CN109355454A - 一种高强度高韧性铸态qt700-8球墨铸铁件及其生产工艺 - Google Patents
一种高强度高韧性铸态qt700-8球墨铸铁件及其生产工艺 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于铸造新材料技术领域，具体涉及一种高强度高韧性铸态QT700‑8球墨铸铁件及其生产工艺。本发明以球墨铸铁用生铁、碳素废钢和回炉料为原材料，加入适量的铜和少量的锡合金配制而成。生产工艺主要是采用中频感应电炉熔炼铁液，在各种型式的造型机或造型线上以普通粘土湿型砂造型，稀土镁硅铁合金为球化剂，采用硅铁、硅钡和硅铋进行三次孕育处理，90分钟后脱箱得到高强度高韧性铸态QT700‑8球墨铸铁件。本发买那个铸件可满足现在对高强韧铸态球墨铸铁件的需求，特别是汽车零部件行业对球墨铸铁件轻量化的需求。
Description
技术领域
本发明属于铸造新材料技术领域，具体涉及一种高强度高韧性铸态QT700-8球墨铸铁件及其生产工艺。
背景技术
球墨铸铁件自1947年问世以来，因具有良好的力学性能和铸造性能得以迅速发展，已成为重要的工程材料，在工业生产中得到了广泛的应用。目前国家标准GB/T1348-2009《球墨铸铁件》规定的球墨铸铁件共有14个牌号，一般是低强度高延伸率或高强度低延伸率，这些牌号的球墨铸铁已经广泛的应用于各个领域，为国民经济发展做出了巨大贡献。但随着我国经济的快速发展和科技水平的提高，很多铸钢件产品逐渐要求由高强度高韧性的球墨铸铁件替代，特别是汽车工业的快速发展，商用车向着重载、高速、低能耗方向发展，汽车空载轻量化的需求不断增加，也催生了汽车零部件对高强度高韧性铸态球墨铸铁件的需求。
为适应高强度、高韧性的球墨铸铁件的需求，必须研发出一系列具有高强度、高韧性的新型球墨铸铁件材料，而目前国外该类产品的研发仅有瑞士的GF公司形成系列化产品，正进行推广应用阶段，国内对高强度高韧性球墨铸铁的研究主要是通过热处理后获得，还没有能够满足工业化批量生产的稳定工艺。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种高强度高韧性铸态QT700-8球墨铸铁件及其生产工艺，利用合金元素调控基体组织、微量元素复合增韧技术，在不同冷却速度下控制球墨铸铁微观组织，能够在普通造型机上利用普通粘土砂造型，实现在铸态条件下工业化稳定生产高强度高韧性铸态QT700-8球墨铸铁件，目的是提高球墨铸铁的综合力学性能，使其在具有较高强度的同时又具有高的伸长率，不仅增加产品的可靠性，而且为扩大球墨铸铁的应用范围创造了条件，从而满足机械零件对高强度高韧性球墨铸铁件的需求和适宜汽车零部件轻量化的要求。
本发明的高强度高韧性铸态QT700-8球墨铸铁件，其成分组成及质量百分比为：(3.50～3.80)％C，(2.70～3.0)％Si，Mn＜0.30％，P＜0.04％，S≤0.02％，(0.50～1.00)％Cu，Sn＜0.03％，Bi＜0.01％，余量为铁；其附铸国标Y型试块金相组织为：球化等级1～2级，球径大小6～7级，珠光体含量为(50～65)％；力学性能为：抗拉强度Rm≥700MPa，延伸率A≥8％。
本发明的高强度高韧性铸态QT700-8球墨铸铁件的生产工艺，按照以下步骤进行：
(1)配料：原料材料按一定质量百分比进行配制；
(2)熔炼工艺：将原材料加入感应电炉熔炼，待接近出铁温度时取样分析铁液成分，调整配料使成分合格后至1500℃～1520℃静置3～5min，扒渣出铁液；
(3)球化及孕育工艺：在堤坝式浇包的凹坑内按一定顺序加入FeSiMg8Re5球化剂、75硅铁及纯铜棒，每层捣平实后覆盖珍珠岩，将炉内符合要求的铁液冲入球化包中，球化反应完毕后造渣除渣，随后倒包孕育处理，在倒包过程中随铁液加入Sn和SiBa复合孕育剂，并充分搅拌铁液加盖珍珠岩后待用；
(4)造型：将混好的粘土湿型砂加入造型机中进行造型，型腔硬度大于75；
(5)浇注：将球化孕育后的纯净铁液吊入浇注位置进行浇注，浇注时随流加入SiBi孕育剂。
(6)脱箱：根据铸件壁厚和大小按要求进行开箱，开箱时间≥2h，得到高强度高韧性铸态QT700-8球墨铸铁件。
其中所述的原材料包括Q12生铁、碳素废钢、球铁回炉料、75硅铁、纯铜和纯锡。
所述的一定的质量百分比是使最终铸铁件成分为(3.50～3.80)％C，(2.70～3.0)％Si，Mn＜0.30％，P＜0.04％，S≤0.02％，(0.50～1.00)％Cu，Sn＜0.03％，Bi＜0.01％，余量为铁的比例。
与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是：
(1)本发明使用Si元素调控铁素体含量，并利用Si的合金化作用强化铁素体基体，从而提高球铁的强韧性；
(2)本发明利用Cu合金化调控珠光体含量，稳定并细化珠光体组织，强化基体组织，提高球铁的强度；
(3)本发明使用微量元素Sn、Bi复合细化石墨球；
(4)本发明利用根据铸件壁厚，利用开箱时间控制铸件组织的进一步均匀化和铸件应力消除，以调高铸件的性能，开箱时间一般不能低于2小时，通过控制铸件的冷却凝固速度。
本发明具有以下主要优势：
(1)本发明所用原材料与生产普通球墨铸铁件相同：球墨铸铁用生铁、碳素废钢、回炉料，75硅铁、纯铜、纯锡；
(2)本发明铸造工艺简单，适用于普通的粘土湿型砂，造型设备为微震压实造型机，熔炼设备为常用的感应电炉；
(3)本发明配料工艺和生产工艺适用于工业化批量生产，且力学性能的稳定性好。
附图说明
图1是本发明实施例1的QT700-8球墨铸铁件显微组织图；
图2是本发明实施例2的QT700-8球墨铸铁件显微组织图。
具体实施方式
本发明采用生产普通球墨铸铁的原材料进行配料，添加适量的铜对基体组织进行调控，并稳定和细化珠光体组织；使用微震压实造型机进行普通粘土湿型砂造型，利用感应电炉熔炼铁液，经过包内球化孕育、倒包孕育及随流孕育后进行浇注，在符合生产线规定的节拍下开箱后可得到所要求的高强度高韧性铸态球墨铸铁件。
本发明在普通的生产线上采用粘土湿型砂造型、感应电炉熔炼可以得到高强度高韧性的铸态球墨铸铁。其力学性能为：抗拉强度Rm≥700MPa，延伸率A≥8％；金相组织为：球化等级1～2级，球径大小6～7级，珠光体含量(50～65)％。
实施例1
本实施例的高强度高韧性铸态QT700-8球墨铸铁件，其成分组成及质量百分比为：3.50～3.60％C，2.85～3.00％Si，Mn＜0.30，P＜0.04％，S≤0.02％，0.50～0.70％Cu，Sn＜0.03％，余量为铁；其附铸国标Y型试块金相组织为：球化等级2级，石墨大小6～7级，珠光体含量为50％；力学性能：抗拉强度Rm＝722MPa，延伸率A＝9.6％。
其制备工艺为：
将普通粘土湿型砂填入砂箱后在微震压实造型机上造型，砂型的硬度平均值为81。原材料采用Q12生铁、碳素废钢、球墨铸铁回炉料，铸件成分成分控制为(质量百分比)：3.50～3.60％C，2.85～3.00％Si，Mn＜0.30，P＜0.04％，S≤0.02％，0.50～0.70％Cu，Sn＜0.03％，余量为铁。采用感应电炉熔炼，升温至1520℃静置后扒渣出炉。在球化包内依次加入1.3％FeSiMg8Re5球化剂、1.05％的75硅铁及0.7％纯铜棒，每层捣平实后覆盖珍珠岩。然后将炉内铁液冲入球化包内，造渣除渣后进行倒包孕育处理，在倒包过程中加入由0.35％的SiBa孕育剂和0.025％的纯Sn混合物，并充分搅拌铁液扒净浮渣后加盖珍珠岩待用。浇注时加入0.25％的SiBi孕育剂进行随流孕育，经90min冷却后脱箱清理。
经检测试块成分为：C 3.58％、Si 2.87％、Mn0.23％、P0.04％、S0.017％、Cu0.66％、Sn＜0.022％，其显微组织图如图1所示，从图1可以看出：球化等级达到2级，石墨大小6～7级。
实施例2
将铁液最终成分调整为：3.60～3.70％C，2.75～2.85％Si，0.60～0.80％Cu，其他同实施例1。
技术指标：球化等级2级，石墨大小7级，珠光体含量为65％；力学性能：抗拉强度Rm＝745MPa，延伸率A＝8.2％，其显微组织图如图2所示，从图2可以看出：珠光体含量为55～65％。
实施例3
将铁液最终成分调整为：3.70～3.80％C，2.65～2.75％Si，0.70～0.90％Cu，其他同实施例1。
技术指标：球化等级2级，石墨大小6级，珠光体含量为60％；力学性能：抗拉强度Rm＝738MPa，延伸率A＝8.8％。
显然，以上所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，附图中给出了本申请的较佳实施例，但并不限制本申请的专利范围。本申请可以以许多不同的形式来实现，相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本申请说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本申请专利保护范围之内。
Claims (4)
1.一种高强度高韧性铸态QT700-8球墨铸铁件，其特征在于其成分组成及质量百分比为：(3.50～3.80)％C，(2.70～3.0)％Si，Mn＜0.30％，P＜0.04％，S≤0.02％，(0.50～1.00)％Cu，Sn＜0.03％，Bi＜0.01％，余量为铁；其附铸国标Y型试块金相组织为：球化等级1～2级，球径大小6～7级，珠光体含量为(50～65)％；力学性能为：抗拉强度Rm≥700MPa，延伸率A≥8％。
2.如权利要求1所述的一种高强度高韧性铸态QT700-8球墨铸铁件的生产工艺，其特征在于按照以下步骤进行：
(1)配料：原料材料按一定质量百分比进行配制；
(2)熔炼工艺：将原材料加入感应电炉熔炼，待接近出铁温度时取样分析铁液成分，调整配料使成分合格后至1500℃～1520℃静置3～5min，扒渣出铁液；
(3)球化及孕育工艺：在堤坝式浇包的凹坑内按一定顺序加入FeSiMg8Re5球化剂、75硅铁及纯铜棒，每层捣平实后覆盖珍珠岩，将炉内符合要求的铁液冲入球化包中，球化反应完毕后造渣除渣，随后倒包孕育处理，在倒包过程中随铁液加入Sn和SiBa复合孕育剂，并充分搅拌铁液加盖珍珠岩后待用；
(4)造型：将混好的粘土湿型砂加入造型机中进行造型，型腔硬度大于75；
(5)浇注：将球化孕育后的纯净铁液吊入浇注位置进行浇注，浇注时随流加入SiBi孕育剂。
(6)脱箱：根据铸件壁厚和大小按要求进行开箱，开箱时间≥2h，得到高强度高韧性铸态QT700-8球墨铸铁件。
3.根据权利要求2所述的一种高强度高韧性铸态QT700-8球墨铸铁件的生产工艺，其特征在于所述的原材料包括Q12生铁、碳素废钢、球铁回炉料、75硅铁、纯铜和纯锡。
4.根据权利要求2所述的一种高强度高韧性铸态QT700-8球墨铸铁件的生产工艺，其特征在于所述的一定的质量百分比是使最终铸铁件成分为(3.50～3.80)％C，(2.70～3.0)％Si，Mn＜0.30％，P＜0.04％，S≤0.02％，(0.50～1.00)％Cu，Sn＜0.03％，Bi＜0.01％，余量为铁的比例。
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