CN106868395A - 一种混合基体组织铸态球墨铸铁的生产方法 - Google Patents

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马永明
吴宝成
李伟柱
李飞
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Abstract

本发明公开了一种混合基体组织铸态球墨铸铁的生产方法，选择合适的熔炼工艺和化学成分控制：铁水熔炼使用中频炉单熔炼，采用生铁+废钢增碳工艺产生原铁水；在铁水包内使用“三明治”式装包，控制铸件中Si、Mn、Cu、Ca、Ba的质量百分比含量；浇注成型后，高温开箱。使用本发明的方法，珠光体含量范围为55‑75％，铁素体含量为25‑45％，渗碳体含量为零，磷共晶级别为一级，石墨球化率达2级，石墨球大小为6级。其铸件本体机械性能可以达到抗拉强度≥600Mpa，延伸率≥10％，冲击韧性≥25J/㎝2，硬度HB180～250，实现以铁代钢。且工艺流程简单，容易控制，降低成本。

Description

一种混合基体组织铸态球墨铸铁的生产方法
技术领域
本发明涉及球墨铸铁的生产方法领域，特别是一种混合基体组织铸态球墨铸铁生产领域。
背景技术
在我国球墨铸铁的国家标准中，混合基体组织球墨铸铁抗拉强度大于600Mpa的材料只有QT600-3和QT900-2，其延伸率为3％左右，而且QT900-2牌号通常还需要将铸件热处理后才能达到。但在我国自己生产的球墨铸铁中，已有了一些QT600-10的非标材料生产，如广西玉柴机器配件制造有限公司已使用了这种材料制造汽车底盘件，其抗拉强度大于600Mpa，延伸率为10％以上。其强度及延伸率都较高，属于高强度高延展性球墨铸铁材料。
为了同时提高球墨铸铁的强度、韧性，扩大球墨铸铁的应用范围，也为了使球墨铸铁能用在更重要的地方，在生产混合基体组织球墨铸铁中出现了不少将球墨铸铁合金化的技术方案，但这些方案大多采用了价格较为昂贵的金属，如镍、钒、钛、钼、锡等，加入了这些元素的球墨铸铁虽然取得提高韧性的效果，但很难使韧性有很大的提高，难以使球墨铸铁的延伸率达到8％以上，达不到韧性材料，且生产成本也降不下来。因此人们一直在努力寻找价格低、基体组织比例好、能显著提升铸件强度、韧性的成分配比元素和更好的铸造工艺。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种提高铸件强度及延伸率，基体组织比例好，改善铸铁的球化质量和孕育质量，价格低的混合基体组织铸态球墨铸铁的生产方法。
本发明以如下方案解决上述技术问题：
一种混合基体组织铸态球墨铸铁的生产方法，其特征是，
(1)采用生铁和废钢增碳工艺产生原铁水，原铁水的控制成分及控制质量百分比含量为：
C：3.6％～3.9％， Si：1.6％～2.0％， Mn：0.2％～0.5％，
Cu：0.1％～0.2％， P≤0.05％， S≤0.02％；
(2)出铁球化前在铁水包内使用“三明治”式装包，即将球化剂、高效孕育剂、普通硅铁、覆盖剂、珍珠砂依次加入；
(3)控制铸件的主控成分质量百分比含量为：
Si：2.5％～3.0％，Mn：0.2％～0.6％，Cu：0.1％～0.2％，Ca：0.005％～0.05％，Ba：0.002％～0.02％；
(4)浇注成型后，高温开箱，开箱时铸件温度为550±150℃。
所述原铁水使用中频炉单熔炼。
所述生铁使用优钛生铁，废钢为低碳钢，炉料配比为：生铁质量百分比为20％、废钢质量百分比为60％、回炉料质量百分比为20％。
所述装包时加入球化剂、高效孕育剂、普通硅铁、覆盖剂、珍珠砂的质量百分比含量为：
球化剂1.3％、高效孕育剂2％、普通硅铁1％、覆盖剂0.5％、珍珠砂0.5％；
所述球墨铸铁的基体组织中，珠光体质量百分比含量55-75％，铁素体质量百分比含量25-45％，渗碳体质量百分比含量为≤1％，磷共晶级别为一级，石墨球化率达2级，石墨球大小为6级。
本发明方法的显著优点在于：
使用本发明方法生产的球墨铸铁，珠光体含量范围为55-75％，铁素体含量为25-45％，渗碳体含量为零，磷共晶级别为一级，石墨球化率达2级，石墨球大小为6级。其铸件本体抗拉强度≥600Mpa，延伸率≥10％，冲击韧性≥25J/㎝2，硬度HB180～250。保留了传统球墨铸铁材料屈强比高、硬度高、扭转强度高、耐磨性好、加工性好、小能量多次冲击循环次数优越的优点，克服了一般球墨铸铁韧性和塑性低的缺点，其宏观断裂韧性指标及疲劳强度得到明显提高，可靠性超过钢材料。
具体实施方式
以下详细描述本发明的具体实施方式，但不构成对本发明权利要求保护范围的限制。
一种混合基体组织铸态球墨铸铁的生产方法，铁水熔炼使用中频炉单熔炼，采用生铁及废钢增碳工艺产生原铁水，炉料配比为：生铁质量百分比为20％、废钢质量百分比为60％、回炉料质量百分比为20％。生铁使用低Mn、低P、低S的优钛生铁，废钢为低碳钢，原铁水的控制成分及其质量百分比含量为：
C：3.6％～3.9％， Si：1.6％～2.0％， Mn：0.2％～0.5％，
Cu：0.1％～0.2％， P≤0.05％， S≤0.02％；
出铁球化前在铁水包内使用“三明治”式装包，将球化剂、高效孕育剂、普通硅铁、覆盖剂、珍珠砂依次加入，球化剂使用低稀土球化剂，有效控制球化质量。加入质量百分比含量为：球化剂1.3％、高效孕育剂2％、普通硅铁1％、覆盖剂0.5％、珍珠砂0.5％。
在常规含Mn、Cu的球墨铸铁中加入以下质量百分比含量的合金元素：
Ca：0.005％～0.05％，Ba：0.002％～0.02％；
同时提高上述球墨铸铁中的Si的质量百分比含量为：Si：2.5％～3.0％。
所述常规含Mn、Cu的球墨铸铁主要化学成分及其质量百分比含量为：
C：3.6％～3.9％，Si：％1.8～2.4％，Mn：0.2％～0.5％，Cu：0.3％～0.7％，P≤0.05％，S≤0.03％；
控制铸件主控成分的质量百分比含量为：
Si：2.5％～3.0％，Mn：0.2％～0.5％，Cu：0.1％～0.2％，Ca：0.005％～0.05％，Ba：0.002％～0.02％；
完成浇注成型后，高温开箱，开箱时铸件温度为：550±150℃。
Ca和Ba在球墨铸铁中不仅有均匀、细化组织的作用，还能脱S脱P、净化铁水，而且价格低、用量少，在球墨铸铁中加入Ca和Ba，有助于改善球墨铸铁的硬度分散性和疲劳裂纹扩散性。同时通过提高铸件的Si含量，提高稳定基体中的铁素体含量，通过控制Mn、Cu等合金元素的含量，使基体中的珠光体达到一定比例。高温开箱，相当于铸件自身余热自回火，减少铸件在浇注凝固过程中的铸造应力。采用本发明方法生产的球墨铸铁，珠光体含量范围为55-75％，铁素体含量为25-45％，渗碳体含量为零，磷共晶级别为一级，石墨球化率达2级，石墨球大小为6级。其铸件本体机械性能可以达到抗拉强度≥600Mpa，延伸率≥10％，冲击韧性≥25J/㎝2，硬度HB180～250，完全可以做到以铁代钢。
用本发明方法生产的汽车底盘件气室支架，已装配汽车使用达21000件，至今未有故障件产生，综合性能远高于原使用铸钢件生产的产品。而且这种球墨铸铁件的生产较用铸钢料制作每公斤成本下降10元以上，突显出这种技术的优越性。
使用本发明的方法生产出的球墨铸铁，可广泛取代钢材用于各种汽车底盘类零部件如：附加桥壳、悬架支架、推杆支架、安装板等，及其它如铁路机车车辆、农用机械、建筑机械和军工方面等需承受高强度、高韧性的大中小零件材料。
实施例1：
采用本发明方法生产汽车底盘件气室支架，控制铸件化学成分的质量百分比含量为：
C：3.85％，Si：2.72％，Mn：0.32％，Cu：0.2％，Ca：0.018％，Ba：0.005％，P：0.025％，S：0.01％。
获得成品的机械性能为：
抗拉强度654Mpa，延伸率11％，冲击韧性53J/㎝2，硬度HB 219。
实施例2：
采用本发明方法生产汽车附加桥壳，控制铸件化学成分的质量百分比含量为：
C：3.82％，Si：2.68％，Mn：0.30％，Cu：0.17％，Ca：0.025％，Ba：0.007％，P：0.028％，S：0.009。
获得成品的机械性能：
抗拉强度650Mpa，延伸率10.8％，冲击韧性55J/㎝2，硬度HB 208。

Claims (5)

1.一种混合基体组织铸态球墨铸铁的生产方法，其特征是，
(1)采用生铁和废钢增碳工艺产生原铁水，原铁水的控制成分及控制质量百分比含量为：
C：3.6％～3.9％， Si：1.6％～2.0％， Mn：0.2％～0.5％，
Cu：0.1％～0.2％， P≤0.05％， S≤0.02％；
(2)出铁球化前在铁水包内使用“三明治”式装包，即将球化剂、高效孕育剂、普通硅铁、覆盖剂、珍珠砂依次加入；
(3)控制铸件的主控成分质量百分比含量为：
Si：2.5％～3.0％，Mn：0.2％～0.6％，Cu：0.1％～0.2％，Ca：0.005％～0.05％，Ba：0.002％～0.02％；
(4)浇注成型后，高温开箱，开箱时铸件温度为550±150℃。
2.如权利要求1所述的一种混合基体组织铸态球墨铸铁的生产方法，其特征是，所述原铁水使用中频炉单熔炼。
3.如权利要求1所述的一种混合基体组织铸态球墨铸铁的生产方法，其特征是，所述生铁使用优钛生铁，废钢为低碳钢，炉料配比为：生铁质量百分比为20％、废钢质量百分比为60％、回炉料质量百分比为20％。
4.如权利要求1所述的一种混合基体组织铸态球墨铸铁的生产方法，其特征是，所述装包时加入球化剂、高效孕育剂、普通硅铁、覆盖剂、珍珠砂的质量百分比含量为：
球化剂1.3％、高效孕育剂2％、普通硅铁1％、覆盖剂0.5％、珍珠砂0.5％。
5.如权利要求1至4之一所述的一种混合基体组织铸态球墨铸铁的生产方法，其特征是，所述球墨铸铁的基体组织中，珠光体质量百分比含量55-75％，铁素体质量百分比含量25-45％，渗碳体质量百分比含量为≤1％，磷共晶级别为一级，石墨球化率达2级，石墨球大小为6级。
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