CN106541063A - 一种高强度球墨铸铁锻造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高强度球墨铸铁锻造方法，包括以下步骤：将球墨铸铁试样在550‑750℃保温30min以上，然后锻造成型，始锻温度550‑750℃，终锻温度不低于500℃，锻后在空气中在空气中自然冷却或水冷；球墨铸铁试样为圆柱体或方形体，其保温时间随试样尺寸增大而增加；控制试样的锻造总变形量在60‑70%；并对一定尺寸的试样采用双面交替锻造；锻造成型的应变速率控制在0.0001‑0.1/s。本发明对球墨铸铁的锻造方法可进一步细化球墨铸铁内部晶粒，消除其内部缺陷，增加其强度、韧性和耐磨性，提高产品质量和力学性能，并且可以节约金属材料和切削加工工时，减少资源消耗，降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及合金加工领域，具体涉及一种高强度球墨铸铁锻造方法。
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，它通过球化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，具有良好的耐磨性、减磨性、耐蚀性以及抗氧化性，广泛应用于铸造受力复杂，强度、韧性、耐磨性要求较高的零件，如发动机曲轴等，在某些领域甚至可取代钢材。。
目前铸造厂生产的球墨铸铁产品出现球化不良、缩松和缩孔、夹渣等铸造缺陷，废品损失率高，不仅降低球墨铸铁产品的质量和使用质量，并且造成了资源浪费，降低经济效益。目前这些铸造问题没有很好地得到解决。
锻造工艺是一种利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法，可消除金属材料内部缺陷，细化晶粒，改善其综合力学性能，应用广泛于碳钢的强化与成型。使用锻造工艺制造出来的产品力学性能好，可节约金属材料和切削加工工时，大大降低生产成本。若使用锻造工艺对球墨铸铁进行加工，可有效解决用铸造工艺加工球墨铸铁产生的缺陷。
发明内容
本发明旨在提供一种高强度球墨铸铁锻造方法，本发明的锻造方法可加工出高性能的球墨铸铁产品，并有效避免使用铸造法出现的球化不良、缩松和缩孔、夹渣等铸造缺陷，提高产品质量。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：
本发明的高强度球墨铸铁锻造方法，将球墨铸铁试样在550-750℃保温30min以上，然后锻造成型，始锻温度550-750℃，终锻温度不低于500℃，锻后在空气中自然冷却或水冷。
所述的球墨铸铁试样为圆柱体、方形体，球墨铸铁试样在550-750℃保温，其保温时间随试样尺寸增大而增加，从基础直径或者厚度10mm起算，球墨铸铁试样的厚度或者直径每增加3-10mm，保温时间增加0.5-3min。
所述的锻造之前，圆柱体球墨铸铁试样的直径不超过300mm，方形体球墨铸铁试样的厚度不超过150mm；球墨铸铁试样锻造成型总变形量控制在60-70%。
所述的球墨铸铁棒，其锻造成型包括以下步骤：
所述的尺寸在φ10×15mm-φ50×75mm的圆柱体球墨铸铁试样或者尺寸小于30×30×70mm的方形体球墨铸铁试样单次锻造变形量为30-70%；尺寸在φ50×75mm-φ100×150mm的圆柱体球墨铸铁试样或者尺寸在30×30×70mm-80×80×200mm的方形体球墨铸铁试样单次锻造变形量为20-40%；尺寸在φ100×150mm-φ200×300mm的圆柱体球墨铸铁试样或者尺寸在80×80×200mm-150×150×400mm的方形体球墨铸铁试样单次锻造变形量为5-20％。
所述的尺寸范围在φ100×150mm-φ200×300mm的圆柱体球墨铸铁试样或者厚度在80-150mm的方形体球墨铸铁试样锻造成型的时候采用双面交替锻造的方式进行。
所述的550-750℃保温之前的升温控制过程包括如下步骤：0-300℃区间内10-30℃/min，300-500℃区间内10-20℃/min，500℃-锻造温度区间内5-15℃/min。
所述的尺寸大于φ50×75mm的圆柱体试样或者厚度大于30mm的方形体试样进行水冷。
所述锻造成型的应变速率控制在0.0001-0.1/s。
本发明的有益效果为：
（1）本发明对球墨铸铁使用的锻造方法与传统的铸造工艺相比，具有很大的优越性，可有效避免因使用铸造法出现的球化不良、缩松和缩孔、夹渣等铸造缺陷，提高产品质量和力学性能；
（2）本发明通过锻造工艺对球墨铸铁试样进行加工，可进一步细化球墨铸铁内部晶粒，消除其内部缺陷，增加其强度、韧性和耐磨性，相对现有牌号的球墨铸铁，本发明加工的球墨铸铁大大提高了其力学性能，可广泛应用于对金属材料性能要求高的领域，具有良好的应用前景；
（3）本发明通过不同的锻造加工方法，对不同尺寸、不同使用目的的球墨铸铁试样进行锻造成型，对一定尺寸的试样进行双面锻造，可以保证试样变形均匀一致，满足加工要求，生产出高质量的产品；
（4）本发明利用锻造方法对球墨铸铁进行加工成型，可节约金属材料和切削加工工时，减少资源消耗，降低生产成本，提高经济效益和社会效益。
附图说明
图1为使用本发明的锻造方法，在不同变形温度下球墨铸铁显微组织。
图2为不同变形温度下球墨铸铁显微组织。
具体实施方式
下面通过实施例进一步说明本发明。应该理解的是，本发明的实施例是用于说明本发明而不是对本发明的限制。根据本发明的实质对本发明进行的简单改进都属于本发明要求保护的范围。
实施例1
取一圆柱体球墨铸铁试样，尺寸为φ10×15mm，将其在550℃下保温30min，在保温之前控制其在0-500℃区间内每分钟升温10℃，500-550℃区间内每分钟升温5℃；然后锻造成型，始锻温度为550℃，终锻温度为500℃，锻造时控制其单次锻造变形量为70%，应变速率为0.0001/s，并一次锻造成型，锻后在空气中自然冷却。
实施例2
取一圆柱体球墨铸铁试样，尺寸为φ50×75mm，将其在590℃下保温54min，在保温之前控制其在0-300℃区间内每分钟升温14℃，300-500℃区间内每分钟升温12℃，500-590℃区间内每分钟升温7℃；然后锻造成型，始锻温度为586℃，终锻温度为540℃，锻造时控制其单次锻造变形量为30%，锻造总变形量为60%，应变速率为0.005/s，锻后在空气中自然冷却。
实施例3
取一圆柱体球墨铸铁试样，尺寸为φ100×150mm，将其在635℃下保温60min，在保温之前控制其在0-300℃区间内每分钟升温18℃，300-500℃区间内每分钟升温15℃，500-635℃区间内每分钟升温9℃；然后采用双面交替锻造的方法进行锻造成型，始锻温度为630℃，终锻温度为600℃，锻造时控制其单次锻造变形量为40%，锻造总变形量为65%，应变速率为0.008/s，锻后进行水冷。
实施例4
取一圆柱体球墨铸铁试样，尺寸为φ200×300mm，将其在700℃下保温87min，在保温之前控制其在0-300℃区间内每分钟升温26℃，300-500℃区间内每分钟升温18℃，500-700℃区间内每分钟升温14℃；然后采用双面交替锻造的方法进行锻造成型，始锻温度为695℃，终锻温度为628℃，锻造时控制其单次锻造变形量为5%，锻造总变形量为62%，应变速率为0.007/s，锻后进行水冷。
实施例5
取一方形体球墨铸铁试样，尺寸为20×20×60mm，将其在665℃下保温45min，在保温之前控制其在0-300℃区间内每分钟升温23℃，300-500℃区间内每分钟升温16℃，500-665℃区间内每分钟升温12℃；然后锻造成型，始锻温度为629℃，终锻温度为584℃，锻造时控制其单次锻造变形量为30%，锻造总变形量为64%，应变速率为0.05/s，锻后在空气中自然冷却。
实施例6
取一方形体球墨铸铁试样，尺寸为30×30×70mm，将其在750℃下保温45min，在保温之前控制其在0-300℃区间内每分钟升温30℃，300-500℃区间内每分钟升温20℃，500-750℃区间内每分钟升温15℃；然后采用双面交替锻造的方法进行锻造成型，始锻温度为750℃，终锻温度为720℃，锻造时控制其单次锻造变形量为40%，锻造总变形量为60%，应变速率为0.04/s，锻后进行水冷。
实施例7
取一方形体球墨铸铁试样，尺寸为80×80×200mm，将其在730℃下保温65min，在保温之前控制其在0-300℃区间内每分钟升温26℃，300-500℃区间内每分钟升温17℃，500-730℃区间内每分钟升温12℃；然后采用双面交替锻造的方法进行锻造成型，始锻温度为730℃，终锻温度为714℃，锻造时控制其单次锻造变形量为20%，锻造总变形量为64%，应变速率为0.07/s，锻后进行水冷。
实施例8
取一方形体球墨铸铁试样，尺寸为150×150×400mm，将其在745℃下保温102min，在保温之前控制其在0-300℃区间内每分钟升温24℃，300-500℃区间内每分钟升温19℃，500-745℃区间内每分钟升温8℃；然后采用双面交替锻造的方法进行锻造成型，始锻温度为748℃，终锻温度为725℃，锻造时控制其单次锻造变形量为5%，锻造总变形量为65%，应变速率为0.08/s，锻后进行水冷。
实施例9
取一圆柱体球墨铸铁试样，尺寸为φ40×60mm，将其在682℃下保温40min，在保温之前控制其在0-300℃区间内每分钟升温21℃，300-500℃区间内每分钟升温15℃，500-682℃区间内每分钟升温14℃；然后锻造成型，始锻温度为702℃，终锻温度为693℃，锻造时控制其单次锻造变形量为45%，锻造总变形量为68%，应变速率为0.06/s，锻后在空气中自然冷却。
实施例10
取一圆柱体球墨铸铁试样，尺寸为φ70×105mm，将其在579℃下保温60min，在保温之前控制其在0-300℃区间内每分钟升温22℃，300-500℃区间内每分钟升温12℃，500-579℃区间内每分钟升温6℃；然后锻造成型，始锻温度为598℃，终锻温度为586℃，锻造时控制其单次锻造变形量为28%，锻造总变形量为66%，应变速率为0.005/s，锻后进行水冷。
实施例11
取一圆柱体球墨铸铁试样，尺寸为φ150×225mm，将其在619℃下保温132min，在保温之前控制其在0-300℃区间内每分钟升温20℃，300-500℃区间内每分钟升温16℃，500-619℃区间内每分钟升温11℃；然后采用双面交替锻造的方法进行锻造成型，始锻温度为623℃，终锻温度为604℃，锻造时控制其单次锻造变形量为14%，锻造总变形量为60%，应变速率为0.009/s，锻后进行水冷。
实施例12
取一方形体球墨铸铁试样，尺寸为40×40×100mm，将其在600℃下保温50min，在保温之前控制其在0-300℃区间内每分钟升温23℃，300-500℃区间内每分钟升温15℃，500-600℃区间内每分钟升温10℃；然后锻造成型，始锻温度为664℃，终锻温度为628℃，锻造时控制其单次锻造变形量为32%，锻造总变形量为70%，应变速率为0.003/s，锻后进行水冷。
实施例13
取一方形体球墨铸铁试样，尺寸为100×100×250mm ，将其在579℃下保温84min，在保温之前控制其在0-300℃区间内每分钟升温27℃，300-500℃区间内每分钟升温17℃，500-579℃区间内每分钟升温8℃；然后采用双面交替锻造的方法进行锻造成型，始锻温度为595℃，终锻温度为578℃，锻造时控制其单次锻造变形量为9%，锻造总变形量为63%，应变速率为0.06/s，锻后进行水冷。
球墨铸铁性能分析
1 力学性能分析
表1为不同牌号的球墨铸铁的硬度力学性能
图1 为使用本发明锻造方法的球墨铸铁的硬度曲线
| 牌号 | 硬度/HBS |
| QT400-18 | 130-180 |
| QT400-15 | 130-180 |
| QT450-10 | 160-210 |
| QT500-7 | 170-230 |
| QT600-3 | 190-270 |
| QT700-2 | 225-305 |
| QT800-2 | 245-335 |
| QT900-2 | 280-360 |
表1 不同牌号的球墨铸铁的硬度力学性能。
由图1可知，使用本发明提供的球墨铸铁锻造方法，在不同应变速率条件时，在600℃的锻造温度下，球墨铸铁硬度为54.7-57.8 HRC；在650℃的锻造温度下，球墨铸铁硬度为52-56.5 HRC；在700℃的锻造温度下，球墨铸铁硬度为50.5-53.0 HRC；在750℃的锻造温度下，球墨铸铁硬度为45.5-54.6HRC；经过换算，使用本发明加工工艺的球墨铸铁硬度相当于：600℃：530-—HBS；650℃：503-—HBS；700℃：486-515HBS；750℃：430-530HBS；与表1中不同牌号的球墨铸铁硬度相比，本发明的球墨铸铁硬度远远大于中国标准牌号球墨铸铁的硬度，说明本发明的球墨铸铁锻造工艺可大大提高球墨铸铁的硬度。同时使用本发明工艺进行加工的球墨铸铁的其余力学性能，如抗拉强度、屈服强度、伸长率等均有不同程度的提高。
2 金相组织分析
图2为使用本发明的锻造方法，在不同变形温度下球墨铸铁显微组织。
如图2所示，（a）的球墨铸铁的变形温度为600℃，球墨呈片状、团状、团絮状，球化率较低；（b）的球墨铸铁的变形温度为650℃，球墨呈分散分布的蠕虫状、片状及球状、团状、团絮状，球化率稍高于（a）；（c）的球墨铸铁的变形温度为700℃，球墨呈大部分絮状或团状，余为球状、少量蠕虫状，球化率稍高于（b）；（d）的变形温度为750℃，球墨大部分呈团状，余为团絮状，有极少量蠕虫状，球化率高。由图2可知，在本发明的球墨铸铁锻造工艺中，变形温度越大，球化率越高，有利于提高材质的抗拉强度、塑性、耐磨性能。
Claims (8)
1.一种高强度球墨铸铁锻造方法，其特征在于包括以下步骤：
将球墨铸铁试样在550-750℃保温30min以上，然后锻造成型，始锻温度550-750℃，终锻温度不低于500℃，锻后在空气中自然冷却或水冷。
2.如权利要求1所述的高强度球墨铸铁锻造方法，其特征在于：
所述的球墨铸铁试样为圆柱体、方形体，球墨铸铁试样在550-750℃保温，其保温时间随试样尺寸增大而增加，从基础直径或者厚度10mm起算，球墨铸铁试样的厚度或者直径每增加3-10mm，保温时间增加0.5-3min。
3.如权利要求1或2所述的高强度球墨铸铁锻造方法，其特征在于：
所述的锻造之前，圆柱体球墨铸铁试样的直径不超过300mm，方形体球墨铸铁试样的厚度不超过150mm；球墨铸铁试样锻造成型总变形量控制在60-70%。
4.如权利要求3所述的高强度球墨铸铁锻造方法，其特征在于：
所述的球墨铸铁棒，其锻造成型包括以下步骤：
所述的尺寸在φ10×15mm-φ50×75mm的圆柱体球墨铸铁试样或者尺寸小于30×30×70mm的方形体球墨铸铁试样单次锻造变形量为30-70%；尺寸在φ50×75mm-φ100×150mm的圆柱体球墨铸铁试样或者尺寸在30×30×70mm-80×80×200mm的方形体球墨铸铁试样单次锻造变形量为20-40%；尺寸在φ100×150mm-φ200×300mm的圆柱体球墨铸铁试样或者尺寸在80×80×200mm-150×150×400mm的方形体球墨铸铁试样单次锻造变形量为5-20％。
5.如权利要求3所述的高强度球墨铸铁锻造方法，其特征在于：所述的尺寸范围在φ100×150mm-φ200×300mm的圆柱体球墨铸铁试样或者厚度在80-150mm的方形体球墨铸铁试样锻造成型的时候采用双面交替锻造的方式进行。
6.如权利要求1或2所述的高强度球墨铸铁锻造方法，其特征在于：
所述的550-750℃保温之前的升温控制过程包括如下步骤：0-300℃区间内10-30℃/min，300-500℃区间内10-20℃/min，500℃-锻造温度区间内5-15℃/min。
7.如权利要求1所述的高强度球墨铸铁锻造方法，其特征在于：
所述的尺寸大于φ50×75mm的圆柱体试样或者厚度大于30mm的方形体试样进行水冷。
8.如权利要求1或4所述的高强度球墨铸铁锻造方法，其特征在于：所述锻造成型的应变速率控制在0.0001-0.1/s。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Sun Youping Inventor after: Zhou Shan Inventor after: He Jiangmei Inventor before: Sun Youping Inventor before: He Jiangmei |
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20181012 Termination date: 20191125 |