CN109280845B - 高强韧性铬球铁 - Google Patents

Abstract

本发明提出了高强韧性铬球铁，最终化学成分按质量百分比为：C为3.4～4.0%，Si为1.7～2.8%，Mn为0.2—0.6%，P<0.07%，S<0.025%，Cr为0.4～0.6%，Ce为0.015～0.04%，Mg为0.03～0.06%，其余是Fe；通过以下步骤获得高强韧性铬球铁材料：（1）铁水熔炼；（2）球化处理；（3）快速测定球化处理后铁水的实际碳当量，以碳当量为4‑4.06%的范围来计算孕育剂的加入量，所述孕育剂为75％硅铁；（4）随流孕育及浇注，冷却后翻砂出件，制得高强韧性铬球铁材料的铸件。本发明选配合理的化学成分，把Cr的加入量提高到0.4～0.6%，球化处理后调整碳当量，以获得高含量的珠光体，通过随流孕育及浇注过程，最终得到高力学性能的铸态球铁，铸态球铁的常规力学性能就能达国家标准牌号QT600‑3~QT900‑2的性能要求。

Description

高强韧性铬球铁

技术领域

本发明属于球墨铸铁材料领域，尤其是高强韧性铬合金球墨铸铁，简称高强韧性铬球铁。

背景技术

国外制造高强度球铁时，都加入一些贵金属，如铜、镍、钼、锡等，生产成本是很高的。早在上世纪的50年代，美国和前苏联都曾研究过加铬合金的球铁曾试图应用于汽车和拖拉零件的生产，但都未能解决其存在的不良问题而归于失败。随后各国许多重量级专家和权威著作，均认定球铁的合金化元素只能是铜、镍、钼、锡等贵金属，而铬是球铁有害元素，应严格控制，不得加入，我国的专家和权威著作也有相似的结论。

经过多年的研究和生产实践证明，加入铬元素的新品种球墨铸铁，不但生产成本显著较低，且其疲劳性能超群，铸造工艺性甚佳。前阶段数十年的时间里，这种材料在铸态条件下，牌号为QT600-3，QT700-2的铬球铁，已应用于生产各种铸件，特别是应用于大马力曲轴时，可取代高强度合金钢，曲轴本体安全系数及耐久性能，显著超过高合钢曲轴有巨大的经济效益。

发明内容

本发明提出高强韧性铬球铁，具备好的强度和韧性，不需经过任何热处理，铸态的常规力学性能就能达国家标准牌号QT600-3~QT800-2的性能要求。

高强韧性铬球铁，其特征在于：最终化学成分按质量百分比为：C为3.4～4.0%，Si为1.7～2.8%， Mn为0.2—0.6%，P<0.07%，S <0.025%， Cr为0.4～0.6%，Ce为0.015～0.04%，Mg为0.03～0.06%，其余是Fe；并通过以下步骤获得高强韧性铬球铁材料：

（1）铁水熔炼：炉料选用球生铁和废钢，按质量百分比配比为：球墨铸铁用生铁Q10为55-75%，废钢为25-45%；并加入铬铁，控制铁水中的Cr含量为0.4～0.6%；并保证球化处理前铁水化学成分；

（2）球化处理：球化剂为FeSiMg5RE1，粒度为10-30mm，加入量为处理铁水重量的1.0 %～1.5%，球化处理温度控制在1480-1540℃，保证铁水化学成分；

（3）快速测定球化处理后铁水的实际碳当量，以碳当量为4-4.06%的范围来计算孕育剂的加入量，所述孕育剂为75％硅铁；

（4）随流孕育及浇注：控制浇注温度1320—1450℃，采用随流孕育工艺在砂型浇注时加入孕育剂75％硅铁，75％硅铁的粒度为0.2-0.6毫米；冷却后翻砂出件，制得高强韧性铬球铁材料的铸件。

本发明的有益效果是：克服现有技术中“铬是球铁有害元素，应严格控制”的技术缺陷，把铬的加入量提升到0.4～0.6%，通过在浇注前控制铁水碳当量为4-4.06%的范围来进行随流孕育加入硅铁孕育剂，在第一时间孕育剂就与Mg、Ce、Cr等的氧化物(结晶核基)相遇，产生大量SiO2晶核，为碳以石墨的形态抢先析出创造条件，从而抑制游离渗碳体的产生；并且，通过控制铁水碳当量为4-4.06%，使组织中获得80％以上的珠光体，不产生游离渗碳体或网状渗碳体；凝固过程的共晶、共析过程结束，奥氏体的铬原子便进入珠光体，来不及返回奥氏体的铬原子，便偏析在晶界；由于珠光体量高，被吸收的铬原子就增多，晶界上的铬也就减少、甚至没有或难以发现铬原子的存在；当铬进入渗碳体后，形成合金渗碳体（Fe，Cr）3C，由于原子排列的改变，性能也随之有差别，（Fe，Cr）3C有相当高的强韧性，使铬球铁具有高强韧性，铸态的常规力学性能就能达国家标准牌号QT600-3~QT900-2的性能要求。

附图说明

图1为碳当量与珠光体含量的关系图。

图2为铬在奥氏体溶解度的动态变化图。

图3为(Fe,Cr)3C电子衍射结构图。

具体实施方式

下面，结合实施例进一步描述本发明。

实施例1

高强韧性铬球铁，最终化学成分按质量百分比为：C为3.4～4.0%，Si为1.7～2.8%，Mn为0.2—0.6%，P<0.07%，S <0.025%， Cr为0.4～0.6%，Ce为0.015～0.04%，Mg为0.03～0.06%，其余是Fe；并通过以下步骤获得高强韧性铬球铁材料：

（1）铁水熔炼：炉料选用球生铁和废钢，按质量百分比配比为：球墨铸铁用生铁Q10为55-75%，废钢为25-45%；并加入铬铁，控制铁水中的Cr含量为0.5～0.55%；并保证球化处理前铁水化学成分；

（2）球化处理：球化剂为FeSiMg5RE1，粒度为15mm，加入量为处理铁水重量的1.2%，球化处理温度控制在1480-1520℃，保证铁水化学成分；

（3）快速测定球化处理后铁水的实际碳当量，以碳当量为4.02%来计算孕育剂的加入量，所述孕育剂为75％硅铁；

（4）随流孕育及浇注：控制浇注温度1390—1420℃，采用随流孕育工艺在砂型浇注时加入孕育剂75％硅铁，75％硅铁的粒度为0.3毫米；冷却后翻砂出件，制得高强韧性铬球铁材料的铸件。

图1是碳当量与珠光体含量的关系图，经过长期的实践与理论的研究和计算，找出碳当量CE与珠光体P的含量存在密切相关， 调整碳当量CE，就可灵活的实现对珠光体P的含量量控制；从图1可以看出，实施例1控制碳当量为4.02%，经检测获得92.5％的珠光体。

结合图2，进一步阐述铬在奥氏体溶解度的动态变化，奥氏体转变是球铁最重要的凝固转变过程，从中可了解到铬在奥氏体内溶解度的变化规律，并解开铬在晶界偏析的神秘面纱，

此过程包涵共晶与共析两个阶段：

共晶阶段，铬随温度的降低而降低，随温度的下降，铬量则不断减少，到1150℃时（共晶温度），铬在奥氏体中的溶解度达到最低（为0.2%），从奥氏体及残余铁液中排出的铬，除溶入其它相或附于石墨球者外，便滞留在晶界上；

共析阶段，富集在晶界上的铬原子，向奥氏体内迁移，奥氏体内铬量随温度的降低而升高；

共析阶段结束，来不及返回的铬原子，便偏析在晶界。

经实践证明，铬在晶界的偏析量与珠光体的含量量有关；光体的含量越高，被吸收的铬原子就增多，晶界上的铬原子也就减少、甚至没有或难以发现铬原子的存在。

本发明高强韧性铬球铁的强韧机理：渗碳体（Fe₃C）硬度高而质脆，当铬进入渗碳体后，便取代某些铁原子而形成合金渗碳体（Fe，Cr）₃C，由于原子排列的改变，性能也随之有差别，合金渗碳体Fe，Cr）₃C经试验数据证明却有相当的强韧性能，渗碳体高达10-30％时，仍然有高的力学性能（普通球铁或其它合金球含有8％的渗碳体时，伸长率就将为0，抗拉强度亦显著较低），使铬球铁具有高强韧性；如图3所示，是合金渗碳体(Fe,Cr)3C电子衍射结构图。

本发明中得到的高强韧性铬球铁材料的铸件，进行正火处理后，能达到QT900-2的性能；等温淬火可获特高强韧性能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的技术构思之内，所作的任何简单修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.高强韧性铬球铁，其特征在于：最终化学成分按质量百分比为：C为3.4～4.0%，Si为1.7～2.8%， Mn为0.2—0.6%，P<0.07%，S <0.025%， Cr为0.4～0.6%，Ce为0.015～0.04%，Mg为0.03～0.06%，其余是Fe；并通过以下步骤获得高强韧性铬球铁材料：

（1）铁水熔炼：炉料选用球生铁和废钢，按质量百分比配比为：球墨铸铁用生铁Q10为55-75%，废钢为25-45%；并加入铬铁，控制铁水中的Cr含量为0.4～0.6%；并保证球化处理前铁水化学成分；

（2）球化处理：球化剂为FeSiMg5RE1，粒度为10-30mm，加入量为处理铁水重量的1.0 %～1.5%，球化处理温度控制在1480-1540℃，保证铁水化学成分；

（3）快速测定球化处理后铁水的实际碳当量，以碳当量为4-4.06%的范围来计算孕育剂的加入量，所述孕育剂为75％硅铁；

（4）随流孕育及浇注：控制浇注温度1320—1450℃，采用随流孕育工艺在砂型浇注时加入孕育剂75％硅铁，75％硅铁的粒度为0.2-0.6毫米；冷却后翻砂出件，制得高强韧性铬球铁材料的铸件。

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