CN105861917A - 一种熔模精密铸造铸态高性能球铁qt600-10的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种熔模精密铸造铸态球墨铸铁QT600‑10的生产方法，其基体为铁素体与珠光体混合物，其中珠光体含量为35%～55%，球化级别1级～2级，石墨大小6级～7级，材料最终化学成分按质量百分比为：C:3.3‑3.6,Si:2.8‑3.0，Mn：0.2‑0.4，P:≤0.035，S：≤0.02，Cu：0.4‑0.6，Mg：0.035‑0.055，RE：0.02‑0.04，余量为Fe；采用堤坝式球化处理和三次孕育方式。生产的铸态混合基体球墨铸铁QT600‑10，满足抗拉强度Rm≥600MPa,断后伸长率A≥10%。结合熔模精密铸造生产方式，型壳浇注后冷却方式控制实现熔模精密铸造工艺生产高强高韧性球铁，用于汽车零部件通过近净成型工艺实现轻量化设计开发与生产。

Description

一种熔模精密铸造铸态高性能球铁QT600-10的生产方法

技术领域

本发明属于高性能金属材料领域，涉及熔模铸造高性能球墨铸铁件的生产，具体是一种熔模精密铸造铸态高性能球铁QT600-10的生产方法。

背景技术

为减少振动，提高乘用车驾乘舒适性，同时降低整车质量，改善汽车铸件零件性能，越来越多乘用车主机厂愿意利用球铁材质，结合熔模精密铸造这种近净成型工艺对一些铸钢件、铸铝件进行结构轻量化再设计。

但普通铸态球墨铸铁如QT400-18、QT450-10、QT500-7、 QT600-3、QT700-2等牌号其抗拉强度、延伸率等综合性能无法与常用的汽车零部件铸钢ZGD310-570相提并论。而QT600-10，则具有较好的抗拉强度和延伸性，利用精密铸造工艺生产QT600-10零件代替原普通铸造ZGD310-570产品，一方面能促进铸件毛坯轻量化再设计，同时降低缩松缩孔出现，提高抗震性，改善产品使用性能；另一方面球铁QT600-10采用铸态工艺生产，相比铸钢ZGD310-570毛坯加正火或退火热处理工艺而言，能降低能耗，缩短生产周期。

熔模精密铸造相比砂型铸造、壳型铸造等普通铸造工艺有较大差别；熔模精密铸造一般为红壳浇注，浇注时模壳温度600℃～900℃，远高于砂型、壳型温度；另外熔模铸造型壳厚度一般为8mm～12mm,又远低于砂型、壳型厚度。

已公开的相关专利“申请号201410230659.6一种高强韧球墨铸铁的生产方法”、“申请号201110159298.7 QT600-10球铁凸轮轴的生产方法”以及“申请号201310731458.X一种铸态铁素体基球墨铸铁QT600-10生产方法”等所述方法，在熔模精密铸造中不能稳定实现铸态QT600-10要求性能。

目前还没有熔模精密铸造生产铸态球铁QT600-10的工艺方法。

发明内容

本发明的目的是结合熔模精密铸造工艺特点，生产铸态混合基体球墨铸铁QT600-10，满足抗拉强度Rm≥600MPa,断后伸长率A≥10%，特提出一种熔模精密铸造铸态高性能球铁QT600-10的生产方法。

为此本发明的技术方案为，一种熔模精密铸造铸态球墨铸铁QT600-10的生产方法，其基体为铁素体与珠光体混合物，其中珠光体含量为35%～55%，球化级别1级～2级，石墨大小6级～7级，其特征在于：材料最终化学成分按质量百分比为：C:3.3-3.6,Si:2.8-3.0，Mn：0.2-0.4，P:≤0.035，S：≤0.02，Cu：0.4-0.6，Mg：0.035-0.055，RE：0.02-0.04，余量为Fe；

为得到上述的最终球墨铸铁QT600-10，其生产方法为：

首先，熔模铸造型壳焙烧:型壳焙烧采用贯通式天然气焙烧炉焙烧型壳，型壳间焙烧时的摆放间距＞70mm，焙烧温度控制在900-950℃，焙烧时间控制在在2.5-3.5h；

第二步，铁水熔炼：采用中频感应电炉熔炼铁液，炉料选用球生铁Q10、回炉料和废钢，按质量百分比配比为：球生铁Q10 45-60%，回炉料20-30%，废钢10-15%，保证球化处理前铁液成分为：C:3.6-3.8,Si:1.6-1.8，Mn：0.2-0.4，P:≤0.035，S：≤0.02，Cu：0.4-0.6；

第三步、球化处理：采用堤坝式球化处理包，球化处理方法为冲入法，球化剂选用FeSiMg5RE1，粒度为10-30mm，不合规格的球化剂控制在5%以内，加入量为处理铁水重量的1.2%～1.4%，球化处理温度控制在1490～1530℃，球化反应时间在45～70s；

第四步、孕育处理：采用三次孕育方式。第一次孕育为球化室内孕育，选用粒度为4-8mm的FeSi75孕育剂，加入量为球化包内处理铁水重量的0.4%，随球化剂一起压包在球化室内；第二次孕育为倒包孕育，在浇包底部提前放入粒度为3-8mm的SiBaCa长效孕育剂，加入量为铁水重量的0.4%，铁水转包温度1390～1430℃；为使石墨等级稳定达到1~2级，进一步改善孕育效果，第三次采用型内孕育，选用粒度为0.4-0.8mm的SiBaCa孕育剂，孕育量为模组重量的0.2%，处理温度为浇注温度，即1360～1390℃；

第五步、型壳浇注：在进行球化处理时，型壳从焙烧炉中出炉，保证红壳浇注，型壳温度在600～850℃，浇注温度在1350～1390℃，从球化结束到浇注完毕，时间在6min以内；

第六步、型壳浇注后的模组冷却方式：在浇注完后先自然空冷10～15min后放倒模组；放倒3～5min后启动风机对着模组小车进行强制冷却，风速控制为3～5m/ s,冷却速度控制为1～2℃/s。

有益效果：

本发明的基体为铁素体与珠光体混合物，其中珠光体含量为35%～55%，球化级别1级～2级，石墨大小6级～7级，生产铸态混合基体球墨铸铁QT600-10，满足抗拉强度Rm≥600MPa,断后伸长率A≥10%。

控制模组的冷却对稳定实现熔模精铸高性能球铁QT600-10的生产至关重要；型壳间焙烧时的摆放间距＞70mm，可以改善浇注后铁水凝固时的热辐射环境；同时可以为了工艺的布局，也就是轨道转弯半径可以随意运行。

在浇注完后先自然空冷10～15min后放倒模组，保证模组上下部能均匀冷却。

采用三次孕育方式是为使石墨等级稳定达到1~2级，球铁QT600-10质量性能更加稳定。

本发明实现了熔模精密铸造工艺生产高强高韧性球铁，用于汽车零部件通过近净成型工艺实现轻量化设计开发与生产。

具体实施方式

熔模精密铸造铸态高性能球铁QT600-10生产方法,以下结合具体实例详细说明：

实施实例1（本实例采用0.5吨中频感应电炉熔炼）

1、化学成分设计，材料最终化学成分按质量百分比为：C:3.41,Si:2.82，Mn：0.22，P:0.029，S：0.006，Cu：0.45，Mg：0.047，RE：0.022，余量为Fe。

2、型壳焙烧: 型壳焙烧是熔模精密铸造工艺特有的工序，采用贯通式天然气焙烧炉焙烧型壳，模组焙烧时的摆放间距75mm，焙烧温度控制在930-950℃，焙烧时间3.5h。

3、铁水熔炼：采用中频感应电炉熔炼铁液，炉料选用球生铁（Q10）、回炉料和废钢，按质量百分比配比为：生铁52%，废钢15%，其余为对应牌号回炉料；保证球化处理前铁液成分为：C:3.7,Si:1.75，Mn：0.21，P:0.028，S：0.009，Cu：0.48。

4、球化处理：采用堤坝式球化处理包，球化处理方法为冲入法，球化剂选用FeSiMg5RE1，粒度为10-30mm，球化处理铁水重量为250Kg,球化剂加入量为3Kg,球化处理温度为1507℃，球化反应时间50s。

5、孕育处理：采用三次孕育方式：第一次孕育为球化室内孕育，选用粒度为4-8mm的FeSi75孕育剂，随球化剂一起压包在球化室内，球化包内处理铁水重量为250Kg，孕育剂加入量1Kg，处理铁水温度为1510℃；第二次孕育为倒包孕育，在浇包底部提前放入粒度为3-8mm的SiBaCa长效孕育剂，浇包内处理铁水重量为125Kg，孕育剂加入量为500g，铁水转包温度1420℃；为使石墨等级稳定达到1~2级，进一步改善孕育效果，第三次采用型内孕育，选用粒度为0.4-0.8mm的SiBaCa孕育剂，模组重量为30Kg，孕育剂加入量为60克，处理温度为1383℃。

6、浇注：在进行球化处理前，型壳从焙烧炉中出炉，型壳温度645℃，浇注温度1375℃，同炉浇注Y型试块，从球化结束到浇注完成，时间为5.5min。

7、型壳浇注后的模组冷却方式：浇注后先自然空冷12分钟后放倒模组， 5分钟后启动风机进行强制冷却，风速4.5m/s。

8、检测结果：基体组织为45%珠光体+55%的铁素体，球化1级，抗拉强度650MPa，断后伸长率15%。

实施实例2（本实例采用0.5吨中频感应电炉熔炼）

1、化学成分设计，材料最终化学成分按质量百分比为：C:3.34,Si:2.88，Mn：0.236，P:0.026，S：0.007，Cu：0.496，Mg：0.054，RE：0.024，余量为Fe。

2、型壳焙烧: 型壳焙烧是熔模精密铸造特有的工序，采用贯通式天然气焙烧炉焙烧模壳，模组焙烧时的摆放间距80mm，焙烧温度控制在930～950℃，焙烧时间3 h。

3、铁水熔炼：采用中频感应电炉熔炼铁液，炉料选用球生铁（ Q10）、回炉料和废钢，按质量百分比配比为：生铁58%，废钢17%，其余为对应牌号回炉料。球化处理前铁液成分为：C:3.65,Si:1.78，Mn：0.23，P:0.028，S：0.009，Cu：0.51。

4、球化处理：采用堤坝式球化处理包，球化处理方法为冲入法，球化剂选用FeSiMg5RE1，粒度为10-30mm，球化处理铁水重量为250Kg,球化剂加入量为3Kg,球化处理温度为1515℃，球化反应时间55s。

5、孕育处理：采用三次孕育方式，第一次孕育为球化室内孕育，选用粒度为4-8mm的FeSi75孕育剂，随球化剂一起压包在球化室内，球化包内处理铁水重量为250Kg，孕育剂加入量1Kg，处理铁水温度为1512℃；第二次孕育为倒包孕育，在浇包底部提前放入粒度为3-8mm的SiBaCa长效孕育剂，浇包内处理铁水重量为125Kg，孕育剂加入量为500g，铁水转包温度1426℃；为使石墨等级稳定达到1~2级，进一步改善孕育效果，第三次采用型内孕育，选用粒度为0.4-0.8mm的SiBaCa孕育剂，模组重量为30Kg，孕育剂加入量为60克，处理温度为1375℃。

6、浇注：在进行球化处理时，型壳从焙烧炉中出炉，模壳温度616℃，浇注温度1380℃，同炉浇注Y型试块，从球化结束到浇注完毕，时间为5.2min。

7、型壳浇铸后的模组冷却方式：浇注后先自然空冷15分钟后放倒模组， 5分钟后启动风机进行强制冷却，风速4.5m/s。

8、检测结果：基体组织为55%珠光体+45%的铁素体, 球化2级，抗拉强度645MPa，断后伸长率13.0%。

Claims (1)

1.一种熔模精密铸造铸态球墨铸铁QT600-10的生产方法，其特征在于：球墨铸铁QT600-10材料的最终化学成分按质量百分比为：C:3.3-3.6,Si:2.8-3.0，Mn：0.2-0.4，P:≤0.035，S：≤0.02，Cu：0.4-0.6，Mg：0.035-0.055，RE：0.02-0.04，余量为Fe；以上述化学成分得到熔模精密铸造铸态球墨铸铁QT600-10的基体为铁素体与珠光体混合物，其中珠光体含量为35%～55%，球化级别1级～2级，石墨大小6级～7级；

为得到上述的球墨铸铁QT600-10，其生产方法为：

首先，熔模铸造型壳焙烧:型壳焙烧采用贯通式天然气焙烧炉焙烧型壳，型壳间焙烧时的摆放间距＞70mm，焙烧温度控制在900-950℃，焙烧时间控制在在2.5-3.5h；

第二步，铁水熔炼：采用中频感应电炉熔炼铁液，炉料选用球生铁Q10、回炉料和废钢，按质量百分比配比为：球生铁Q10 45-60%，回炉料20-30%，废钢10-15%，保证球化处理前铁液成分为：C:3.6-3.8,Si:1.6-1.8，Mn：0.2-0.4，P:≤0.035，S：≤0.02，Cu：0.4-0.6；

第三步、球化处理：采用堤坝式球化处理包，球化处理方法为冲入法，球化剂选用FeSiMg5RE1，粒度为10-30mm，不合规格的球化剂控制在5%以内，加入量为处理铁水重量的1.2%～1.4%，球化处理温度控制在1490～1530℃，球化反应时间在45～70s；

第四步、孕育处理：采用三次孕育方式，第一次孕育为球化室内孕育，选用粒度为4-8mm的FeSi75孕育剂，加入量为球化包内处理铁水重量的0.4%，随球化剂一起压包在球化室内；第二次孕育为倒包孕育，在浇包底部提前放入粒度为3-8mm的SiBaCa长效孕育剂，加入量为铁水重量的0.4%，铁水转包温度1390～1430℃；为使石墨等级稳定达到1~2级，进一步改善孕育效果，第三次采用型内孕育，选用粒度为0.4-0.8mm的SiBaCa孕育剂，孕育量为模组重量的0.2%，处理温度为浇注温度，即1360～1390℃；

第五步、型壳浇注：在进行球化处理时，型壳从焙烧炉中出炉，保证红壳浇注，型壳温度在600～850℃，浇注温度在1350～1390℃，从球化结束到浇注完毕，时间在6min以内；

第六步、型壳浇注后的模组冷却方式：在浇注完后先自然空冷10～15min后放倒模组；放倒3～5min后启动风机对着模组小车进行强制冷却，风速控制为3～5m/ s,冷却速度控制为1～2℃/s。