CN108220753A - 一种强韧性球墨铸铁的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种强韧性球墨铸铁的生产方法，包括原料混合熔炼，变质调制，改性调制及调制热处理等四个步骤。本发明与现有技术相比，一方面利用稀土元素来获得具备均匀连续分布、硬度高且不降低延伸率的球墨铸铁材质，极大的提高了球墨铸铁工件的结构强度和韧性，另一方面通过变质处理，使球墨铸铁工件抗疲劳性能和耐磨性能得到全面提高，除此之外，通过本发明的球墨铸铁铸造工艺还可有效的降低球墨铸铁工件内部应力集中、裂痕及沙眼等缺陷，提高球墨铸铁工件的产品质量的结构强度。

Description

一种强韧性球墨铸铁的生产方法
技术领域
本发明涉及一种强韧性球墨铸铁的生产方法，属铸造加工技术领域。
背景技术
生产球墨铸铁的炉料一般由新生铁、回炉球铁和铁合金组成，在炉料中很少使用废钢，有些工厂中炉料中加入少量废钢是为了净化铁液，提高铁液的纯净度，从而提高球墨铸铁的力学性能，废钢在炉料中的重量比一般为0-10%，降低了铁液中碳的含量，从而降低了铸铁的碳硅当量，影响石墨的球化率及球化等级，并导致的球墨铸铁铸件使用性能和寿命受到极大的影响，于此同时，当前的球墨铸铁加工工艺虽然可以一定程度满足工件加工作业的需要，但生产成本相对较高，铸造加工工艺复杂，从而导致当前球墨铸铁工件铸造加工作业精度差，成型效率低，且成型后铸件内部易残存气孔、裂痕等缺陷，因此针对这一问题，迫切需要开发一种全新的球墨铸铁及与之配套的铸造工艺，以满足实际生产使用的需要。
发明内容
本发明目的就在于克服上述不足，提供一种强韧性球墨铸铁的生产方法。
为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现：
一种强韧性球墨铸铁的生产方法，包括以下步骤：
第一步，原料混合熔炼，首先将废钢、回炉灰铁、硅铁合金、锰铁合金、钛铁合金按比例一同添加到熔炼炉内，然后由氩气将熔炼炉内的空气排出并使熔炼炉内的气压恒定在1.1—3个标准大气压，然后将熔炼炉加热至1400℃—1600℃，直至熔炉内原料均呈熔融态并搅拌均匀后，从熔炉内却金属液样本进行成份缝分析，并根据成份分析结果对熔炉内金属液成份含量进行调整，直至金属液化学成份达到要求后进行静置保温，且保温时间为10—30分钟；
第二步，变质调制，完成第一步作业后，对熔炉内熔融态金属液进行单向匀速搅拌，搅拌速度为10—50分钟/转，并在转速稳定后通过增碳剂和改性剂分别吹送到熔炉内，并使增碳剂和改性剂与熔炉内的熔融态金属液充分搅拌均匀，然后保温静置5—20分钟；
第三步，改性调制，完成第二步后，将占熔炉内金属液总量0.1%—2.5%稀土原料在1—3分钟时间内添加到熔融态金属液中搅拌均匀，然后在熔融态的金属液中添加球化剂并搅拌均匀后静置保温3—10分钟，然后向熔炉内金属液总量分别加入占金属液总量3%—10%的除氮剂和占金属液总量10%—30%的除渣剂进行调质处理，完成调制处理后并在调质处理后将熔融态的金属液浇铸到成型模具中进行冷却成型，在浇铸前，首先将成型模具加热至750℃—850℃，然后保温1—3小时后方可进行浇铸作业；
第四步，调制热处理，在金属液浇铸到成型模具内并冷却至800℃—850℃时，通过加热设备在30—120分钟内将成型模具及成型模具内的金属加热至900℃—980℃并保温1—10小时，然后以20℃—50℃/小时速度匀速降温至180℃—300℃，然后再次通过加热设备在30—120分钟内将成型模具及成型模具内的金属加热至600℃—800℃并保温1—10小时，然后自然冷却至常温即可拆模得到成品球墨铸铁毛坯。
进一步的，所述的第一步中回炉灰铁5%—15%、硅铁合金3%—10%、锰铁合金2%—5%、钛铁合金1.5%—4%，余量为废钢。
进一步的，所述的第二步中的增碳剂占金属液总量的1.5%—2.3%，改性剂占金属液总量的1.1%—2.5%。
进一步的，所述的增碳剂为含碳百分重量为85%以上焦碳沫，改性剂为SiC单质微粉颗粒，所述的增碳剂和改性剂的颗粒均直径均≤400nm。
进一步的，所述的第三步中的稀土为包含Ce、H、Dy、Sm、Gd和Lu等元素的镧系元素。
进一步的，所述的第四步制备得到的成品球墨铸铁毛坯中化学元素含量为：C：3.5-3.7%、Si：2.8-3.3%、Cu：0.5—1.3%、Ni：0.2—0.3%、W：0.1—0.8%、Mn：0.1—0.5%、Ti：0.6%—2.4%、V：0.1—0.5%、Cr：0.2—0.3%、Zr：0.11—0.2%、Ce：0.05—0.1%、Hf：0.1—0.25%、Dy：0.03—0.08%、Sm：0.01—0.05%、Gd：0.01—0.05%、Lu：0.03—0.06%、S：<0.02%；P：0.15-0.4%；余量为Fe。
进一步的，所述的第一步中，在将铁合金加入到熔炉内后，由惰性气体将熔炉内空气排出，并使得熔炉内部环境自第一步至第三步结束均处于惰性气体保护中。
进一步的，所述的除氮剂为碳酸锂。
进一步的，所述的除渣剂为粒度为30—50目的珍珠岩。
本发明与现有技术相比，一方面利用稀土元素来获得具备均匀连续分布、硬度高且不降低延伸率的球墨铸铁材质，极大的提高了球墨铸铁工件的结构强度和韧性，另一方面通过变质处理，使球墨铸铁工件抗疲劳性能和耐磨性能得到全面提高，除此之外，通过本发明的球墨铸铁铸造工艺还可有效的降低球墨铸铁工件内部应力集中、裂痕及沙眼等缺陷，提高球墨铸铁工件的产品质量的结构强度。
附图说明
图1为本发明的铸造工艺流程图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示一种强韧性球墨铸铁的生产方法，包括以下步骤：
第一步，原料混合熔炼，首先将废钢、回炉灰铁、硅铁合金、锰铁合金、钛铁合金按比例一同添加到熔炼炉内，其中回炉灰铁15%、硅铁合金3%、锰铁合金5%、钛铁合金4%，余量为废钢，然后由氩气将熔炼炉内的空气排出并使熔炼炉内的气压恒定在3个标准大气压，然后将熔炼炉加热至1450℃，直至熔炉内原料均呈熔融态并搅拌均匀后，从熔炉内却金属液样本进行成份缝分析，并根据成份分析结果对熔炉内金属液成份含量进行调整，直至金属液化学成份达到要求后进行静置保温，且保温时间为40分钟；
第二步，变质调制，完成第一步作业后，对熔炉内熔融态金属液进行单向匀速搅拌，搅拌速度为50分钟/转，并在转速稳定后通过增碳剂和改性剂分别吹送到熔炉内，并使增碳剂和改性剂与熔炉内的熔融态金属液充分搅拌均匀，然后保温静置15分钟，其中增碳剂占金属液总量的1.5%，改性剂占金属液总量的2%，且增碳剂和改性剂均为颗粒直径≤400nm的固体粉状颗粒；
第三步，改性调制，完成第二步后，将占熔炉内金属液总量1.5%稀土原料在3分钟时间内添加到熔融态金属液中搅拌均匀，然后在熔融态的金属液中添加球化剂并搅拌均匀后静置保温5分钟，然后向熔炉内金属液总量分别加入占金属液总量7%的除氮剂和占金属液总量15%的除渣剂进行调质处理，完成调制处理后并在调质处理后将熔融态的金属液浇铸到成型模具中进行冷却成型，在浇铸前，首先将成型模具加热至800℃，然后保温2.5小时后方可进行浇铸作业；
第四步，调制热处理，在金属液浇铸到成型模具内并冷却至850℃时，通过加热设备在40分钟内将成型模具及成型模具内的金属加热至960℃并保温8小时，然后以40℃/小时速度匀速降温至250℃，然后再次通过加热设备在70分钟内将成型模具及成型模具内的金属加热至750℃并保温10小时，然后自然冷却至常温即可拆模得到成品球墨铸铁毛坯，其中成品球墨铸铁毛坯中化学元素含量为：C：3.5%、Si：2.8%、Cu：0.8%、Ni：0.3%、W：0.6%、Mn：0.4%、Ti：1.4%、V：0.4%、Cr：0.25%、Zr：0.15%、Ce：0.06%、Hf：0.2%、Dy：0.05%、Sm：0.01%、Gd：0.04%、Lu：0.05%、S：<0.02%； P：0.15-0.4%；余量为Fe。
本实施例中，所述的第三步中的稀土为包含Ce、H、Dy、Sm、Gd和Lu等元素的镧系元素。
本实施例中，所述的第一步中，在将铁合金加入到熔炉内后，由惰性气体将熔炉内空气排出，并使得熔炉内部环境自第一步至第三步结束均处于惰性气体保护中。
本实施例中，所述的除氮剂为碳酸锂。
本实施例中，所述的除渣剂为粒度为30—50目的珍珠岩。
实施例2
如图1所示一种强韧性球墨铸铁的生产方法，包括以下步骤：
第一步，原料混合熔炼，首先将废钢、回炉灰铁、硅铁合金、锰铁合金、钛铁合金按比例一同添加到熔炼炉内，其中回炉灰铁15%、硅铁合金9%、锰铁合金4%、钛铁合金3.5%，余量为废钢，然后由氩气将熔炼炉内的空气排出并使熔炼炉内的气压恒定在1.5个标准大气压，然后将熔炼炉加热至1550℃，直至熔炉内原料均呈熔融态并搅拌均匀后，从熔炉内却金属液样本进行成份缝分析，并根据成份分析结果对熔炉内金属液成份含量进行调整，直至金属液化学成份达到要求后进行静置保温，且保温时间为15分钟；
第二步，变质调制，完成第一步作业后，对熔炉内熔融态金属液进行单向匀速搅拌，搅拌速度为30分钟/转，并在转速稳定后通过增碳剂和改性剂分别吹送到熔炉内，并使增碳剂和改性剂与熔炉内的熔融态金属液充分搅拌均匀，然后保温静置10分钟，其中增碳剂占金属液总量的2%，改性剂占金属液总量的2.5%，且增碳剂和改性剂均为颗粒直径≤400nm的固体粉状颗粒；
第三步，改性调制，完成第二步后，将占熔炉内金属液总量1%稀土原料在1.5分钟时间内添加到熔融态金属液中搅拌均匀，然后在熔融态的金属液中添加球化剂并搅拌均匀后静置保温3—10分钟，然后向熔炉内金属液总量分别加入占金属液总量8%的除氮剂和占金属液总量25%的除渣剂进行调质处理，完成调制处理后并在调质处理后将熔融态的金属液浇铸到成型模具中进行冷却成型，在浇铸前，首先将成型模具加热至800℃，然后保温1.5小时后方可进行浇铸作业；
第四步，调制热处理，在金属液浇铸到成型模具内并冷却至840℃时，通过加热设备在100分钟内将成型模具及成型模具内的金属加热至950℃并保温10小时，然后以50℃/小时速度匀速降温至280℃，然后再次通过加热设备在30分钟内将成型模具及成型模具内的金属加热至760℃并保温10小时，然后自然冷却至常温即可拆模得到成品球墨铸铁毛坯，成品球墨铸铁毛坯中化学元素含量为：C：3.5%、Si：2.8%、Cu：1%、Ni：0.2%、W：0.5%、Mn：0.4%、Ti：1.5%、V：0.5%、Cr：0.2%、Zr 0.2%、Ce 0.1%、Hf：0.2%、Dy：0.05%、Sm：0.05%、Gd：0.03%、Lu：0.05%、S：<0.02%； P：0.15-0.4%；余量为Fe。
本实施例中，所述的第三步中的稀土为包含Ce、H、Dy、Sm、Gd和Lu等元素的镧系元素。
本实施例中，所述的第一步中，在将铁合金加入到熔炉内后，由惰性气体将熔炉内空气排出，并使得熔炉内部环境自第一步至第三步结束均处于惰性气体保护中。
本实施例中，所述的除氮剂为碳酸锂。
本实施例中，所述的除渣剂为粒度为30—50目的珍珠岩。
本发明与现有技术相比，一方面利用稀土元素来获得具备均匀连续分布、硬度高且不降低延伸率的球墨铸铁材质，极大的提高了球墨铸铁工件的结构强度和韧性，另一方面通过变质处理，使球墨铸铁工件抗疲劳性能和耐磨性能得到全面提高，除此之外，通过本发明的球墨铸铁铸造工艺还可有效的降低球墨铸铁工件内部应力集中、裂痕及沙眼等缺陷，提高球墨铸铁工件的产品质量的结构强度。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种强韧性球墨铸铁的生产方法，其特征在于：所述的强韧性球墨铸铁的生产方法包括以下步骤：
第一步，原料混合熔炼，首先将废钢、回炉灰铁、硅铁合金、锰铁合金、钛铁合金按比例一同添加到熔炼炉内，然后由氩气将熔炼炉内的空气排出并使熔炼炉内的气压恒定在1.1—3个标准大气压，然后将熔炼炉加热至1400℃—1600℃，直至熔炉内原料均呈熔融态并搅拌均匀后，从熔炉内却金属液样本进行成份分析，并根据成份分析结果对熔炉内金属液成份含量进行调整，直至金属液化学成份达到要求后进行静置保温，且保温时间为10—30分钟；
第二步，变质调制，完成第一步作业后，对熔炉内熔融态金属液进行单向匀速搅拌，搅拌速度为10—50分钟/转，并在转速稳定后通过增碳剂和改性剂分别吹送到熔炉内，并使增碳剂和改性剂与熔炉内的熔融态金属液充分搅拌均匀，然后保温静置5—20分钟；
第三步，改性调制，完成第二步后，将占熔炉内金属液总量0.1%—2.5%稀土原料在1—3分钟时间内添加到熔融态金属液中搅拌均匀，然后在熔融态的金属液中添加球化剂并搅拌均匀后静置保温3—10分钟，然后向熔炉内金属液总量分别加入占金属液总量3%—10%的除氮剂和占金属液总量10%—30%的除渣剂进行调质处理，完成调制处理后并在调质处理后将熔融态的金属液浇铸到成型模具中进行冷却成型，在浇铸前，首先将成型模具加热至750℃—850℃，然后保温1—3小时后方可进行浇铸作业；
第四步，调制热处理，在金属液浇铸到成型模具内并冷却至800℃—850℃时，通过加热设备在30—120分钟内将成型模具及成型模具内的金属加热至900℃—980℃并保温1—10小时，然后以20℃—50℃/小时速度匀速降温至180℃—300℃，然后再次通过加热设备在30—120分钟内将成型模具及成型模具内的金属加热至600℃—800℃并保温1—10小时，然后自然冷却至常温即可拆模得到成品球墨铸铁毛坯。
2.根据权利要求1所述的一种强韧性球墨铸铁的生产方法，其特征在于：所述的第一步中回炉灰铁5%—15%、硅铁合金3%—10%、锰铁合金2%—5%、钛铁合金1.5%—4%，余量为废钢。
3.根据权利要求1所述的一种强韧性球墨铸铁的生产方法，其特征在于：所述的第二步中的增碳剂占金属液总量的1.5%—2.3%，改性剂占金属液总量的1.1%—2.5%。
4.根据权利要求1或3所述的一种强韧性球墨铸铁的生产方法，其特征在于：所述的增碳剂为含碳百分重量为85%以上焦碳沫，改性剂为SiC单质微粉颗粒，所述的增碳剂和改性剂的颗粒均直径均≤400nm。
5.根据权利要求1所述的一种强韧性球墨铸铁的生产方法，其特征在于：所述的第三步中的稀土为包含Ce、H、Dy、Sm、Gd和Lu等元素的镧系元素。
6. 根据权利要求1所述的一种强韧性球墨铸铁的生产方法，其特征在于：所述的第四步制备得到的成品球墨铸铁毛坯中化学元素含量为：C：3.5-3.7%、Si：2.8-3.3%、Cu：0.5—1.3%、Ni：0.2—0.3%、W：0.1—0.8%、Mn：0.1—0.5%、Ti：0.6%—2.4%、V：0.1—0.5%、Cr：0.2—0.3%、Zr：0.11—0.2%、Ce：0.05—0.1%、Hf：0.1—0.25%、Dy：0.03—0.08%、Sm：0.01—0.05%、Gd：0.01—0.05%、Lu：0.03—0.06%、S：<0.02%； P：0.15-0.4%；余量为Fe。
7.根据权利要求1述的一种强韧性球墨铸铁的生产方法，其特征在于，所述的第一步中，在将铁合金加入到熔炉内后，由惰性气体将熔炉内空气排出，并使得熔炉内部环境自第一步至第三步结束均处于惰性气体保护中。
8.根据权利要求1述的一种强韧性球墨铸铁的生产方法，其特征在于，所述的除氮剂为碳酸锂。
9.根据权利要求1述的一种强韧性球墨铸铁的生产方法，其特征在于，所述的除渣剂为粒度为30—50目的珍珠岩。
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