CN105821287A - 一种高性能的球墨铸铁及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高性能的球墨铸铁，包括以下重量百分比的组分：3.0％～3.3％的C；3.6％～4.0％的Si；S<0.02％；P<0.03％；Mn<0.3％；0.02％～0.04％的Mg；0.01％～0.025％的RE；0.2％～0.3％的Mo；0.12％～0.15％的Ni；0.003％～0.010％的Ca，0.005％～0.010％的Ba，且0.010％≤Ca+Ba≤0.020％，Bi≤0.003％；余量为Fe以及不可避免的杂质，具有较高的强度和韧性，能够适用于大型或超大型工程设备的零部件需要。本发明还公开了一种上述球墨铸铁的制备方法。

Description

一种高性能的球墨铸铁及其制备方法

技术领域

本发明涉及球墨铸铁技术领域，尤其是涉及一种高性能的球墨铸铁及其制备方法。

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。

球墨铸铁是通过球化处理和孕育处理得到球状石墨，有效地提高了铸铁的机械性能，特别是提高了塑性和韧性，从而得到比碳钢还高的强度。

铸铁是含碳量大于2.11％的铁碳合金，由工业生铁、废钢等钢铁及其合金材料经过高温熔融和铸造成型而得到，铸铁中的碳以石墨形态析出，若析出的石墨呈条片状时的铸铁叫灰口铸铁或灰铸铁、呈蠕虫状时的铸铁叫蠕墨铸铁、呈团絮状时的铸铁叫白口铸铁或码铁、而呈球状时的铸铁就叫球墨铸铁。

目前，现有球墨铸铁的综合力学性能不太理想，尤其是强度与耐磨性随着科技进步，越来越不能满足实际工程需要，且球墨铸铁的铸造成型工艺也影响了球墨铸铁件的力学性能。

因此，如何提供一种具有高性能，尤其是高强度高韧性的球墨铸铁是目前本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种高性能的球墨铸铁，该球墨铸铁具有较高的强度和较高的韧性，且能够适用于大型或超大型起重设备、旋挖钻以及卷扬减速机的零部件需要。本发明的另一目是提供一种上述球墨铸铁的制备方法。

为解决上述的技术问题，本发明提供的技术方案为：

一种高性能的球墨铸铁，包括以下重量百分比的组分：3.0％～3.3％的C；3.6％～4.0％的Si；S<0.02％；P<0.03％；Mn<0.3％；0.02％～0.04％的Mg；0.01％～0.025％的RE；0.2％～0.3％的Mo；0.12％～0.15％的Ni；0.003％～0.010％的Ca，0.005％～0.010％的Ba，且0.010％≤Ca+Ba≤0.020％，Bi≤0.003％；余量为Fe以及不可避免的杂质。

优选的，所述Mo的重量百分比为0.22％～0.28％。

优选的，所述Ni的重量百分比为0.125％～0.145％。

优选的，所用球墨铸铁的抗拉强度σ_b≥540MPa，屈服强度σ_0.2≥400MPa，延伸率δ≥14％。

本发明提供了一种高性能的球墨铸铁，在成分配比上；通过增加Si含量，重量百分比达到了3.6％～4.0％，促进石墨化，细化铁素体，同时Si在铁基体中起到了固溶强化效果，实现了较高的强度；通过增加Mo细化了铁素体，强化了基体，改善提高了强度、硬度、韧性等综合性能；通过增加Ni强化铁素体，细化石墨，增加石墨球数量，提高球化效果，强化基体，消除了由于Si含量的增加所带来的硅脆性影响，提高了基体的韧性。本配比成分使球墨铸铁中石墨球的数量、大小、形态和分布，获得95％以上的铁素体基体和细小、均匀、弥散分布的大量球状石墨的铸态组织。本发明工艺方法简单，原料和生产成本较低，易于推广应用。

本发明还提供上述的球墨铸铁的制备方法，包括以下步骤：

1)制取目标球墨铸铁件的模样：

当所述球墨铸铁件包括内径小于等于3cm且长度大于等于10cm的空心腔结构时，所述球墨铸铁件模样包括第一模样与第二模样，所述第一模样与所述第二模样的粘结拼接面重合于所述球墨铸铁件中的空心腔结构与其余非空心腔部位的分界面；

将无规共聚聚丙烯塑料通过注塑成型方法制取所述第二模样；

将无规共聚聚丙烯塑料通过注塑成型方法制取所述第一模样，然后将所述第一模样的除了与所述第二模样拼接的端面之外的表面浸渍涂料，然后撒砂，然后烧结，在烧结的过程中所述第一模样气化失模，得到所述第一模样的型壳，所述型壳的用于与所述第二模样拼接的开口为用于使得铁水流入的开口；

将无规共聚聚丙烯塑料通过注塑成型方法制取浇道系统模样；

取一个无规共聚聚丙烯塑料件，将所述第二模样的与所述第一模样拼接的端面通过粘结连接与所述无规共聚聚丙烯塑料件的一个端面连接，将所述无规共聚聚丙烯塑料件的另一个端面插入所述型壳的开口中以将所述第二模样与所述型壳无缝隙拼接成一体件用于铸造目标球墨铸铁件；

将所述第二模样与所述浇道系统模样通过粘结连接成一体，所述浇道系统模样粘结在所述第二模样的底面上，得到包括所述第二模样、型壳以及浇道系统模样的模样一体件；

2)取一个第一箱体，将步骤1)中的模样一体件以立式放置于所述第一箱体内；

然后在所述模样一体件的外围以环绕所述模样一体件的方式从上到下铺设多个冷却盘管，每个冷却盘管具有各自独立的进口与出口，通过控制多个冷却盘管与所述模样一体件外壁的间距大小控制铁水的凝固过程；

然后设置上升液管，所述上升液管穿过且固定在所述第一箱体的下箱底上，所述浇道系统模样的自由端下端面与所述上升液管的上端开口对接，且所述浇道系统模样的自由端下端面完全遮盖所述上升液管的上端开口，密封所述上升液管与所述第一箱体下箱底的连接处；

然后设置真空抽吸管，所述真空抽吸管穿过且固定在所述第一箱体的侧箱壁上，所述真空抽吸管的一端与所述模样一体件间隔一定距离，所述真空抽吸管的另一端露在所述第一箱体的外面且与真空系统连通，密封所述真空抽吸管与所述第一箱体侧箱壁的连接处；

然后向所述第一箱体内填砂，然后压实，得到砂型；

然后密封整个所述第一箱体；

3)冶炼铁水，然后将铁水依次经过球化处理、一次孕育处理以及二次孕育处理，得到上述任意一项所述的铁水，然后将铁水用开口容器盛装；

4)将步骤3)中的开口容器放置在一个密闭的第二箱体内，且使得所述上升液管的下端穿过所述第二箱体的顶箱盖浸入所述开口容器中的铁水中，密封所述上升液管与所述第二箱体的连接处；

5)向所述第二箱体内吹送带压气体，同时，开启真空系统制取真空，开口容器内的铁水在带压气体的压力以及真空的抽吸力的作用下，沿上升液管流动进入砂型的型腔中，铁水从下往上充型，先把浇道系统模样与第二模样气化，然后进入型壳中的空心腔中，直至开口容器内的液面不再下降表明铁水注满整个砂型型腔，气化后的气体通过真空抽吸管被真空系统抽走，然后保持吹送气体与抽真空，直至砂型型腔内的铁水凝固；

当开口容器内的液面不再下降后，从上到下依次向每个冷却盘管中供给冷却介质以对球墨铸铁件进行冷却凝固以及实现从上到下的顺序凝固，同时，向砂型型腔中的铁水施加电磁搅拌；

6)当最下方的冷却盘管的进口处与出口处的冷却介质的温差小于3℃后，停止吹送带压气体以及抽真空，然后将所述上升液管从所述第二箱体中抽出，然后拆开所述第一箱体，然后破除砂型，敲掉所述型壳，得到球墨铸铁件。

本发明还提供了一种高性能的球墨铸铁的制备方法，以传统砂型铸造方法为基础，并做了多处改进，本发明具有以下有益的技术效果：

1)原本砂型铸造中，球墨铸铁铸件的模样多采用木模，制好砂型后，还要取出木模，为了取出木模，需要做一些专门的设计，例如：砂型至少为两层以利于后期取出木模，木模需要制作起模斜度以方便后期取出木模，等等，铸造成型后，还要机加工去除铸件上的起模斜度，费时费力，增加了生产成本，降低了生产效率，为此，本发明采用塑料模样，由于塑料模样在接触到高温的铁水的时候很容易气化，变成气体被真空系统抽走，只留下一个与球墨铸铁件结构外形相似的砂型型腔，因此，本发明中，砂型不用设置分型面，整个砂箱是一个完整的砂箱，也不用设置起模斜度，也不用设置对应于球墨铸铁件的空心腔处的型芯等等，将上述的模样一体件直接埋在填砂中就可以，省时省力，节省成本，提高了效率。

2)本发明采用注塑成型，强调采用非泡沫成型工艺，成型后得到的模样比泡沫塑料具有更高的密度与强度，可以承受后面压实填砂的过程中较大的压实力，而不至于使得第一模样、第二模样以及浇铸系统模样出现变形，而泡沫塑料在该压实力下很容易变形。

3)原本砂型铸造中，球墨铸铁件的空心腔处需要放置一个型芯以浇铸出该空心腔，由于该空心腔内径较小且长度较长，使得该型芯的制作、定位安放很不方便，很容易就将该空心腔铸造失败，即使采用上述的塑料模样，此处也需要放置一个型芯，依然存在上述的问题，为此，本发明进一步的，将整个球墨铸铁件模样在空心腔处分割成两块单独制作，第二模样就是上述的将无规共聚聚丙烯塑料通过注塑成型方法制取，第一模样是先将无规共聚聚丙烯塑料通过注塑成型方法制取，然后再在第一模样的整个表面制取型壳，该型壳是个空心壳，通过上述的无规共聚聚丙烯塑料件将第二模样与该型壳拼接在一起，浇铸的时候，铁水从下往上充型，先把第二模样气化，然后进入该型壳中的空心腔中，最终凝固得到目标铸件，如此设置，就不用再设置型芯了，就不存在上述的问题了。

4)原有砂型铸造中熔液从上往下充型，而砂型中的气体从下往上运动，使得气体被熔液压住，不易从砂型逸出的问题，造成了砂型铸造中严重的卷气与气孔问题，为此，本发明中，将模样一体件立式安放在砂型中，且所述浇道系统模样粘结在所述第二模样的底面上，使得铁水是从下往上充型，模样一体件是从下往上气化，气化后的气体也是从下往上运动，三者的方向是一致的，从而避免了上述的卷气与气孔问题。

5)现今的砂型铸造，铸件都是自然冷却，凝固后得到的铸件组织是什么样子就是什么样子，完全没有受到有目的控制，是一种完全无控的冷却凝固，得到的凝固组织多存在偏析、缩孔、缩松、冷隔、晶粒粗大等缺陷，严重影响了铸件的力学性能，为此，本发明，在砂型中预先埋入冷却盘管，通过控制多个冷却盘管与所述模样一体件外壁的间距大小控制铁水的凝固过程，且选择合适的开始供给冷却介质的时机，且控制多个冷却盘管中开始供给冷却介质的前后顺序，且控制每个冷却盘管中相应的冷却介质流量与压力，以实现对球墨铸铁件进行强制冷却凝固，提高冷却速速，以抑制晶粒长大，得到细化晶粒，通过细晶强化显著地提高了铸件的强度和韧性等力学性能，以及实现从上到下的顺序凝固，铸件的上部先冷却，然后逐渐向下凝固，然后铸件的底部凝固，最后是浇铸系统凝固，显著减少了原有砂型铸造中的缩孔、缩松以及冷隔问题，提高了铸件质量。由于第一箱体中砂型具有较大的透气性，塑料气化后的气体以及充型过程中外界进入密闭的第一箱体内的空气会在第一箱体内流动，作为一种传热介质，通过流动将充型铁水的热量传递给冷却盘管中的冷却介质，实现上述冷却盘管的强制冷却作用，提高铸件的组织性能。

6)传统砂型铸造中，熔液完全是凭借自身的重力流动充型，很容易出现浇不足、冷隔、缩孔、缩松等问题，为此，本发明，采用带压气体的压力以及真空的抽吸力共同作用将铁水注满整个砂型型腔，并在完全凝固前，保持吹送气体与抽真空，使得铁水始终以一个压力注满砂型型腔，并随之冷却，显著地减少了浇不足、冷隔、缩孔、缩松等质量问题。

7)本发明设置电磁搅拌，而非电磁振动，电磁搅拌只是搅拌液态熔液，只对能够产生磁性的球墨铸铁起作用，电磁搅拌可以打碎树枝晶、细化晶粒以及减小偏析等等，而电磁振动是对整个第一箱体产生作用，显而易见地，振动容易破坏已做好的砂型，且破坏上升液管以及真空抽吸管等与第一箱体的连接处的密封，破坏第一箱体内的真空等等。

附图说明

图1为本发明实施例提供的卷筒的主视图；

图2为图1的后视图；

图3为图1的中心剖面结构视图；

图4为图3中的A-A面剖面视图；

图5为图3中的B-B面剖面视图；

图6为本发明中卷筒模样包括的上模样与下模样的拼接线位置示意图；

图7为本发明中上模样的剖面结构示意图；

图8为本发明中下模样的剖面结构示意图。

图中：1卷筒，101卷筒本体，102上挡盘，103下挡盘，104楔子孔部，2上模样，3下模样，4拼接线。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是进一步说明本发明的特征及优点，而不是对本发明权利要求的限制。

本发明提供了一种高性能的球墨铸铁，包括以下重量百分比的组分：3.0％～3.3％的C；3.6％～4.0％的Si；S<0.02％；P<0.03％；Mn<0.3％；0.02％～0.04％的Mg；0.01％～0.025％的RE；0.2％～0.3％的Mo；0.12％～0.15％的Ni；0.003％～0.010％的Ca，0.005％～0.010％的Ba，且0.010％≤Ca+Ba≤0.020％，Bi≤0.003％；余量为Fe以及不可避免的杂质。

在本发明的一个实施例中，所述Mo的重量百分比为0.22％～0.28％。

在本发明的一个实施例中，所述Ni的重量百分比为0.125％～0.145％。

在本发明的一个实施例中，所用球墨铸铁的抗拉强度σb≥540MPa，屈服强度σ0.2≥400MPa，延伸率δ≥14％。

现今，球墨铸铁件多采用砂型铸造方法成型，但多存在一些问题，为此，本发明还提供了一种上述的球墨铸铁的制备方法，包括以下步骤：

1)制取目标球墨铸铁件的模样：

当所述球墨铸铁件包括内径小于等于3cm且长度大于等于10cm的空心腔结构时，所述球墨铸铁件模样包括第一模样与第二模样，所述第一模样与所述第二模样的粘结拼接面穿过所述球墨铸铁件中的空心腔结构与其余非空心腔部位的分界面；

例如：如图1—图5所示，为球墨铸铁材质的卷筒，所述卷筒1包括空心筒状的卷筒本体101、上挡盘102、下挡盘103以及位于卷筒本体101一端内侧的楔子孔部104；楔子孔部104包括一个壁厚较大但空心内径较小的空心腔结构；此时，制作的卷筒模样包括上模样2与下模样3，所述上模样2与所述下模样3的粘结连接面重合于所述卷筒本体101的径向截面且穿过所述楔子孔部104的下外侧面；如图6所示，图中虚线即为上模样2与下模样3的粘结的拼接线4；

上述的第二模样以及第一模样与其真实物的外形结构相似，只是存在补偿铸件凝固过程中收缩率的放大比例，且不存在传统砂型铸造中的起模斜度；

将无规共聚聚丙烯塑料通过注塑成型方法制取所述第二模样；

将无规共聚聚丙烯塑料通过注塑成型方法制取所述第一模样，然后将所述第一模样的除了与所述第二模样拼接的端面之外的表面浸渍涂料，然后撒砂，然后烧结，在烧结的过程中所述第一模样气化失模，得到所述第一模样的型壳，所述型壳的用于与所述第二模样拼接的开口为用于使得铁水流入的开口；

将无规共聚聚丙烯塑料通过注塑成型方法制取浇道系统模样；优选的，浇道系统模样为实心竖直柱状；

取一个无规共聚聚丙烯塑料件，将所述第二模样的与所述第一模样拼接的端面通过粘结连接与所述无规共聚聚丙烯塑料件的一个端面连接，将所述无规共聚聚丙烯塑料件的另一个端面插入所述型壳的开口中以将所述第二模样与所述型壳无缝隙拼接成一体件用于铸造目标球墨铸铁件；例如：取一个无规共聚聚丙烯塑料环，将所述下模样的上环状端面与所述无规共聚聚丙烯塑料环的下环状端面粘结连接，且将无规共聚聚丙烯塑料环的上环状端面插入所述型壳的环状开口中，且使得所述下模样的上环状端面与所述型壳的下环状端面无缝隙拼接以将所述下模样与所述型壳拼接成一体用于铸造上述卷筒；

将所述第二模样与所述浇道系统模样通过粘结连接成一体，所述浇道系统模样粘结在所述第二模样的底面上，得到包括所述第二模样、型壳以及浇道系统模样的模样一体件；优选的，通过热熔胶粘结连接；

上述的无规共聚聚丙烯塑料为以无规共聚聚丙烯为主，添加稳定剂、润滑剂、增塑剂等制成的塑料。本发明对上述无规共聚聚丙烯塑料的配方没有特殊限制，采用本技术领域内的常规配方即可；

本发明采用注塑成型，强调采用非泡沫成型工艺，成型后得到的模样比泡沫塑料具有更高的密度与强度，可以承受后面压实填砂的过程中较大的压实力，而不至于使得第一模样、第二模样以及浇铸系统模样出现变形，而泡沫塑料在该压实力下很容易变形；

原本砂型铸造中，球墨铸铁件模样多采用木模，制好砂型后，还要取出木模，为了取出木模，需要做一些专门的设计，例如：砂型至少为两层以利于后期取出木模，木模需要制作起模斜度以方便后期取出木模，等等，铸造成型后，还要机加工去除铸件上的起模斜度，费时费力，增加了生产成本，降低了生产效率，为此，本发明采用塑料模样，由于塑料模样在接触到高温的铁水的时候很容易气化，变成气体被真空系统抽走，只留下一个与铸件结构外形相似的砂型型腔，因此，本发明中，砂型不用设置分型面，整个砂箱是一个完整的砂箱，也不用设置起模斜度，也不用设置对应于球墨铸铁件的空心腔处的型芯等等，将上述的模样一体件直接埋在填砂中就可以，省时省力，节省成本，提高了效率；

原本砂型铸造中，球墨铸铁件的空心腔处需要放置一个型芯以浇铸出该空心腔，由于该空心腔内径较小且长度较长，使得该型芯的制作、定位安放很不方便，很容易就将该空心腔铸造失败，即使采用上述的塑料模样，此处也需要放置一个型芯，依然存在上述的问题，为此，本发明进一步的，将整个球墨铸铁件模样在空心腔处分割成两块单独制作，第二模样就是上述的将无规共聚聚丙烯塑料通过注塑成型方法制取，第一模样是先将无规共聚聚丙烯塑料通过注塑成型方法制取，然后再在第一模样的整个表面制取型壳，该型壳是个空心壳，通过上述的无规共聚聚丙烯塑料件将第二模样与该型壳拼接在一起，浇铸的时候，铁水从下往上充型，先把第二模样气化，然后进入该型壳中的空心腔中，最终凝固得到目标铸件，如此设置，就不用再设置型芯了，就不存在上述的问题了。本发明对上述型壳的制备原料以及制备方法没有特殊限制，采用本领域内的常规原料与方法即可；

2)取一个第一箱体，将步骤1)中的模样一体件以立式放置于所述第一箱体内；

原有砂型铸造中熔液从上往下充型，而砂型中的气体从下往上运动，使得气体被熔液压住，不易从砂型逸出的问题，造成了砂型铸造中严重的卷气与气孔问题，为此，本发明中，将模样一体件立式安放在砂型中，且所述浇道系统模样粘结在所述第二模样的底面上，使得铁水是从下往上充型，模样一体件是从下往上气化，气化后的气体也是从下往上运动，三者的方向是一致的，从而避免了上述的卷气与气孔问题；

然后在所述模样一体件的外围以环绕所述模样一体件的方式从上到下铺设多个冷却盘管，每个冷却盘管具有各自独立的进口与出口，通过控制多个冷却盘管与所述模样一体件外壁的间距大小控制铁水的凝固过程；

现今的砂型铸造，铸件都是自然冷却，凝固后得到的铸件组织是什么样子就是什么样子，完全没有受到有目的控制，是一种完全无控的冷却凝固，得到的凝固组织多存在偏析、缩孔、缩松、冷隔、晶粒粗大等缺陷，严重影响了铸件的力学性能，为此，本发明，在砂型中预先埋入冷却盘管，通过控制多个冷却盘管与所述模样一体件外壁的间距大小控制铁水的凝固过程，且选择合适的开始供给冷却介质的时机，且控制多个冷却盘管中开始供给冷却介质的前后顺序，且控制每个冷却盘管中相应的冷却介质流量与压力，以实现对球墨铸铁件进行强制冷却凝固，提高冷却速速，以抑制晶粒长大，得到细化晶粒，通过细晶强化显著地提高了铸件的强度和韧性等力学性能，以及实现从上到下的顺序凝固，铸件的上部先冷却，然后逐渐向下凝固，然后铸件的底部凝固，最后是浇铸系统凝固，显著减少了原有砂型铸造中的缩孔、缩松以及冷隔问题，提高了铸件质量；由于第一箱体中砂型具有较大的透气性，塑料气化后的气体以及充型过程中外界进入密闭的第一箱体内的空气会在第一箱体内流动，作为一种传热介质，通过流动将充型铁水的热量传递给冷却盘管中的冷却介质，实现上述冷却盘管的强制冷却作用，提高铸件的组织性能；

然后设置上升液管，所述上升液管穿过且固定在所述第一箱体的下箱底上，所述浇道系统模样的自由端下端面与所述上升液管的上端开口对接，且所述浇道系统模样的自由端下端面完全遮盖所述上升液管的上端开口，密封所述上升液管与所述第一箱体下箱底的连接处；

然后设置真空抽吸管，所述真空抽吸管穿过且固定在所述第一箱体的侧箱壁上，所述真空抽吸管的一端与所述模样一体件间隔一定距离，所述真空抽吸管的另一端露在所述第一箱体的外面且与真空系统连通，密封所述真空抽吸管与所述第一箱体侧箱壁的连接处；

然后向所述第一箱体内填砂，然后压实，得到砂型；该砂型与传统砂型铸造过程中的砂型的用砂种类、制作方法等等相同，本发明对此没有特殊限制，采用现有技术中的即可；

然后密封整个所述第一箱体以配合上述的真空系统抽取真空；此处的真空意指整个第一箱体内都是负压真空，由于本发明采用传统砂型铸造中的砂型，该砂型具有较高的透气性，可以使得上述的塑料气体以及原本的空气流通，并最终通过真空抽吸管被真空系统抽走；

3)冶炼铁水，然后将铁水依次经过球化处理、一次孕育处理以及二次孕育处理，得到上述的铁水，然后将铁水用开口容器盛装；

4)将步骤3)中的开口容器放置在一个密闭的第二箱体内，且使得所述上升液管的下端穿过所述第二箱体的顶箱盖浸入所述开口容器中的铁水中，密封所述上升液管与所述第二箱体的连接处；

5)向所述第二箱体内吹送带压气体，同时，开启真空系统制取真空，开口容器内的铁水在带压气体的压力以及真空的抽吸力的作用下，沿上升液管流动进入砂型的型腔中，铁水从下往上充型，先把浇道系统模样与第二模样气化，然后进入型壳中的空心腔中，直至开口容器内的液面不再下降表明铁水注满整个砂型型腔，气化后的气体通过真空抽吸管被真空系统抽走，然后保持吹送气体与抽真空，直至砂型型腔内的铁水凝固；

传统砂型铸造中，熔液完全是凭借自身的重力流动充型，很容易出现浇不足、冷隔、缩孔、缩松等问题，为此，本发明，采用带压气体的压力以及真空的抽吸力共同作用将铁水注满整个砂型型腔，并在完全凝固前，保持吹送气体与抽真空，使得铁水始终以一个压力注满砂型型腔，并随之冷却，显著地减少了浇不足、冷隔、缩孔、缩松等质量问题；

当开口容器内的液面不再下降后，从上到下依次向每个冷却盘管中供给冷却介质以对球墨铸铁件进行冷却凝固以及实现从上到下的顺序凝固，优选的，冷却介质为水；

同时，向砂型型腔中的铁水施加电磁搅拌；

此处为电磁搅拌，而非电磁振动，电磁搅拌只是搅拌液态熔液，只对能够产生磁性的球墨铸铁起作用，电磁搅拌可以打碎树枝晶、细化晶粒以及减小偏析等等，而电磁振动是对整个第一箱体产生作用，显而易见地，振动容易破坏已做好的砂型，且破坏上升液管以及真空抽吸管等与第一箱体的连接处的密封，破坏第一箱体内的真空等等；

6)当最下方的冷却盘管的进口处与出口处的冷却介质的温差小于3℃后，停止吹送带压气体以及抽真空，然后将所述上升液管从所述第二箱体中抽出，然后拆开所述第一箱体，然后破除砂型，敲掉所述型壳，得到球墨铸铁件；然后继续后续的处理，例如热处理；

传统的砂型铸造中，什么时候开箱全凭个人经验，容易判断失误，而本发明以最下方的冷却盘管的进口处与出口处的冷却介质的温差作为开箱判断标准，当该温差小于3℃后，表明铸件的底部的温度已降至较低，可以开箱，提供了一种从无到有的、且更为直观方便的判断方法。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对于这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说是显而易见的，本文所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。

Claims (5)

1.一种高性能的球墨铸铁，其特征在于，包括以下重量百分比的组分：3.0％～3.3％的C；3.6％～4.0％的Si；S<0.02％；P<0.03％；Mn<0.3％；0.02％～0.04％的Mg；0.01％～0.025％的RE；0.2％～0.3％的Mo；0.12％～0.15％的Ni；0.003％～0.010％的Ca，0.005％～0.010％的Ba，且0.010％≤Ca+Ba≤0.020％，Bi≤0.003％；余量为Fe以及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的球墨铸铁，其特征在于，所述Mo的重量百分比为0.22％～0.28％。

3.根据权利要求1所述的球墨铸铁，其特征在于，所述Ni的重量百分比为0.125％～0.145％。

4.根据权利要求1所述的球墨铸铁，其特征在于，所用球墨铸铁的抗拉强度σ_b≥540MPa，屈服强度σ_0.2≥400MPa，延伸率δ≥14％。

5.一种权利要求1～4任意一项所述的球墨铸铁的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)制取目标球墨铸铁件的模样：

当所述球墨铸铁件包括内径小于等于3cm且长度大于等于10cm的空心腔结构时，所述球墨铸铁件模样包括第一模样与第二模样，所述第一模样与所述第二模样的粘结拼接面重合于所述球墨铸铁件中的空心腔结构与其余非空心腔部位的分界面；

将无规共聚聚丙烯塑料通过注塑成型方法制取所述第二模样；

将无规共聚聚丙烯塑料通过注塑成型方法制取所述第一模样，然后将所述第一模样的除了与所述第二模样拼接的端面之外的表面浸渍涂料，然后撒砂，然后烧结，在烧结的过程中所述第一模样气化失模，得到所述第一模样的型壳，所述型壳的用于与所述第二模样拼接的开口为用于使得铁水流入的开口；

将无规共聚聚丙烯塑料通过注塑成型方法制取浇道系统模样；

取一个无规共聚聚丙烯塑料件，将所述第二模样的与所述第一模样拼接的端面通过粘结连接与所述无规共聚聚丙烯塑料件的一个端面连接，将所述无规共聚聚丙烯塑料件的另一个端面插入所述型壳的开口中以将所述第二模样与所述型壳无缝隙拼接成一体件用于铸造目标球墨铸铁件；

将所述第二模样与所述浇道系统模样通过粘结连接成一体，所述浇道系统模样粘结在所述第二模样的底面上，得到包括所述第二模样、型壳以及浇道系统模样的模样一体件；

2)取一个第一箱体，将步骤1)中的模样一体件以立式放置于所述第一箱体内；

然后在所述模样一体件的外围以环绕所述模样一体件的方式从上到下铺设多个冷却盘管，每个冷却盘管具有各自独立的进口与出口，通过控制多个冷却盘管与所述模样一体件外壁的间距大小控制铁水的凝固过程；

然后设置上升液管，所述上升液管穿过且固定在所述第一箱体的下箱底上，所述浇道系统模样的自由端下端面与所述上升液管的上端开口对接，且所述浇道系统模样的自由端下端面完全遮盖所述上升液管的上端开口，密封所述上升液管与所述第一箱体下箱底的连接处；

然后设置真空抽吸管，所述真空抽吸管穿过且固定在所述第一箱体的侧箱壁上，所述真空抽吸管的一端与所述模样一体件间隔一定距离，所述真空抽吸管的另一端露在所述第一箱体的外面且与真空系统连通，密封所述真空抽吸管与所述第一箱体侧箱壁的连接处；

然后向所述第一箱体内填砂，然后压实，得到砂型；

然后密封整个所述第一箱体；

3)冶炼铁水，然后将铁水依次经过球化处理、一次孕育处理以及二次孕育处理，得到权利要求1～4任意一项所述的铁水，然后将铁水用开口容器盛装；

4)将步骤3)中的开口容器放置在一个密闭的第二箱体内，且使得所述上升液管的下端穿过所述第二箱体的顶箱盖浸入所述开口容器中的铁水中，密封所述上升液管与所述第二箱体的连接处；

5)向所述第二箱体内吹送带压气体，同时，开启真空系统制取真空，开口容器内的铁水在带压气体的压力以及真空的抽吸力的作用下，沿上升液管流动进入砂型的型腔中，铁水从下往上充型，先把浇道系统模样与第二模样气化，然后进入型壳中的空心腔中，直至开口容器内的液面不再下降表明铁水注满整个砂型型腔，气化后的气体通过真空抽吸管被真空系统抽走，然后保持吹送气体与抽真空，直至砂型型腔内的铁水凝固；

当开口容器内的液面不再下降后，从上到下依次向每个冷却盘管中供给冷却介质以对球墨铸铁件进行冷却凝固以及实现从上到下的顺序凝固，同时，向砂型型腔中的铁水施加电磁搅拌；

6)当最下方的冷却盘管的进口处与出口处的冷却介质的温差小于3℃后，停止吹送带压气体以及抽真空，然后将所述上升液管从所述第二箱体中抽出，然后拆开所述第一箱体，然后破除砂型，敲掉所述型壳，得到球墨铸铁件。