CN109295383A - 一种高强度高延伸的球墨铸铁件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度高延伸的球墨铸铁件及其制备方法，以质量百分含量计，包含如下各组分，各组分占所述球墨铸铁件的质量分数为：C:3.1～3.3％、Si：4.1～4.3％、0＜Mn≤0.2％、0＜P≤0.05％、0＜S≤0.02％、0＜Cu≤0.05％、0＜Sn≤0.01％、Mg：0.03～0.045％、0＜Cr≤0.05％、0＜Ti≤0.05％、0＜Ni≤0.02％、0＜Al≤0.04％、0＜Mo≤0.03％、0＜Co≤0.01％，其余为Fe和微量元素；制备方法：配料、熔融、检测组分含量是否合格、球化和孕育、浇铸、冷却、热处理，即可；本发明的球墨铸铁件能够兼具高强度和高延伸。

Description

一种高强度高延伸的球墨铸铁件及其制备方法
技术领域
本发明属于球墨铸铁领域，具体涉及一种高强度高延伸的球墨铸铁件及其制备方法。
背景技术
球墨铸铁是铸铁中的石墨呈现球状的一种铸铁，通过球化处理使石墨形成球状，这种球状石墨可使应力集中小，减小对基体的割裂。由于球墨铸铁的强度、塑度、韧性高，疲劳强度接近于中碳钢，耐磨性优于非合金钢，切削性能可与灰铸铁相媲美，制造成本低等优点，它受到了广泛的应用。
球墨铸铁的生产过程中，将不同配比的原料熔化后即可形成铁液，铁液的质量、球化孕育处理效果等对铸件的质量有着决定性的作用。铁液的质量好，则凝固时能够形成数量更多、更小的石墨球和共晶团，石墨球和共晶团越多、越细小，则铸件形成时的膨胀应力越大，从而能更有效地克服基体组织疏松，提高球墨铸铁的力学性能。因此，铁液的质量与最终的球墨铸铁的质量有直接关系，铁液的质量好坏又直接与原料的配比以及原料中各元素化学组分的含量有直接的关系。影响球墨铸铁质量的另外一个因素是球化过程，球化处理的目的是使石墨球化，同时除去硫和氧等活性元素。众所周知，在球墨铸铁的制备过程中，人们希望硫含量越低越好，普遍认为硫元素是一种有害元素，它的存在会破坏石墨形核的形成过程，进而影响球墨铸铁的力学性能等；另外，球化过程中，球化反应速率及整个球化反应时间决定着镁的吸收率、石墨的圆整度、数量及分布情况，而这些因素会影响球墨铸铁的力学性能。
现有球墨铸铁件一般都是高强度低延伸率或者低强度高延伸率，国标上的材料牌号都是QT700-2、QT600-3、QT500-7、QT400-15等，其中QT代表球墨铸铁，前面3个数字代表抗拉强度，如QT700-2，700代表抗拉强度≥700Mpa，后面数字代表延伸率，如-2，代表≥2％的延伸率；因此急需寻求一种能够实现高强度高延伸的球墨铸铁件。
基于此，本领域的技术人员作了如下一些改进，例如中国发明专利CN103572142A，其中公开了一种球墨铸铁的制备方法，此方法所制备的球墨铸铁具有高韧性，铁素体量和球化率均很高，铸件塑性、韧性大幅度提高，强度高、冲击强度高，球墨铸铁延伸率得到显著加强，抗拉强度≥600Mpa，延伸率≥8％，最高延伸率可达到12％，远远高于国家标准；又如中国发明专利CN104513926B，其中公开了高强度、高延伸率球墨铸铁及其制备方法，此专利所制球墨铸铁质量高，抗拉强度≥436MPa，屈服强度≥284MPa，布氏硬度≥161HB，延伸率≥20％，废品率≤8％；上述两个专利虽然实现了一定的较高强度或者较高延伸率，但仍稍显不足。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种改进的高强度高延伸的球墨铸铁件，其不仅能够实现高强度以及高延伸率，还能够实现其它力学性能的优异。
本发明同时还提供了一种高强度高延伸的球墨铸铁件的制备方法。
为解决以上技术问题，本发明采用的一种技术方案如下：
一种高强度高延伸的球墨铸铁件，所述球墨铸铁件包括如下组分：C、Si、Mn、P、S、Mg、Cr、Ti、Ni和Al，所述球墨铸铁件还包括：Sn、Cu、Mo和Co，其余为Fe和微量元素；
其中，以质量百分含量计，各组分占所述球墨铸铁件的质量分数为：C:3.1～3.3％、Si：4.1～4.3％、0＜Mn≤0.2％、0＜P≤0.05％、0＜S≤0.02％、0＜Cu≤0.05％、0＜Sn≤0.01％、Mg：0.03～0.045％、0＜Cr≤0.05％、0＜Ti≤0.05％、0＜Ni≤0.02％、0＜Al≤0.04％、0＜Mo≤0.03％、0＜Co≤0.01％。
根据本发明的一些优选方面，以质量百分含量计，各组分占所述球墨铸铁件的质量分数为：C:3.1～3.3％、Si：4.1～4.3％、0＜Mn≤0.2％、0＜P≤0.05％、0＜S≤0.02％、0＜Cu≤0.05％、0＜Sn≤0.01％、Mg：0.03～0.045％、0.001％＜Cr≤0.04％、0.001％＜Ti≤0.04％、0.001％＜Ni≤0.015％、0.001％＜Al≤0.03％、0.001％＜Mo≤0.02％、0.001％＜Co≤0.01％。
进一步优选地，以质量百分含量计，各组分占所述球墨铸铁件的质量分数为：C:3.1～3.3％、Si：4.1～4.3％、0＜Mn≤0.2％、0＜P≤0.05％、0＜S≤0.02％、0＜Cu≤0.05％、0＜Sn≤0.01％、Mg：0.03～0.045％、0.001％＜Cr≤0.04％、0.001％＜Ti≤0.03％、0.001％＜Ni≤0.015％、0.001％＜Al≤0.03％、0.001％＜Mo≤0.02％、0.001％＜Co≤0.008％。
根据本发明的一些具体方面，所述微量元素包括：V、Sb、Ce、As、Pb、Bi、Te和B；
其中，以质量百分含量计，各组分占所述球墨铸铁件的质量分数为：0＜V≤0.02％、0＜Sb≤0.003％、0＜Ce≤0.005％、0＜As≤0.007％、0＜Pb≤0.002％、0＜Bi≤0.001％、0＜Te≤0.003％和0＜B≤0.002％。
根据本发明的一些具体方面，以质量百分含量计，各组分占所述球墨铸铁件的质量分数为：0.001％＜V≤0.015％、0.001％＜Sb≤0.002％、0.001％＜Ce≤0.004％、0.001％＜As≤0.007％、0.001％＜Pb≤0.002％、0＜Bi≤0.001％、0.001％＜Te≤0.003％和0＜B≤0.0015％。
本发明提供的又一技术方案：一种上述所述的高强度高延伸的球墨铸铁件的制备方法，所述制备方法包括：
(1)按配方比例称取各组分，然后混合熔炼，得熔融液；
(2)检测步骤(1)所制得的所述熔融液中各组分含量，与所述配方比例进行比对，如一致，则进行下一步，若不符合，则通过加料调整以使检测的含量与所述配方比例相一致；
(3)向经步骤(2)检测合格的熔融液中加入球化剂和孕育剂进行球化和孕育处理；
(4)浇铸、冷却，即得所述球墨铸铁件；其中，所述浇铸过程采用随流孕育的方式，所述随流孕育采用的硫氧孕育剂的添加量占所述检测合格的熔融液的质量百分含量为0.05-0.2％，所述冷却进行的时间为大于等于8小时。
根据本发明的一些优选方面，步骤(1)中，所述混合熔炼的温度为1400-1600℃。
根据本发明的一些优选方面，步骤(3)中，所述球化和孕育处理的温度为1450-1550℃；
根据本发明的一些优选方面，步骤(3)中，所述球化剂的添加量占所述检测合格的熔融液的质量百分含量为1-1.5％。
根据本发明的一些优选方面，步骤(3)中，所述孕育剂的添加量占所述检测合格的熔融液的质量百分含量为0.3-1.2％。
根据本发明的一些优选方面，以质量百分含量计，
所述球化剂为埃肯镧系球化剂。
根据本发明的一些优选方面，所述孕育剂由75SiFe孕育剂和硅钡孕育剂构成，所述75SiFe孕育剂和所述硅钡孕育剂的投料质量比为1.2-3︰1。
根据本发明的一些优选方面，所述球化和孕育处理具体操作过程为：将所述球化剂先置于浇包底部，然后加入所述孕育剂，再附上一层铁屑，注入所述熔融液，即可；所述铁屑的添加量占所述检测合格的熔融液的质量百分含量为0.2-0.8％。
根据本发明的一些优选方面，所述制备方法还包括在所述冷却之后的步骤(5)，所述步骤(5)包括：将所述冷却之后所得的粗产品以小于等于100℃/h升温至900±10℃，保温4-5小时，随炉冷却至200℃以下出炉，即得所述球墨铸铁件。
根据本发明的一些具体方面，所述球墨铸铁件的各组分含量可以通过如下一些具体的物质调配，具体物质包括：生铁、废钢、球化剂、75SiFe孕育剂、硅钡孕育剂、硫氧孕育剂、增碳剂和铁屑等。其中，生铁可以选择如下组分的生铁：生铁C≥3.4％、Si：0.5-1.2％、Mn≤0.2％、P≤0.05％、S≤0.02％、Ti≤0.04％、Cr≤0.02％，其余为Fe和微量元素。废钢可以选择如下组分的废钢：C≤0.5％、Si≤0.45％、Mn≤0.2％、P≤0.02％、S≤0.025％、Cu≤0.02％、Sn≤0.005％、V≤0.005％、Sb≤0.001％、Cr≤0.03％、Ni≤0.02％、Mo≤0.02％、Ce≤0.005％、Al≤0.02％、As≤0.005％、Ti≤0.01％、Co≤0.01％，余量为Fe和微量元素。当然这只是本发明所需配方的一种具体添加方式，还可以有其它方式，在此不做具体赘述，只需要满足能够添加本发明配方量的元素即可。
由于上述技术方案的实施，本发明与现有技术相比具有如下优点：
本发明克服了现有技术中存在的高强度低延伸率或低强度高延伸率的情况，实现了同时兼具高强度和高延伸率的球墨铸铁件的生产制造，而且还在其它物理力学性能方面取得了优异的效果。
附图说明
图1为实施例1制备的球墨铸铁件的金相图；
图2为实施例1制备的球墨铸铁件腐蚀后的金相图；
图3为实施例2制备的球墨铸铁件的金相图；
图4为实施例2制备的球墨铸铁件腐蚀后的金相图；
图5为实施例3制备的球墨铸铁件的金相图；
图6为实施例3制备的球墨铸铁件腐蚀后的金相图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明；应理解，这些实施例是用于说明本发明的基本原理、主要特征和优点，而本发明不受以下实施例的范围限制；实施例中采用的实施条件可以根据具体要求做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
下述中，如无特殊说明，所有的原料均来自于商购或者通过本领域的常规方法制备而得。下述中，如无特殊说明，“％”均为质量百分含量。
实施例1
本实施例提供一种高强度高延伸的球墨铸铁件，所述球墨铸铁件包括如下组分：以质量百分含量计，各组分占所述球墨铸铁件的质量分数为：C:3.1％、Si:4.1％、Mn:0.15％、P:0.04％、S:0.015％、Cu:0.04％、Sn:0.008％、Mg：0.04％、Cr:0.03％、Ti:0.02％、Ni:0.015％、Al:0.03％、Mo:0.02％、Co:0.008％、V:0.015％、Sb:0.002％、Ce:0.003％、As:0.006％、Pb:0.0015％、Bi:0.001％、Te:0.002％和B:0.001％，其余为Fe和不可避免的杂质。
其制备方法如下：所述制备方法包括：
(1)按配方比例称取各组分，然后在1500～1550℃下混合熔炼，得熔融液；
(2)检测步骤(1)所制得的所述熔融液中各组分含量，与所述配方比例进行比对，如一致，则进行下一步，若不符合，则通过加料调整以使检测的含量与所述配方比例相一致；
(3)向经步骤(2)检测合格的熔融液中加入占所述检测合格的熔融液的质量百分含量为1.2％的球化剂和占所述检测合格的熔融液的质量百分含量为0.9％孕育剂(包括75SiFe孕育剂0.6％和硅钡孕育剂0.3％)进行球化和孕育处理；
具体为：将所述球化剂先置于浇包底部，然后加入75SiFe孕育剂和硅钡孕育剂，再附上一层铁屑，注入所述熔融液，在1480±10℃下球化和孕育，即可；所述铁屑的添加量占所述检测合格的熔融液的质量百分含量为0.5％；
(4)浇铸、冷却，其中，所述浇铸过程采用随流孕育的方式，所述随流孕育采用的硫氧孕育剂的添加量占所述检测合格的熔融液的质量百分含量为0.1％，所述冷却进行的时间为10小时；
(5)将所述冷却之后所得的粗产品以90℃/h升温至900±10℃，保温4-5小时，随炉冷却至200℃以下出炉，即得所述球墨铸铁件。
实施例2
本实施例提供一种高强度高延伸的球墨铸铁件，所述球墨铸铁件包括如下组分：以质量百分含量计，各组分占所述球墨铸铁件的质量分数为：C:3.2％、Si:4.2％、Mn:0.15％、P:0.04％、S:0.015％、Cu:0.04％、Sn:0.008％、Mg：0.04％、Cr:0.03％、Ti:0.02％、Ni:0.015％、Al:0.03％、Mo:0.02％、Co:0.008％、V:0.015％、Sb:0.002％、Ce:0.003％、As:0.006％、Pb:0.0015％、Bi:0.001％、Te:0.002％和B:0.001％，其余为Fe和不可避免的杂质。
其制备方法如下：所述制备方法包括：
(1)按配方比例称取各组分，然后在1500～1550℃下混合熔炼，得熔融液；
(2)检测步骤(1)所制得的所述熔融液中各组分含量，与所述配方比例进行比对，如一致，则进行下一步，若不符合，则通过加料调整以使检测的含量与所述配方比例相一致；
(3)向经步骤(2)检测合格的熔融液中加入占所述检测合格的熔融液的质量百分含量为1.1％的球化剂和占所述检测合格的熔融液的质量百分含量为0.9％孕育剂(包括75SiFe孕育剂0.6％和硅钡孕育剂0.3％)进行球化和孕育处理；
具体为：将所述球化剂先置于浇包底部，然后加入75SiFe孕育剂和硅钡孕育剂，再附上一层铁屑，注入所述熔融液，在1480±10℃下球化和孕育，即可；所述铁屑的添加量占所述检测合格的熔融液的质量百分含量为0.5％；
(4)浇铸、冷却，其中，所述浇铸过程采用随流孕育的方式，所述随流孕育采用的硫氧孕育剂的添加量占所述检测合格的熔融液的质量百分含量为0.1％，所述冷却进行的时间为10小时；
(5)将所述冷却之后所得的粗产品以90℃/h升温至900±10℃，保温4-5小时，随炉冷却至200℃以下出炉，即得所述球墨铸铁件。
实施例3
本实施例提供一种高强度高延伸的球墨铸铁件，所述球墨铸铁件包括如下组分：以质量百分含量计，各组分占所述球墨铸铁件的质量分数为：C:3.3％、Si:4.3％、Mn:0.15％、P:0.04％、S:0.015％、Cu:0.04％、Sn:0.008％、Mg：0.04％、Cr:0.03％、Ti:0.02％、Ni:0.015％、Al:0.03％、Mo:0.02％、Co:0.008％、V:0.015％、Sb:0.002％、Ce:0.003％、As:0.006％、Pb:0.0015％、Bi:0.001％、Te:0.002％和B:0.001％，其余为Fe和不可避免的杂质。
其制备方法如下：所述制备方法包括：
(1)按配方比例称取各组分，然后在1500～1550℃下混合熔炼，得熔融液；
(2)检测步骤(1)所制得的所述熔融液中各组分含量，与所述配方比例进行比对，如一致，则进行下一步，若不符合，则通过加料调整以使检测的含量与所述配方比例相一致；
(3)向经步骤(2)检测合格的熔融液中加入占所述检测合格的熔融液的质量百分含量为1.1％的球化剂和占所述检测合格的熔融液的质量百分含量为1％孕育剂(包括75SiFe孕育剂0.6％和硅钡孕育剂0.4％)进行球化和孕育处理；
具体为：将所述球化剂先置于浇包底部，然后加入75SiFe孕育剂和硅钡孕育剂，再附上一层铁屑，注入所述熔融液，在1480±10℃下球化和孕育，即可；所述铁屑的添加量占所述检测合格的熔融液的质量百分含量为0.5％；
(4)浇铸、冷却，其中，所述浇铸过程采用随流孕育的方式，所述随流孕育采用的硫氧孕育剂的添加量占所述检测合格的熔融液的质量百分含量为0.1％，所述冷却进行的时间为10小时；
(5)将所述冷却之后所得的粗产品以90℃/h升温至900±10℃，保温4-5小时，随炉冷却至200℃以下出炉，即得所述球墨铸铁件。
对比例1
基本同实施例1，其区别仅在于将C的含量调整为3.5％。
对比例2
基本同实施例1，其区别仅在于将Si的含量调整为3％。
性能测试
将实施例1-3以及对比例1-2所制得的球墨铸铁件进行如下性能测试，具体参见表1。
表1
以上对本发明做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，且本发明不限于上述的实施例，凡根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高强度高延伸的球墨铸铁件，所述球墨铸铁件包括如下组分：C、Si、Mn、P、S、Mg、Cr、Ti、Ni和Al，其特征在于，所述球墨铸铁件还包括：Sn、Cu、Mo和Co，其余为Fe和微量元素；
其中，以质量百分含量计，各组分占所述球墨铸铁件的质量分数为：C:3.1～3.3％、Si：4.1～4.3％、0＜Mn≤0.2％、0＜P≤0.05％、0＜S≤0.02％、0＜Cu≤0.05％、0＜Sn≤0.01％、Mg：0.03～0.045％、0＜Cr≤0.05％、0＜Ti≤0.05％、0＜Ni≤0.02％、0＜Al≤0.04％、0＜Mo≤0.03％、0＜Co≤0.01％。
2.根据权利要求1所述的高强度高延伸的球墨铸铁件，其特征在于，以质量百分含量计，各组分占所述球墨铸铁件的质量分数为：C:3.1～3.3％、Si：4.1～4.3％、0＜Mn≤0.2％、0＜P≤0.05％、0＜S≤0.02％、0＜Cu≤0.05％、0＜Sn≤0.01％、Mg：0.03～0.045％、0.001％＜Cr≤0.04％、0.001％＜Ti≤0.04％、0.001％＜Ni≤0.015％、0.001％＜Al≤0.03％、0.001％＜Mo≤0.02％、0.001％＜Co≤0.01％。
3.根据权利要求2所述的高强度高延伸的球墨铸铁件，其特征在于，以质量百分含量计，各组分占所述球墨铸铁件的质量分数为：C:3.1～3.3％、Si：4.1～4.3％、0＜Mn≤0.2％、0＜P≤0.05％、0＜S≤0.02％、0＜Cu≤0.05％、0＜Sn≤0.01％、Mg：0.03～0.045％、0.001％＜Cr≤0.04％、0.001％＜Ti≤0.03％、0.001％＜Ni≤0.015％、0.001％＜Al≤0.03％、0.001％＜Mo≤0.02％、0.001％＜Co≤0.008％。
4.根据权利要求1-3中任一项权利要求所述的高强度高延伸的球墨铸铁件，其特征在于，所述微量元素包括：V、Sb、Ce、As、Pb、Bi、Te和B；
其中，以质量百分含量计，各组分占所述球墨铸铁件的质量分数为：0＜V≤0.02％、0＜Sb≤0.003％、0＜Ce≤0.005％、0＜As≤0.007％、0＜Pb≤0.002％、0＜Bi≤0.001％、0＜Te≤0.003％和0＜B≤0.002％。
5.根据权利要求4所述的高强度高延伸的球墨铸铁件，其特征在于，以质量百分含量计，各组分占所述球墨铸铁件的质量分数为：0.001％＜V≤0.015％、0.001％＜Sb≤0.002％、0.001％＜Ce≤0.004％、0.001％＜As≤0.007％、0.001％＜Pb≤0.002％、0＜Bi≤0.001％、0.001％＜Te≤0.003％和0＜B≤0.0015％。
6.一种权利要求1-5中任一项权利要求所述的高强度高延伸的球墨铸铁件的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
(1)按配方比例称取各组分，然后混合熔炼，得熔融液；
(2)检测步骤(1)所制得的所述熔融液中各组分含量，与所述配方比例进行比对，如一致，则进行下一步，若不符合，则通过加料调整以使检测的含量与所述配方比例相一致；
(3)向经步骤(2)检测合格的熔融液中加入球化剂和孕育剂进行球化和孕育处理；
(4)浇铸、冷却，即得所述球墨铸铁件；其中，所述浇铸过程采用随流孕育的方式，所述随流孕育采用的硫氧孕育剂的添加量占所述检测合格的熔融液的质量百分含量为0.05-0.2％，所述冷却进行的时间为大于等于8小时。
7.根据权利要求6所述的高强度高延伸的球墨铸铁件的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述混合熔炼的温度为1400-1600℃；和/或，步骤(3)中，所述球化和孕育处理的温度为1450-1550℃；
和/或，步骤(3)中，所述球化剂的添加量占所述检测合格的熔融液的质量百分含量为1-1.5％；和/或，步骤(3)中，所述孕育剂的添加量占所述检测合格的熔融液的质量百分含量为0.3-1.2％。
8.根据权利要求6所述的高强度高延伸的球墨铸铁件的制备方法，其特征在于，以质量百分含量计，
所述球化剂为埃肯镧系球化剂；和/或，所述孕育剂由75SiFe孕育剂和硅钡孕育剂构成，所述75SiFe孕育剂和所述硅钡孕育剂的投料质量比为1.2-3︰1。
9.根据权利要求6所述的高强度高延伸的球墨铸铁件的制备方法，其特征在于，所述球化和孕育处理具体操作过程为：将所述球化剂先置于浇包底部，然后加入所述孕育剂，再附上一层铁屑，注入所述熔融液，即可；所述铁屑的添加量占所述检测合格的熔融液的质量百分含量为0.2-0.8％。
10.根据权利要求6所述的高强度高延伸的球墨铸铁件的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括在所述冷却之后的步骤(5)，所述步骤(5)包括：将所述冷却之后所得的粗产品以小于等于100℃/h升温至900±10℃，保温4-5小时，随炉冷却至200℃以下出炉，即得所述球墨铸铁件。
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