CN108624807A

CN108624807A - 一种铸态高珠光体量高蠕化率蠕墨铸铁及其制备方法

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Publication number: CN108624807A
Application number: CN201710754261.6A
Authority: CN
Inventors: 陶栋; 杨忠; 李建平; 郭永春; 杨通; 马志军
Original assignee: Xian Technological University
Current assignee: Xi'an Hongsheng Metallurgical Technology Co ltd
Priority date: 2017-08-29
Filing date: 2017-08-29
Publication date: 2018-10-09
Anticipated expiration: 2037-08-29
Also published as: CN108624807B

Abstract

本发明公开了一种铸态高珠光体量高蠕化率蠕墨铸铁及其制备方法。是由重量百分比为C：3.5～3.8%，Si：2.2～2.4%，Mn：0.8～1%，Cu：0.2～0.4%，Mo：0～0.4%，Sn：0.08～0.1%，Cr：0.2～0.4%，Ni：0.2～0.5%，Nb：0.05～0.1%，S、P≤0.06%，余量为铁和原材料引入的杂质组成。本发明通过Mg‑RE蠕化方法控制，获得了高蠕化率（90～98%）的蠕墨铸铁；同时通过多种合金元素微量调控，可稳定获得高珠光体量（90%～100%）的蠕墨铸铁；其抗拉强度≥500MPa，延伸率≥1.5%，布氏硬度在230～260HBW，珠光体的显微硬度在300～320HV。本发明具有在服役工况极其恶劣的工作中良好的机械性能、耐热疲劳性能、抗热裂性和耐磨性优异的特点，控制方法过程简单，可稳定生产综合性能优异的铸件，适于工业化大规模生产。

Description

一种铸态高珠光体量高蠕化率蠕墨铸铁及其制备方法

技术领域

本发明属于金属材料领域，涉及铸态高珠光体量高蠕化率蠕墨铸铁的制备方法。

背景技术

重型载货汽车的制动鼓、高负荷内燃机缸体和气缸套等部件在服役过程中承受着强摩擦、高热负荷以及巨大的温度梯度，其服役工况极其恶劣，对这类部件材料的强度、耐磨性、耐热性和抗热疲劳性提出了更高的要求。目前一种综合性能优良的材料—蠕墨铸铁得到了较为广泛的研究应用，尤其是高珠光体量高蠕化率的蠕墨铸铁，具有良好的铸造性能、致密性的同时兼有更好的力学性能、耐热性和耐磨性。

但是，一般铸态的蠕墨铸铁由于其特殊的凝固特性，蠕墨铸铁蠕虫状石墨特征、碳及合金元素的偏析分布和冷却速度的影响，很难得到蠕化率稳定控制且珠光体含量很高的蠕墨铸铁。制备过程中很多因素影响蠕墨铸铁蠕化率的高低，包括凝固过程中熔体的化学成分（加入合金元素种类含量）、蠕化孕育处理工艺方法、浇铸过程中时间、温度、冷却速率等。铸态的蠕墨铸铁基体以铁素体为主，硬度低，强度、耐磨性、抗变形能力不足；为了得到更高的珠光体含量，往往通过热处理或者添加一两种合金获得，但这种珠光体的稳定性差，长期服役在热机械负荷的工况过程中，珠光体易分解导致材料的整体性能降低，近而导致部件失效。相关研究指出，单一添加某种高含量的合金元素（Cu、Mo、Sn、Cr等）很难得到全珠光体基体，且组织稳定性较差；为了得到高珠光体组织，多种合金微量添加是十分必要的强化手段。

为了得到一种综合性能优良，尤其是力学性能、耐热性、耐磨性和抗热疲劳性优异的蠕墨铸铁。如何通过成分优化设计、蠕化工艺方法调控，多种合金元素优选添加来获得，选择稳定的蠕化工艺方法和多种合金元素微量添加是制备高珠光体量高蠕化率的蠕墨铸铁一种有效且可行的方法。在公开号为CN 105755360A的专利申请中给出了“一种高珠光体蠕化稳定的蠕墨铸铁制备工艺”，它所制备的材料蠕化率、珠光体含量均大于80%，但90%以上则达不到，尤其是全珠光体基体。

发明内容

本发明的目的是要提供一种铸态高珠光体量高蠕化率蠕墨铸铁的制备方法，以克服现有重型载货汽车的制动鼓、高负荷内燃机缸体和气缸套等部件在服役过程中由于耐热性、耐热疲劳性和耐磨性、抗变形能力不足而损坏失效的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种铸态高珠光体量高蠕化率蠕墨铸铁及其制备方法，包括下述步骤：

一、备料熔炼：按重量配比备料，然后将生铁、废钢在中频感应电炉中熔化，再依次加入所需纯紫铜、锰铁、钼铁、铬铁、高纯电解镍、纯铌和补Si用75SiFe，炉前检验铁水的C3.5%～3.8%、S、P≤0.06%，铁水总质量控制在200～300Kg；

二、一次蠕化孕育处理：将铁水升温到1450℃-1480℃出铁液进行蠕化孕育处理，蠕化剂放入堤坝式包底，所述蠕化剂主要化学成分为Mg(4～6wt%)-La(6～8wt%)-Ce(2～6wt%)-Si(35～45wt%)-Ca(2～4wt%)-Al(0.5～1.5wt%)，其余为Fe，粒度15-30mm，加入量为铁水质量的0.4%～0.8%；孕育细化剂覆盖于蠕化剂上面，孕育细化剂为FeSi75，粒度8-15mm,加入量为铁水质量的0.4%～0.8%；之后再均匀撒入Sn粒，粒度1.5-3.5mm，撒入量为铁水质量的0.08-0.1%，该工序处理温度为1420℃～1460℃；

三、二次蠕化孕育处理：对包内铁水进行造渣、扒渣处理，使用稀土硅铁进行二次蠕化孕育处理，粒度为10-20mm，加入量为铁水质量的0.2%～0.4%，均匀撒入并搅拌15～25s；

四、浇注。

优选的，在温度降至1350℃～1380℃之间进行浇注，浇注过程中铁液充型平稳，保证浇注速度一致，8分钟内浇注完毕，冷却40分钟后进行打箱清理。

优选的，蠕墨铸铁化学成分是由重量百分比为C：3.5～3.8%，Si：2.2～2.4%，Mn：0.8～1%，Cu：0.2～0.4%，Mo：0～0.4%，Sn：0.08～0.1%，Cr：0.2～0.4%，Ni：0.2～0.5%，Nb：0.05～0.1%，S、P≤0.06%，余量为铁和原材料引入不可避免的杂质组成。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、制备工艺过程简单，易于稳定精确控制；两步法蠕化孕育处理效果好，尤其是第二次使用稀土硅进行蠕化孕育处理，再配合以搅拌，防止蠕化衰退，增加形核数量、细化组织的同时使组织和合金元素均匀分布。

2、通过本发明制备方法得到的铸态高珠光体量高蠕化率蠕墨铸铁，蠕化率大于90%，珠光体量大于90%，室温抗拉强度大于500MPa，延伸率大于1.5%，布氏硬度在230～260HBW范围内，珠光体的显微硬度在300～320HV范围内。

3、本发明材料性能好：高蠕化率（90～98%）保证导热性能好；多种合金元素最优化搭配不仅珠光体含量高（90%～100%），同时细化强化基体组织，因而同时具有高强度、耐热、抗疲劳、抗热裂、耐磨和铸造成型性能好的综合性能。

4、适用范围广：本发明产品使用寿命长，在柴油机缸体、气缸套、重型载货汽车的制动盘、刹车鼓、风电轮毂等铸件上具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例1所得放大100倍的石墨照片，由图可看出石墨均匀分布，蠕化率约为95%；

图2为本发明实施例1所得放大100倍的基体组织，由图可看出所制备材料由石墨和珠光体两相组成，珠光体含量近98%；

图3为本发明实施例1所得放大500倍的基体组织。

具体实施方式

下面结合附图和具体实例对本发明进行详细说明。

本发明建立了独特的蠕化工艺控制方法，多种合金元素最优化搭配使用，大大提高现役蠕墨铸铁材料的机械性能、耐热疲劳性能、抗热裂性和耐磨性通过本发明制备方法，得到的铸态高珠光体量高蠕化率蠕墨铸铁，是由重量百分比为C：3.5～3.8%，Si：2.2～2.4%，Mn：0.8～1%，Cu：0.2～0.4%，Mo：0～0.4%，Sn：0.08～0.1%，Cr：0.2～0.4%，Ni：0.2～0.5%，Nb：0.05～0.1%，S、P≤0.06%，余量为铁和原材料引入不可避免的杂质组成。

下面将通过具体的实施例对本发明进行详细地说明。

实施例1：

其化学组成由重量百分比：C3.6%、Si2.3%、Mn0.8%、Cu0.3%、Mo0.3%、Sn0.08%、Cr0.3%、Ni0.4%、Nb0.1%，余量为铁和不可避免的杂质组成。在300Kg中频感应熔炼炉中加入按配比称好的45#废钢、Q10生铁。加热待完全熔化后，再依次加所需纯紫铜、锰铁、钼铁、铬铁、高纯电解镍和纯铌，最后用FeSi75进行补Si，检验铁水的C3.58%、S0.03%、P0.034%，符合要求后，将炉内铁水升温到1480℃后出炉。

蠕化孕育处理：将炉内铁水升温到1480℃后进行一次蠕化孕育处理；蠕化剂放入堤坝式包底，孕育细化剂覆盖其上，并均匀撒入Sn粒，粒度1.5-3.5mm，撒入量为0.08%，处理完温度1450℃，蠕化剂为专用Mg-RE-Si蠕化剂，粒度15-25mm，加入量为0.5%；孕育细化剂为75Si-Fe，粒度8-12mm，加入量为0.8%。

对包内铁水进行造渣、扒渣处理，然后使用稀土硅铁进行二次蠕化孕育处理并均匀搅拌20s，加入量为0.4%；最后进行浇注，浇注温度1380℃，浇注过程中铁液充型平稳，尽量保证浇注速度一致，8分钟内浇注完毕，冷却40分钟后进行打箱清理。参见图1~图3，本实施例所述的铸态高珠光体量高蠕化率蠕墨铸铁，蠕化率95%，基体中珠光体98%，室温抗拉强度535MPa、520MPa、525MPa，延伸率1.7%、1.8%、2.0%，布氏硬度在250、255、258HBW，珠光体的显微硬度308、315、320HV。

实施例2：

其化学组成由重量百分比：C3.8%、Si2.0%、Mn1.0%、Cu0.4%、Mo0.2%、Sn0.1%、Cr0.25%、Ni0.4%、Nb0.05%，余量为铁和不可避免的杂质组成。在300Kg中频感应熔炼炉中加入按配比称好的45#废钢、Q10生铁。加热待完全熔化后，再依次加所需纯紫铜、锰铁、钼铁、铬铁、高纯电解镍和纯铌，最后用FeSi75进行补Si处理，检验铁水的C3.73%、S0.035%、P0.038%，符合要求后，将炉内铁水升温到1460℃出炉。

蠕化孕育处理：将炉内铁水升温到1460℃后，出铁水进行一次蠕化孕育处理；蠕化剂放入堤坝式包底，孕育细化剂覆盖其上，并均匀撒入Sn粒，粒度1.5-3.5mm，撒入量为0.1%，处理完温度1420℃，蠕化剂为专用Mg-RE-Si蠕化剂，粒度20-30mm,加入量为0.42%；孕育剂为75Si-Fe，粒度10-15mm，加入量为0.6%。

对包内铁水快速造渣、扒渣处理后进行使用稀土硅铁进行二次蠕化孕育处理并搅拌25s，加入量为0.25%；最后进行浇注，浇注温度1360℃，浇注过程中铁液充型平稳，尽量保证浇注速度一致，不断流；8分钟内浇注完毕，冷却40分钟后进行打箱清理。所述的铸态高珠光体量高蠕化率蠕墨铸铁，蠕化率90%，基体中珠光体近95%，室温抗拉强度510MPa、508MPa、515MPa，延伸率1.9%、2.0%、2.0%，布氏硬度在238、240、245HBW，珠光体的显微硬度300、310、315HV。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims

1.一种铸态高珠光体量高蠕化率蠕墨铸铁的制备方法，其特征在于：包括下述步骤：

四、浇注。

2.如权利要求1所述的铸态高珠光体量高蠕化率蠕墨铸铁的制备方法，其特征在于：在温度降至1350℃～1380℃之间进行浇注，浇注过程中铁液充型平稳，保证浇注速度一致，8分钟内浇注完毕，冷却40分钟后进行打箱清理。

3.如权利要求1所述的制备方法制得的铸态高珠光体量高蠕化率蠕墨铸铁的，其特征在于：蠕墨铸铁化学成分是由重量百分比为C：3.5～3.8%，Si：2.2～2.4%，Mn：0.8～1%，Cu：0.2～0.4%，Mo：0～0.4%，Sn：0.08～0.1%，Cr：0.2～0.4%，Ni：0.2～0.5%，Nb：0.05～0.1%，S、P≤0.06%，余量为铁和原材料引入不可避免的杂质组成。