CN105714184A - 一种高强度高韧性的球墨铸铁材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度高韧性的球墨铸铁材料，按照重量百分比的原料组成如下：C 2.953.12%、Si 1.82.2%、Mn 0.60.9%、P ≤0.05%、S ≤0.03%、Cr 0.91.3%、Mo 1.52.0%、Mg 0.150.21%、Ce 0.020.04%、Ni 3.23.6%、Sn 0.060.10%、Nb 0.040.06%，余量为Fe。本发明还提供了所述高强度高韧性的球墨铸铁材料的制备方法。本发明制备的球墨铸铁材料抗拉强度为483520Mpa，屈服强度为325358Mpa，伸长率为14.616.8%，表面硬度为167175HBW，力学性能表现优异，能够满足市场对于球墨铸铁材料日益提高的性能需求，另外，本发明制备方法工艺简单、容易实现，有利于大范围推广。

Description

一种高强度高韧性的球墨铸铁材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及球墨铸铁材料领域，具体是一种高强度高韧性的球墨铸铁材料及其制备方法。
背景技术
球墨铸铁是20世纪五十年代发展起来的一种高强度铸铁材料，其综合性能接近于钢，正是基于其优异的性能，已成功地用于铸造一些受力复杂，强度、韧性、耐磨性要求较高的零件。球墨铸铁已迅速发展为仅次于灰铸铁的、应用十分广泛的铸铁材料。所谓“以铁代钢”，主要指球墨铸铁。随着时代的发展，科学技术越来越先进，对一些基础行业和材料也逐步提出了新的更高的要求，例如轨道交通业、风电行业都对球墨铸铁的性能提出了更高的要求。现有的球墨铸铁的性能已逐渐无法满足日益提高的市场需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度高韧性的球墨铸铁材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种高强度高韧性的球墨铸铁材料，按照重量百分比的原料组成如下：C 2.95-3.12%、Si 1.8-2.2%、Mn 0.6-0.9%、P ≤0.05%、S ≤0.03%、Cr 0.9-1.3%、Mo 1.5-2.0%、Mg 0.15-0.21%、Ce 0.02-0.04%、Ni 3.2-3.6%、Sn 0.06-0.10%、Nb 0.04-0.06%，余量为Fe。
作为本发明进一步的方案：按照重量百分比的原料组成如下：C 2.98-3.10%、Si 1.9-2.1%、Mn 0.7-0.8%、P ≤0.04%、S ≤0.02%、Cr 0.95-1.2%、Mo 1.7-1.9%、Mg 0.16-0.19%、Ce 0.03-0.04%、Ni 3.3-3.5%、Sn 0.07-0.08%、Nb 0.05-0.06%，余量为Fe。
作为本发明再进一步的方案：按照重量百分比的原料组成如下：C 3.05%、Si 1.98%、Mn 0.75%、P 0.02%、S 0.01%、Cr 1.1%、Mo 1.8%、Mg 0.17%、Ce 0.04%、Ni 3.4%、Sn 0.07%、Nb 0.06%、Fe 87.55%。
所述高强度高韧性的球墨铸铁材料的制备方法，步骤如下：
1）按照配比称取各原料，加热熔融后获得铁液，铁液的出炉温度为1520-1530℃；
2）以包内冲入法加入铁液质量1.2-1.4%的镍镁合金球化剂，对铁液进行球化处理，球化温度为1410-1430℃；
3）以随流孕育的方式加入铁液质量0.2-0.3%的硅铁孕育剂，对铁液进行孕育化处理；
4）球化、孕育处理完毕后，扒渣2-3次，保证铁液温度在1370-1390℃浇铸完毕，铸件保温10-15小时后开箱清理打磨；
5）将打磨后的铸件升温至960-980℃，保温2-3h，进行退火处理，然后出炉空冷至200℃以下，再升温至650-700℃进行回火处理，保温1-2h，出炉空冷至室温，获得高强度高韧性的球墨铸铁材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明制备的球墨铸铁材料抗拉强度为483-520Mpa，屈服强度为325-358Mpa，伸长率为14.6-16.8%，表面硬度为167-175HBW，力学性能表现优异，能够满足市场对于球墨铸铁材料日益提高的性能需求。本发明制备方法工艺简单、容易实现，有利于大范围推广。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
实施例1
一种高强度高韧性的球墨铸铁材料，按照重量百分比的原料组成如下：C 2.95%、Si 1.8%、Mn 0.6%、P 0.01%、S 0.01%、Cr 0.9%、Mo 1.5%、Mg 0.15%、Ce 0.02%、Ni 3.2%、Sn 0.06%、Nb 0.04%、Fe 88.76%。
本实施例中所述高强度高韧性的球墨铸铁材料的制备方法，步骤如下：
1）按照配比称取各原料，加热熔融后获得铁液，铁液的出炉温度为1520℃；
2）以包内冲入法加入铁液质量1.2%的镍镁合金球化剂，对铁液进行球化处理，球化温度为1410℃；
3）以随流孕育的方式加入铁液质量0.2%的硅铁孕育剂，对铁液进行孕育化处理；
4）球化、孕育处理完毕后，扒渣2次，保证铁液温度在1370℃浇铸完毕，铸件保温10小时后开箱清理打磨；
5）将打磨后的铸件升温至960℃，保温2h，进行退火处理，然后出炉空冷至180℃，再升温至650℃进行回火处理，保温1h，出炉空冷至室温，获得高强度高韧性的球墨铸铁材料。
实施例2
一种高强度高韧性的球墨铸铁材料，按照重量百分比的原料组成如下：C 3.12%、Si 2.2%、Mn 0.9%、P 0.05%、S 0.03%、Cr 1.3%、Mo 2.0%、Mg 0.21%、Ce 0.04%、Ni 3.6%、Sn 0.10%、Nb 0.06%、Fe 86.39%。
本实施例中所述高强度高韧性的球墨铸铁材料的制备方法，步骤如下：
1）按照配比称取各原料，加热熔融后获得铁液，铁液的出炉温度为1530℃；
2）以包内冲入法加入铁液质量1.4%的镍镁合金球化剂，对铁液进行球化处理，球化温度为1430℃；
3）以随流孕育的方式加入铁液质量0.3%的硅铁孕育剂，对铁液进行孕育化处理；
4）球化、孕育处理完毕后，扒渣3次，保证铁液温度在1390℃浇铸完毕，铸件保温15小时后开箱清理打磨；
5）将打磨后的铸件升温至980℃，保温3h，进行退火处理，然后出炉空冷至195℃，再升温至700℃进行回火处理，保温2h，出炉空冷至室温，获得高强度高韧性的球墨铸铁材料。
实施例3
一种高强度高韧性的球墨铸铁材料，按照重量百分比的原料组成如下：C 3.05%、Si 1.98%、Mn 0.75%、P 0.02%、S 0.01%、Cr 1.1%、Mo 1.8%、Mg 0.17%、Ce 0.04%、Ni 3.4%、Sn 0.07%、Nb 0.06%、Fe 87.55%。
本实施例中所述高强度高韧性的球墨铸铁材料的制备方法，步骤如下：
1）按照配比称取各原料，加热熔融后获得铁液，铁液的出炉温度为1525℃；
2）以包内冲入法加入铁液质量1.3%的镍镁合金球化剂，对铁液进行球化处理，球化温度为1420℃；
3）以随流孕育的方式加入铁液质量0.25%的硅铁孕育剂，对铁液进行孕育化处理；
4）球化、孕育处理完毕后，扒渣3次，保证铁液温度在1380℃浇铸完毕，铸件保温12小时后开箱清理打磨；
5）将打磨后的铸件升温至970℃，保温2.5h，进行退火处理，然后出炉空冷至185℃，再升温至670℃进行回火处理，保温1.5h，出炉空冷至室温，获得高强度高韧性的球墨铸铁材料。
实施例4
一种高强度高韧性的球墨铸铁材料，按照重量百分比的原料组成如下：C 3.12%、Si 1.8%、Mn 0.8%、P 0.02%、S 0.03%、Cr 1.3%、Mo 1.5%、Mg 0.18%、Ce 0.04%、Ni 3.4%、Sn 0.09%、Nb 0.06%、Fe 87.66%。
本实施例中所述高强度高韧性的球墨铸铁材料的制备方法，步骤如下：
1）按照配比称取各原料，加热熔融后获得铁液，铁液的出炉温度为1520℃；
2）以包内冲入法加入铁液质量1.4%的镍镁合金球化剂，对铁液进行球化处理，球化温度为1420℃；
3）以随流孕育的方式加入铁液质量0.2%的硅铁孕育剂，对铁液进行孕育化处理；
4）球化、孕育处理完毕后，扒渣2次，保证铁液温度在1390℃浇铸完毕，铸件保温14小时后开箱清理打磨；
5）将打磨后的铸件升温至970℃，保温3h，进行退火处理，然后出炉空冷至150℃，再升温至660℃进行回火处理，保温1h，出炉空冷至室温，获得高强度高韧性的球墨铸铁材料。
实施例5
一种高强度高韧性的球墨铸铁材料，按照重量百分比的原料组成如下：C 3.1%、Si 1.9%、Mn 0.9%、P 0.03%、S 0.01%、Cr 1.3%、Mo 1.5%、Mg 0.18%、Ce 0.03%、Ni 3.6%、Sn 0.10%、Nb 0.05%、Fe 87.3%。
本实施例中所述高强度高韧性的球墨铸铁材料的制备方法，步骤如下：
1）按照配比称取各原料，加热熔融后获得铁液，铁液的出炉温度为1530℃；
2）以包内冲入法加入铁液质量1.4%的镍镁合金球化剂，对铁液进行球化处理，球化温度为1420℃；
3）以随流孕育的方式加入铁液质量0.2%的硅铁孕育剂，对铁液进行孕育化处理；
4）球化、孕育处理完毕后，扒渣2次，保证铁液温度在1380℃浇铸完毕，铸件保温12小时后开箱清理打磨；
5）将打磨后的铸件升温至980℃，保温3h，进行退火处理，然后出炉空冷至170℃，再升温至690℃进行回火处理，保温2h，出炉空冷至室温，获得高强度高韧性的球墨铸铁材料。
本发明制备的球墨铸铁材料制成试棒，进行性能试验，其抗拉强度为483-520Mpa，屈服强度为325-358Mpa，伸长率为14.6-16.8%，表面硬度为167-175HBW。
本发明制备的球墨铸铁材料的力学性能优异，能够满足市场对于球墨铸铁材料日益提高的性能需求。本发明制备方法工艺简单、容易实现，有利于大范围推广。
上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (4)

1.一种高强度高韧性的球墨铸铁材料，其特征在于，按照重量百分比的原料组成如下：C 2.95-3.12%、Si 1.8-2.2%、Mn 0.6-0.9%、P ≤0.05%、S ≤0.03%、Cr 0.9-1.3%、Mo 1.5-2.0%、Mg 0.15-0.21%、Ce 0.02-0.04%、Ni 3.2-3.6%、Sn 0.06-0.10%、Nb 0.04-0.06%，余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的高强度高韧性的球墨铸铁材料，其特征在于，按照重量百分比的原料组成如下：C 2.98-3.10%、Si 1.9-2.1%、Mn 0.7-0.8%、P ≤0.04%、S ≤0.02%、Cr 0.95-1.2%、Mo 1.7-1.9%、Mg 0.16-0.19%、Ce 0.03-0.04%、Ni 3.3-3.5%、Sn 0.07-0.08%、Nb 0.05-0.06%，余量为Fe。
3.根据权利要求2所述的高强度高韧性的球墨铸铁材料，其特征在于，按照重量百分比的原料组成如下：C 3.05%、Si 1.98%、Mn 0.75%、P 0.02%、S 0.01%、Cr 1.1%、Mo 1.8%、Mg 0.17%、Ce 0.04%、Ni 3.4%、Sn 0.07%、Nb 0.06%、Fe 87.55%。
4.一种如权利要求1-3任一所述的高强度高韧性的球墨铸铁材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：
1）按照配比称取各原料，加热熔融后获得铁液，铁液的出炉温度为1520-1530℃；
2）以包内冲入法加入铁液质量1.2-1.4%的镍镁合金球化剂，对铁液进行球化处理，球化温度为1410-1430℃；
3）以随流孕育的方式加入铁液质量0.2-0.3%的硅铁孕育剂，对铁液进行孕育化处理；
4）球化、孕育处理完毕后，扒渣2-3次，保证铁液温度在1370-1390℃浇铸完毕，铸件保温10-15小时后开箱清理打磨；
5）将打磨后的铸件升温至960-980℃，保温2-3h，进行退火处理，然后出炉空冷至200℃以下，再升温至650-700℃进行回火处理，保温1-2h，出炉空冷至室温，获得高强度高韧性的球墨铸铁材料。
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