁水，出炉温度控制在1500-1550℃。

b、选用稀土含量较低的FeSiRE3Mg8球化剂进行球化处理，球化剂加入量为1.0%~1.4%；

c、球化处理反应平稳后，补加剩余铁水前，将颗粒状的金属锑加入包内，同时在包内加入WL孕育剂和75SiFe孕育剂进行孕育处理；浇注时采用FeSiBa5孕育剂进行随流孕育，

d、孕育过的铁水在生产线浇注铸件的同时浇注基尔试块。

熔炼得到的球墨铸铁经检测，石墨球化级别3级，基体组织为70%珠光体+30%铁素体，抗拉强度745.1MPa，伸长率3.0%，硬度250HBS。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (1)

1.一种高强度球墨铸铁的生产方法，其特征在于，先按照质量百分比配制铁水化学成分为例：3.81%C，2.26%Si，0.42%Mn，0.045 %P，0.020%S，0.048%Mg，0.027%RE，0.505%Cu，0.012%Sb，余量为Fe及不可避免的少量杂质；所述的生产方法包括以下步骤：

a、将称量好的生铁、碳素废钢、球铁回炉料、锰铁加入感应电炉内熔炼铁水，出炉温度控制在1500-1550℃；

b、选用稀土含量较低的FeSiRE3Mg8球化剂进行球化处理，球化剂加入量为1.0%～1.4%；

c、球化处理反应平稳后，补加剩余铁水前，将颗粒状的金属锑加入包内，同时在包内加入WL孕育剂和75SiFe孕育剂进行孕育处理；浇注时采用FeSiBa5孕育剂进行随流孕育；

d、孕育过的铁水在生产线浇注铸件的同时浇注基尔试块；

熔炼得到的球墨铸铁经检测，石墨球化级别3级，基体组织为95%珠光体+5%铁素体，抗拉强度787.5MPa，伸长率5.2%，硬度269HBS。