CN108251739A - 一种高强度高伸长率球墨铸铁及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度高伸长率球墨铸铁及其制备方法,所述球墨铸铁由以下成分制成:C,Si,Mn,S,P,Cu,Cr,Sb,Mg,Re,Fe。制备方法如下:将废钢、生铁、回炉料、金属合金、增碳剂等熔炼,调整原铁液成分;加清渣剂,得到纯净原铁液;加球化剂、孕育剂进行球化和孕育处理;加清渣剂,得铁液,加覆盖剂,浇注。本发明通过采用一定的化学成分组成和工艺参数控制,获得圆度更高、数量更多的石墨球,获得一定铁素体和珠光体比例含量的基体组织,具有较高强度的同时,具有较高的伸长率。

Description

一种高强度高伸长率球墨铸铁及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种球墨铸铁及其制备方法,尤其涉及一种高强度高伸长率球墨铸铁及其制备方法,属于球墨铸铁材料技术领域。
背景技术
球墨铸铁因具有强度高、韧性好、价格低廉和铸造工艺性能好等特点,在机械和汽车等领域获得了广泛的应用。随着重型载重汽车吨位的提高和汽车轻量化要求,对零件的疲劳强度要求越来越高,球墨铸铁疲劳强度随抗拉强度的增加而增加,但普通球墨铸铁材料QT700-2、800-2、900-2的疲劳强度都在280-300MPa,已不能满足汽车支架类铸件的使用要求,必须同时提高伸长率,才能进一步提高疲劳强度极限,这就要求铸件材料具有较高的强度,同时具有较高的伸长率。
为提高球墨铸铁的强度和伸长率,中国发明专利CN104233048A公开了一种转向桥用铸态高强高韧球铁合金及其制备方法,所述球铁合金化学组分如下(重量百分比):C:3.4~3.6;Si:2.6~2.9;Mn:0.6~0.8;S:<0.05;P:<0.03;Cu:0.3~0.5;Sn:0.02~0.03;Bi:<0.04;Mg:0.03~0.05;RE:0.01~0.04;余量为Fe;所述球铁合金制备方法包括:熔炼、球化、孕育及浇注、后处理等,该发明所述制备方法,采用二次球化和二次孕育,采用该方法生产的转向桥可在铸态下使用,无需热处理,节约了生产成本和时间,实施效果好。中国发明专利CN106811676A还公开了一种高强度高韧性铸态QT700-10及其生产方法,该发明所述球墨铸铁的化学成分的重量百分比为:C 3.6%~3.8%,Si 2.1%~2.7%,P≤0.04%,且碳当量CE=C+1/3(Si+P)=4.3%~4.6%,Mn0.2%~0.4%,Cu 0.3%~0.5%,Cr≤0.05%,Sn0.013%~0.02%,且AF=Mn+2.4Cu+3.2Cr+20Sn=1.56%~2.0%,S 0.006%~0.015%,Mg 0.025%~0.05%,RE≤0.02%,余量为Fe,所述球铁生产方法包括,用高纯生铁、废钢和回炉铁电炉熔炼,优化化学成分,盖包法球化处理,三次孕育,获得的球铁具有较高的强度和伸长率,不需要热处理,生产中不加入Ni、Mo等贵金属,铸态下抗拉强度Rm≥700MPa、延伸率A≥10%。以上两个发明专利采用的是高碳低硅技术路线,球化方式采用盖包法球化,存在操作较复杂、质量不稳定等缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的缺陷,提供一种高强度高伸长率球墨铸铁及其制备方法。
为解决这一技术问题,本发明提供了一种高强度高伸长率球墨铸铁,各成分的重量百分比如下:
C:3.3~3.7%,Si:2.9~3.5%,Mn:0.1~0.3%,S:0.001~0.02%,P:0.001~0.03%,Cu:0.6~1.0%,Cr:0.02~0.10%,Sb:0.001~0.005%,Mg:0.03~0.06%,Re:0.001~0.015%,其余为Fe。
优选的,所述高强度高伸长率球墨铸铁各成分的重量百分比如下:C:3.59%,Si:3.12%,Mn:0.24%,S:0.015%,P:0.025%,Cu:0.89%,Cr:0.08%,Sb:0.0030%,Mg:0.050%,Re:0.010%,其余为Fe。
优选的,所述高强度高伸长率球墨铸铁各成分的重量百分比如下:C:3.45%,Si:3.38%,Mn:0.24%,S:0.013%,P:0.028%,Cu:0.94%,Cr:0.07%,Sb:0.0026%,Mg:0.043%,Re:0.008%,其余为Fe。
优选的,所述高强度高伸长率球墨铸铁各成分的重量百分比如下:C:3.53%,Si:3.21%,Mn:0.24%,S:0.014%,P:0.026%,Cu:0.87%,Cr:0.08%,Sb:0.0032%,Mg:0.040%,Re:0.009%,其余为Fe。
本发明还提供了一种高强度高伸长率球墨铸铁的制备方法,其特征在于:包括如下步骤:
1)将废钢、生铁、回炉料、金属合金、增碳剂等加入电炉内熔炼,将炉内原铁液化学成分质量百分比调整为:C 3.4%~3.8%,Si 2.4%~2.9%,Mn:0.1~0.3%,S:0.001~0.018%,P:0.001~0.03%,Cu:0.65~1.0%,Cr:0.05~0.10%,Sb:0.001~0.005%,其余为Fe,得到原铁液;
2)原铁液出炉温度1490℃~1510℃,严格控制铁液重量,出铁完成后加清渣剂,扒清渣得到纯净原铁液;
3)在球化包内用喂丝法加入原铁液重量0.4~0.45%的球化剂和0.6~0.65%的孕育剂进行球化和孕育处理;
4)处理完成后加清渣剂,扒清浮渣,倒入浇注包,得铁液,加覆盖剂,进行浇注。
所述步骤1)中的增碳剂各组分的重量百分比为:C≥98%,S<0.05%挥发物<0.8%,灰分<4%,粒度0.5~6mm。
所述步骤3)中的球化剂为球化包芯线,各组分的重量百分比为:Mg:28~32%,Re:1.5~2%,Si:41~50%,Ca:1.5~2.5%,MgO:≤2.0%,Fe余量。
所述步骤3)中的孕育剂为孕育包芯线,各组分的重量百分比为:Ba:5.0~6.0%,Ca:2.0~2.5%,Si:54~65%,Al:≤1.0%,Fe余量。
铁液浇注温度控制在1410℃~1350℃范围内,浇注过程中用铁液重量0.05%的硅钡孕育剂进行瞬时孕育,浇注时间不超过15分钟。
所述硅钡孕育剂各组分的重量百分比为:Si:70~78%,Ba:3.0~5.0%,Ca:1.0~2.0%,Al:≤1.5%,Fe余量,粒度0.2~0.7mm。
有益效果:本发明与现有技术的球墨铸铁相比具有以下特征:提高组成中硅(Si)含量、加入锑(Sb)和严格控制硫(S)、磷(P)、铬(Cr)等含量;1)较大幅度的提高硅量,充分利用硅固溶强化的作用,增加基体抗拉强度,从而放宽铁素体允许含量变动对强度和伸长率的影响,通过变化铜、锰含量调整铁素体、珠光体比例,获得高强度高伸长率球墨铸铁;2)加入适量的锑提高基体的珠光体量、增加强度,提高石墨的圆整度;3)对出炉温度、浇注温度、浇注时间等工艺参数进行合理控制,对球化剂、孕育剂的加入方法进行改进,提高了镁的吸收率,强化了球化和孕育效果,提高了抗孕育衰退能力,提高了铸件的球化率和石墨球数量。4)该种球墨铸铁材料通过采用一定的化学成分组成和工艺参数控制,获得圆度更高、数量更多的石墨球,获得一定铁素体和珠光体比例含量的基体组织,从而能够稳定生产铸态情况下本体抗拉强度达到700MPa、屈服强度Rp0.2≥440MPa、伸长率≥10%的球墨铸铁铸件,具有较高强度的同时,具有较高的伸长率。
具体实施方式
本发明提供了一种高强度高伸长率球墨铸铁,各成分的重量百分比如下:C:3.3~3.7%,Si:2.9~3.5%,Mn:0.1~0.3%,S:0.001~0.02%,P:0.001~0.03%,Cu:0.6~1.0%,Cr:0.02~0.10%,Sb:0.001~0.005%,Mg:0.03~0.06%,Re:0.001~0.015%,其余为Fe。
本发明技术方案采取中碳高硅的技术路线,较大幅度的提高硅含量,变化铜、锰含量以调整铁素体、珠光体比例,加入微量合金化元素锑(Sb),严格控制硫(S)、磷(P)、铬(Cr)等含量,可获得圆度更高、数量更多的石墨球,获得一定铁素体和珠光体比例含量的基体组织,能够稳定生产铸态情况下具有较高强度和较高的伸长率的铸件;提高了铸件性能,满足了重型载重汽车支架类铸件的使用要求。
本发明的制备方法,包括如下步骤:
1)将废钢、生铁、回炉料、金属合金、增碳剂等加入电炉内熔炼,将炉内原铁液化学成分质量百分比调整为:C 3.4%~3.8%,Si 2.4%~2.9%,Mn:0.1~0.3%,S:0.001~0.018%,P:0.001~0.03%,Cu:0.65~1.0%,Cr:0.05~0.10%,Sb:0.001~0.005%,其余为Fe,得到原铁液;
2)原铁液出炉温度1490℃~1510℃,严格控制铁液重量,出铁完成后加清渣剂,扒清渣得到纯净原铁液;
3)在球化包内用喂丝法加入原铁液重量0.4~0.45%的球化剂和0.6~0.65%的孕育剂进行球化和孕育处理;
4)处理完成后加清渣剂,扒清浮渣,倒入浇注包,得铁液,加覆盖剂,进行浇注。
所述步骤1)中的增碳剂各组分的重量百分比为:C≥98%,S<0.05%挥发物<0.8%,灰分<4%,粒度0.5~6mm。
所述步骤3)中的球化剂为球化包芯线,各组分的重量百分比为:Mg:28~32%,Re:1.5~2%,Si:41~50%,Ca:1.5~2.5%,MgO:≤2.0%,Fe余量。
所述步骤3)中的孕育剂为孕育包芯线,各组分的重量百分比为:Ba:5.0~6.0%,Ca:2.0~2.5%,Si:54~65%,Al:≤1.0%,Fe余量。
铁液浇注温度控制在1410℃-1350℃范围内,浇注过程中用铁液重量0.05%的硅钡孕育剂进行瞬时孕育,浇注时间不超过15分钟。
所述硅钡孕育剂各组分的重量百分比为:Si:70~78%,Ba:3.0~5.0%,Ca:1.0~2.0%,Al:≤1.5%,Fe余量,粒度0.2~0.7mm。
实施例1
所述高强度高伸长率球墨铸铁各成分的重量百分比如下:C:3.59%,Si:3.12%,Mn:0.24%,S:0.015%,P:0.025%,Cu:0.89%,Cr:0.08%,Sb:0.0030%,Mg:0.050%,Re:0.010%,其余为Fe。
在2吨中频电炉内按配料成份加入废钢、生铁、回炉料及合金,熔炼后原铁液主要元素的重量百分比为C:3.67%,Si:2.44%,Mn:0.26%,S:0.023%,P:0.026%,Cu:0.86%,Cr:0.08%,Sb:0.0031%,其余为Fe等。当铁水温度达到1508℃时出炉到球化包,出铁液2000公斤,在球化包内用喂丝法加入原铁液重量0.45%的球化剂,随后在球化包内用喂丝法加入0.62%的孕育剂,扒渣后倒入浇注包,得铁液,加覆盖剂,用此铁液在1405℃开始浇注重卡支架,浇注完成时间8分钟,浇注过程中用铁液重量0.05%的硅钡孕育剂进行瞬时孕育。
得到本实施例1铸件最终化学成分重量百分比,所得球墨铸铁单铸试棒抗拉强度Rm=726MPa、屈服强度Rp0.2=450MPa、伸长率12.1%、硬度214HBW;铸件规定部位试样抗拉强度Rm=725MPa、屈服强度Rp0.2=440MPa、伸长率10.6%、表面硬度216HBW。
实施例2
所述高强度高伸长率球墨铸铁各成分的重量百分比如下:C:3.45%,Si:3.38%,Mn:0.24%,S:0.013%,P:0.028%,Cu:0.94%,Cr:0.07%,Sb:0.0026%,Mg:0.043%,Re:0.008%,其余为Fe。
在2吨中频电炉内按配料成份加入废钢、生铁、回炉料及合金,熔炼后原铁液主要元素的重量百分比为C:3.56%,Si:2.78%,Mn:0.23%,S:0.019%,P:0.028%,Cu:0.93%,Cr:0.07%,Sb:0.0027%,其余为Fe等。当铁水温度达到1497℃时出炉到球化包,出铁液2000公斤,在球化包内用喂丝法加入原铁液重量0.41%的球化剂,随后在球化包内用喂丝法加入0.60%的孕育剂,扒渣后倒入浇注包,得铁液,加覆盖剂,用此铁液在1400℃开始浇注重卡支架,浇注完成时间8.5分钟,浇注过程中用铁液重量0.05%的硅钡孕育剂进行瞬时孕育。
得到本实施例2铸件最终化学成分重量百分比,所得球墨铸铁单铸试棒抗拉强度Rm=743MPa、屈服强度Rp0.2=462MPa、伸长率11.5%、硬度217HBW;铸件规定部位试样抗拉强度Rm=732MPa、屈服强度Rp0.2=455MPa、伸长率9.7%、表面硬度221HBW。
实施例3
所述高强度高伸长率球墨铸铁各成分的重量百分比如下:C:3.53%,Si:3.21%,Mn:0.24%,S:0.014%,P:0.026%,Cu:0.87%,Cr:0.08%,Sb:0.0032%,Mg:0.040%,Re:0.009%,其余为Fe。
在2吨中频电炉内按配料成份加入废钢、生铁、回炉料及合金,熔炼后原铁液主要元素的重量百分比为C:3.62%,Si:2.54%,Mn:0.25%,S:0.021%,P:0.025%,Cu:0.88%,Cr:0.09%,Sb:0.0032%,其余为Fe等。当铁水温度达到1505℃时出炉到球化包,出铁液2000公斤,在球化包内用喂丝法加入原铁液重量0.42%的球化剂,随后在球化包内用喂丝法加入0.65%的孕育剂,扒渣后将铁水倒入到浇注包,得铁液,加覆盖剂,用此铁液在1396℃开始浇注重卡支架,浇注完成时间8.5分钟,浇注过程中用铁液重量0.05%的硅钡孕育剂进行瞬时孕育。
得到本实施例3铸件最终化学成分重量百分比,所得球墨铸铁单铸试棒抗拉强度Rm=731MPa、屈服强度Rp0.2=452MPa、伸长率10.9%、硬度208HBW;铸件规定部位试样抗拉强度Rm=717MPa、屈服强度Rp0.2=438MPa、伸长率9.0%、表面硬度215HBW。
本发明与现有技术的球墨铸铁相比具有以下特征:提高组分中硅(Si)含量、加入锑(Sb)和严格控制硫(S)、磷(P)、铬(Cr)等含量;
1)较大幅度的提高硅量,充分利用硅固溶强化的作用,硅不仅强化基体中的铁素体,还能强化珠光体中的片间铁素体,所以增加硅含量,可增加基体抗拉强度,从而放宽铁素体允许含量变动对强度和伸长率的影响,可通过变化铜、锰含量调整铁素体、珠光体比例,获得高强度高伸长率球墨铸铁;
2)加入适量的锑不仅能提高基体的珠光体量、增加强度,还可以提高石墨的圆整度,微量锑的加入对延伸率降低的影响不大;
3)对出炉温度、浇注温度、浇注时间等工艺参数进行合理控制,对球化剂、孕育剂的加入方法进行改进,提高了镁的吸收率,强化了球化和孕育效果,提高了抗孕育衰退能力,提高了铸件的球化率和石墨球数量。
4)该种球墨铸铁材料通过采用一定的化学成分组成和工艺参数控制,获得圆度更高、数量更多的石墨球,获得一定铁素体和珠光体比例含量的基体组织,从而能够稳定生产铸态情况下本体抗拉强度达到700MPa、屈服强度Rp0.2≥440MPa、伸长率≥10%的球墨铸铁铸件,具有较高强度的同时,具有较高的伸长率。
以上实例具体细节仅是为了说明本发明,并不代表本发明构思的全部技术方案,对于本领域技术人员来说,在本专利构思及具体实例启示下,能够从本专利公开内容及常识直接导出或联想到一些变形,本领域普通技术人员将意识到可采用其他方法,或现有常用公知技术的替代,以及特征间的相互不同组合,例如球化剂、孕育剂牌号的改变等等的非实质性改动,同样可以被应用,都能实现本专利描述力学性能,不再一一举例展开细说,均属本专利保护范围。

Claims (10)

1.一种高强度高伸长率球墨铸铁,其特征在于:各成分的重量百分比如下:C:3.3~3.7%,Si:2.9~3.5%,Mn:0.1~0.3%,S:0.001~0.02%,P:0.001~0.03%,Cu:0.6~1.0%,Cr:0.02~0.10%,Sb:0.001~0.005%,Mg:0.03~0.06%,Re:0.001~0.015%,其余为Fe。
2.根据权利要求1所述的高强度高伸长率球墨铸铁,其特征在于:各成分的重量百分比如下:C:3.59%,Si:3.12%,Mn:0.24%,S:0.015%,P:0.025%,Cu:0.89%,Cr:0.08%,Sb:0.0030%,Mg:0.050%,Re:0.010%,其余为Fe。
3.根据权利要求1所述的高强度高伸长率球墨铸铁,其特征在于:各成分的重量百分比如下:C:3.45%,Si:3.38%,Mn:0.24%,S:0.013%,P:0.028%,Cu:0.94%,Cr:0.07%,Sb:0.0026%,Mg:0.043%,Re:0.008%,其余为Fe。
4.根据权利要求1所述的高强度高伸长率球墨铸铁,其特征在于:各成分的重量百分比如下:C:3.53%,Si:3.21%,Mn:0.24%,S:0.014%,P:0.026%,Cu:0.87%,Cr:0.08%,Sb:0.0032%,Mg:0.040%,Re:0.009%,其余为Fe。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的高强度高伸长率球墨铸铁的制备方法,其特征在于:包括如下步骤:
1)将废钢、生铁、回炉料、金属合金、增碳剂等加入电炉内熔炼,将炉内原铁液化学成分质量百分比调整为:C 3.4%~3.8%,Si 2.4%~2.9%,Mn:0.1~0.3%,S:0.001~0.018%,P:0.001~0.03%,Cu:0.65~1.0%,Cr:0.05~0.10%,Sb:0.001~0.005%,其余为Fe,得到原铁液;
2)原铁液出炉温度1490℃~1510℃,严格控制铁液重量,出铁完成后加清渣剂,扒清渣得到纯净原铁液;
3)在球化包内用喂丝法加入原铁液重量0.4~0.45%的球化剂和0.6~0.65%的孕育剂进行球化和孕育处理;
4)处理完成后加清渣剂,扒清浮渣,倒入浇注包,得铁液,加覆盖剂,进行浇注。
6.根据权利要求5所述的高强度高伸长率球墨铸铁的制备方法,其特征在于:所述步骤1)中的增碳剂各组分的重量百分比为:C≥98%,S<0.05%挥发物<0.8%,灰分<4%,粒度0.5~6mm。
7.根据权利要求5所述的高强度高伸长率球墨铸铁的制备方法,其特征在于:所述步骤3)中的球化剂为球化包芯线,各组分的重量百分比为:Mg:28~32%,Re:1.5~2%,Si:41~50%,Ca:1.5~2.5%,MgO:≤2.0%,Fe余量。
8.根据权利要求5所述的高强度高伸长率球墨铸铁的制备方法,其特征在于:所述步骤3)中的孕育剂为孕育包芯线,各组分的重量百分比为:Ba:5.0~6.0%,Ca:2.0~2.5%,Si:54~65%,Al:≤1.0%,Fe余量。
9.根据权利要求5所述的高强度高伸长率球墨铸铁的制备方法,其特征在于:铁液浇注温度控制在1410℃-1350℃范围内,浇注过程中用铁液重量0.05%的硅钡孕育剂进行瞬时孕育,浇注时间不超过15分钟。
10.根据权利要求9所述的高强度高伸长率球墨铸铁的制备方法,其特征在于:所述硅钡孕育剂各组分的重量百分比为:Si:70~78%,Ba:3.0~5.0%,Ca:1.0~2.0%,Al:≤1.5%,Fe余量,粒度0.2-0.7mm。
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