CN107190119B - 一种高强度高韧性球墨铸铁的铸造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高强度高韧性球墨铸铁的铸造工艺，涉及金属铸造领域，包括以下步骤：将废钢、硅铁、生铁和增碳剂混合加热熔化成铁水后，调整铁液中各化学成分及含量，保温出炉，将孕育剂以随流方式加入，铁液全部加入到铁液包后，进行喂丝操作，所用喂丝线成分为：Mg 15‑25％、Si 40‑60％、Re 1.5‑2.5％、Ca 1.5‑2.5％、其余为铁，喂丝操作结束后，进行二次孕育和浇注，即可得到所述高强度高韧性球墨铸铁，本发明具有生产成本低、安全、环保的优点，且生产出的球墨铸铁具有极高的强度和韧性，各方面机械性能优越。
Description
技术领域
本发明涉及金属铸造领域，具体涉及一种高强度高韧性球墨铸铁的铸造工艺。
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。
球墨铸铁是通过球化和孕育处理得到球状石墨，来提高了铸铁的机械性能的，特别是有效提高了塑性和韧性，从而得到强度比碳钢还高的球墨铸铁。随着工业的发展，人们对球墨铸铁的性能的要求越来预高，对铸造过程中的能源消耗，所产生的环境问题越来越重视，但是在球墨铸铁传统的生产过程中，存在能耗高、熔损大、环境污染严重等问题，长期以来，国内外的技术人员对球墨铸铁的铸造方法进行了不懈的努力研究。
目前国内球墨铸铁生产过程中，球化时大多数采用冲入法将球化剂加入，此法技术含量低，生产过程中有较大的灵活性，但是球化处理过程中镁光、烟尘污染较为严重，而且球化剂利用率低。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种高强度高韧性球墨铸铁的铸造工艺，具有生产成本低、安全、环保的优点，且生产出的球墨铸铁具有极高的强度和韧性。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种高强度高韧性球墨铸铁的铸造工艺，包括以下步骤：
(1)将废钢、硅铁、生铁和增碳剂混合加热熔化成铁水后，继续升温至1480-1520℃，扒渣，再加入金属块，调整铁液中各化学成分及含量，待加入的金属块全部溶化后，保温1-3min出炉；
(2)控制出炉温度在1540-1560℃，出炉时间为2-5min，将孕育剂以随流方式加入，所述孕育剂质量为出炉铁液质量的0.3-0.6％、粒度为15-20mm，铁液全部加入到铁液包后，将铁液包包盖合上，开始喂丝操作，所用喂丝线成分为：Mg 15-25％、Si 40-60％、Re 1.5-2.5％、Ca 1.5-2.5％、其余为铁，控制喂丝速度为20-60m/min；
(3)喂丝结束后，打开铁液包包盖，均匀撒入质量为出炉铁液质量的0.05-0.1％、粒度为5-15mm的孕育剂，进行二次孕育处理，二次孕育处理时间为3-6min，二次孕育处理结束后，控制铁液温度为1350-1400℃，进行浇注，浇注结束后，即可得到所述高强度高韧性球墨铸铁。
优选地，所述步骤(2)中所用孕育剂为稀土复合孕育剂。
优选地，所述步骤(2)中铁液包的高径比为1.4-1.6。
优选地，所述步骤(2)中喂丝线直径为10-20mm。
优选地，所述步骤(2)中的喂丝线外层覆盖有低碳薄带钢。
优选地，所述低碳薄带钢厚度为0.3-0.5mm。
优选地，所述步骤(3)中所用孕育剂为硅铁孕育剂。
(三)有益效果
本发明提供了一种高强度高韧性球墨铸铁的铸造工艺，具有以下优点：
(1)采用喂丝法进行球化处理生产的铸件组织稳定，石墨颗粒圆整细小，共晶团数明显增多，球化处理时基本无粉尘和镁光污染，安全环保，而且球化剂用量大大减少，生产成本也得到降低。
(2)传统的只进行一次孕育处理容易发生孕育衰退，而且石墨球数量少且球化率低，采用二次孕育的方式，可以使石墨组织明显得到改善，提高球化率，而且通过研究发现，因为担心孕育衰退而进行大剂量的二次孕育反而容易导致石墨发生畸变，导致碎块状石墨的生成，二次孕育时，采用小剂量的孕育剂进行短时间孕育，二次孕育效果最好。
(3)控制喂丝线中Mg含量在15-25％经过实验验证是合适的，Mg含量过高则会造成过分激烈的爆发，Mg含量过低则会加大喂丝线的加入量，生产和处理成本会提高。
(4)本发明生产出的球墨铸铁强度高、韧性高、耐冲击性高，各方面机械性能优越。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种高强度高韧性球墨铸铁的铸造工艺，包括以下步骤：
(1)将废钢、硅铁、生铁和增碳剂混合加热熔化成铁水后，继续升温至1500℃，扒渣，再加入金属块，调整铁液中各化学成分及含量，待加入的金属块全部溶化后，保温3min出炉；
(2)控制出炉温度在1540℃，出炉时间为3min，将稀土复合孕育剂以随流方式加入，孕育剂质量为出炉铁液质量的0.5％、粒度为18mm，铁液全部加入到高径比为1.6的铁液包中后，将铁液包包盖合上，开始喂丝操作，所用喂丝线成分为：Mg 20％、Si 45％、Re 2％、Ca 1.5％、其余为铁，喂丝线直径为15mm，喂丝线外层覆盖有低碳薄带钢，低碳薄带钢厚度为0.3mm，控制喂丝速度为20m/min；
(3)喂丝结束后，打开铁液包包盖，均匀撒入质量为出炉铁液质量的0.08％、粒度为10mm的硅铁孕育剂，进行二次孕育处理，二次孕育处理时间为4min，二次孕育处理结束后，控制铁液温度为1360℃，进行浇注，浇注结束后，即可得到高强度高韧性球墨铸铁。
实施例2：
一种高强度高韧性球墨铸铁的铸造工艺，包括以下步骤：
(1)将废钢、硅铁、生铁和增碳剂混合加热熔化成铁水后，继续升温至1480℃，扒渣，再加入金属块，调整铁液中各化学成分及含量，待加入的金属块全部溶化后，保温2min出炉；
(2)控制出炉温度在1550℃，出炉时间为5min，将稀土复合孕育剂以随流方式加入，孕育剂质量为出炉铁液质量的0.3％、粒度为15mm，铁液全部加入到高径比为1.6的铁液包中后，将铁液包包盖合上，开始喂丝操作，所用喂丝线成分为：Mg 15％、Si 40％、Re2.5％、Ca 1.5％、其余为铁，喂丝线直径为10mm，喂丝线外层覆盖有低碳薄带钢，低碳薄带钢厚度为0.4mm，控制喂丝速度为40m/min；
(3)喂丝结束后，打开铁液包包盖，均匀撒入质量为出炉铁液质量的0.05％、粒度为5mm的硅铁孕育剂，进行二次孕育处理，二次孕育处理时间为3min，二次孕育处理结束后，控制铁液温度为1350℃，进行浇注，浇注结束后，即可得到高强度高韧性球墨铸铁。
实施例3：
一种高强度高韧性球墨铸铁的铸造工艺，包括以下步骤：
(1)将废钢、硅铁、生铁和增碳剂混合加热熔化成铁水后，继续升温至1520℃，扒渣，再加入金属块和合金，调整铁液中各化学成分及含量，待加入的金属块全部溶化后，保温1min出炉；
(2)控制出炉温度在1560℃，出炉时间为5min，将稀土复合孕育剂以随流方式加入，孕育剂质量为出炉铁液质量的0.6％、粒度为20mm，铁液全部加入到高径比为1.6的铁液包中后，将铁液包包盖合上，开始喂丝操作，所用喂丝线成分为：Mg 25％、Si 55％、Re2.5％、Ca 2.5％、其余为铁，喂丝线直径为15mm，喂丝线外层覆盖有低碳薄带钢，低碳薄带钢厚度为0.5mm，控制喂丝速度为50m/min；
(3)喂丝结束后，打开铁液包包盖，均匀撒入质量为出炉铁液质量的0.1％、粒度为15mm的硅铁孕育剂，进行二次孕育处理，二次孕育处理时间为6min，二次孕育处理结束后，控制铁液温度为1400℃，进行浇注，浇注结束后，即可得到高强度高韧性球墨铸铁。
实施例4：
一种高强度高韧性球墨铸铁的铸造工艺，包括以下步骤：
(1)将废钢、硅铁、生铁和增碳剂混合加热熔化成铁水后，继续升温至1510℃，扒渣，再加入金属块和合金，调整铁液中各化学成分及含量，待加入的金属块和合金全部溶化后，保温3min出炉；
(2)控制出炉温度在1550℃，出炉时间为2min，将稀土复合孕育剂以随流方式加入，孕育剂质量为出炉铁液质量的0.4％、粒度为16mm，铁液全部加入到高径比为1.6的铁液包中后，将铁液包包盖合上，开始喂丝操作，所用喂丝线成分为：Mg 18％、Si 60％、Re1.5％、Ca 1.5％、其余为铁，喂丝线直径为20mm，喂丝线外层覆盖有低碳薄带钢，低碳薄带钢厚度为0.5mm，控制喂丝速度为60m/min；
(3)喂丝结束后，打开铁液包包盖，均匀撒入质量为出炉铁液质量的0.07％、粒度为12mm的硅铁孕育剂，进行二次孕育处理，二次孕育处理时间为3min，二次孕育处理结束后，控制铁液温度为1380℃，进行浇注，浇注结束后，即可得到高强度高韧性球墨铸铁。
实施例5：
一种高强度高韧性球墨铸铁的铸造工艺，包括以下步骤：
(1)将废钢、硅铁、生铁和增碳剂混合加热熔化成铁水后，继续升温至1500℃，扒渣，再加入金属块和合金，调整铁液中各化学成分及含量，待加入的金属块和合金全部溶化后，保温2min出炉；
(2)控制出炉温度在1550℃，出炉时间为3min，将稀土复合孕育剂以随流方式加入，孕育剂质量为出炉铁液质量的0.5％、粒度为16mm，铁液全部加入到高径比为1.6的铁液包中后，将铁液包包盖合上，开始喂丝操作，所用喂丝线成分为：Mg 22％、Si 50％、Re 2％、Ca 1.5％、其余为铁，喂丝线直径为18mm，喂丝线外层覆盖有低碳薄带钢，低碳薄带钢厚度为0.3mm，控制喂丝速度为55m/min；
(3)喂丝结束后，打开铁液包包盖，均匀撒入质量为出炉铁液质量的0.09％、粒度为10mm的硅铁孕育剂，进行二次孕育处理，二次孕育处理时间为5min，二次孕育处理结束后，控制铁液温度为1360℃，进行浇注，浇注结束后，即可得到高强度高韧性球墨铸铁。
性能检测：
表1为本发明实施例1-5生产的球墨铸铁性能检测结果：
表1：检测结果
综上，本发明实施例具有如下有益效果：拉伸强度、屈服强度、硬度和延伸率高，石墨大小达到6级。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种高强度高韧性球墨铸铁的铸造工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将废钢、硅铁、生铁和增碳剂混合加热熔化成铁水后，继续升温至1480-1520℃，扒渣，再加入金属块，调整铁液中各化学成分及含量，待加入的金属块全部溶化后，保温1-3min出炉；
(2)控制出炉温度在1540-1560℃，出炉时间为2-5min，将孕育剂以随流方式加入，所述孕育剂质量为出炉铁液质量的0.3-0.6％、粒度为15-20mm，铁液全部加入到铁液包后，将铁液包包盖合上，开始喂丝操作，所用喂丝线成分为：Mg 15-25％、Si 40-60％、Re 1.5-2.5％、Ca 1.5-2.5％、其余为铁，控制喂丝速度为20-60m/min；
(3)喂丝结束后，打开铁液包包盖，均匀撒入质量为出炉铁液质量的0.05-0.1％、粒度为5-15mm的孕育剂，进行二次孕育处理，二次孕育处理时间为3-6min，二次孕育处理结束后，控制铁液温度为1350-1400℃，进行浇注，浇注结束后，即可得到所述高强度高韧性球墨铸铁。
2.如权利要求1所述的高强度高韧性球墨铸铁的铸造工艺，其特征在于，所述步骤(2)中所用孕育剂为稀土复合孕育剂。
3.如权利要求1所述的高强度高韧性球墨铸铁的铸造工艺，其特征在于，所述步骤(2)中铁液包的高径比为1.6。
4.如权利要求1所述的高强度高韧性球墨铸铁的铸造工艺，其特征在于，所述步骤(2)中喂丝线直径为10-20mm。
5.如权利要求1所述的高强度高韧性球墨铸铁的铸造工艺，其特征在于，所述步骤(2)中的喂丝线外层覆盖有低碳薄带钢。
6.如权利要求5所述的高强度高韧性球墨铸铁的铸造工艺，其特征在于，所述低碳薄带钢厚度为0.3-0.5mm。
7.如权利要求1所述的高强度高韧性球墨铸铁的铸造工艺，其特征在于，所述步骤(3)中所用孕育剂为硅铁孕育剂。
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