CN110814288A - 一种熔模精密铸造球墨铸铁qt450-10l的制备方法 - Google Patents

一种熔模精密铸造球墨铸铁qt450-10l的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种熔模精密铸造球墨铸铁QT450‑10L的制备方法，主要包括熔模铸造型壳制壳与焙烧；铁水熔炼；球化处理；孕育处理；模壳浇注和热处理，通过与熔模精密铸造工艺相结合，在一定程度上降低材料中的硅含量，从而克服材料低温冲击韧性较差的问题，同时对制备工艺进行改进，使球墨铸铁在‑40℃条件下V型缺口低温冲击功≥5J的同时，抗拉强度≥450Mpa，延伸率≥10％。

Description

一种熔模精密铸造球墨铸铁QT450-10L的制备方法
技术领域
本发明涉及特种球墨铸铁材料铸造技术领域，尤其涉及一种熔模精密铸造球墨铸铁QT450-10L的制备方法。
背景技术
在球墨铸铁国标中，有低温冲击韧性要求的球墨铸铁牌号为QT350-22L及QT400-18L，其屈服强度分别为220MPa和240Mpa，该屈服强度是偏低的，不符合汽车零部件的使用要求。
QT450-10的屈服强度能够达到310MPa，具有较高的韧性，使其成为球墨铸铁使用频率较高的材料之一。随着汽车使用性能的大幅度提升，主机厂对铸件的性能要求也越来越高，尤其是材料的冲击韧性越来越受到关注，在已有的研究中对QT450-10的低温冲击性能目前暂无报道。
采用熔模铸造工艺制备球墨铸铁，冷却速度不可控，浇注时为热壳浇注，导致熔模铸造冷却速度前期慢后期快，从而导致熔模铸造石墨球化质量较差，基体组织不稳定，铸件的各项性能指标降低。因此采用熔模铸造工艺生产高强度低温冲击球墨铸铁的难度较大。
本发明利用熔模精密铸造工艺生产QT450-10L，在保证强度不降低的前提下，通过原料配比的控制以及制备工艺的优化，达到更好的低温冲击韧性的性能，实现稳定化应用。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种能够得到更好力学性能的熔模精密铸造球墨铸铁QT450-10L的制备方法。
本发明的技术方案是这样实现的，本发明提供了一种熔模精密铸造球墨铸铁QT450-10L的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、熔模铸造型壳制壳与焙烧：采用硅溶胶和石英砂的混合物作为型壳的面层材料，石英砂作为面层的撒砂材，采用硅溶胶和莫来砂作为型壳的背层材料，莫来砂作为背层的撒砂材，采用贯通式天然气焙烧炉焙烧型壳；
步骤二、铁水熔炼：选用生铁、回炉料、废钢和增碳剂作为炉料，加入到熔炼炉中进行熔炼；
步骤三、球化处理：采用喂丝球化法对铁水进行球化处理；
步骤四、孕育处理：采用三次孕育方式，出铁时加入FeSi75孕育剂，喂丝球化时采用球化包芯线二次孕育，转包时再次加入FeSi75孕育剂进行第三次孕育；
步骤五、模壳浇注：在进行球化处理时将熔模型壳从焙烧炉中取出进行浇注，熔模型壳的温度控制在750-850℃，浇注温度在1360-1390℃；
步骤六、热处理：将铸件升温至690-700℃，保温1-3h，保温完毕出炉空冷。
在以上技术方案的基础上，优选的，步骤一中，硅溶胶与石英砂的质量比为1：(1.9-2.1)，硅溶胶与莫来砂的质量比为1：(1.8-2.3)。
在以上技术方案的基础上，优选的，步骤一中，所述焙烧温度为900-950℃，焙烧时间为2.5-3.5h。
在以上技术方案的基础上，优选的，步骤二中，按质量百分比计算，所述生铁为40-60％，回炉料为20-40％，废钢为10-30％，增碳剂为废钢质量的3.5-4.5％。
采用以上技术方案得到的铁水按质量百分比为100％计包括：C：3.70-3.85％，Si：1.2-1.4％，Mn：0.2-0.3％，Ni：0.4-0.6％，P：≤0.035％，S：≤0.02％和余量的Fe及无法避免的杂质。
更进一步优选的，所述生铁为Q10生铁，所述增碳剂为低硫石墨增碳剂。
在以上技术方案的基础上，优选的，步骤三中，所述喂丝球化法采用的球化包芯线的内芯粉按质量百分比为100％计包括如下组分：
Figure BDA0002285643310000031
在以上技术方案的基础上，优选的，稀土中La和Ce的质量比为65:35。
Mg和稀土能够促进石墨球化作用，同时其中的Ba还具有二次孕育的功能。
在以上技术方案的基础上，优选的，步骤三中，所述喂丝球化法采用的球化包芯线加入量为处理铁水重量的0.7-0.9％，球化处理温度为1430-1450℃，所述喂丝时间为30-45s。
在以上技术方案的基础上，优选的，步骤四中，出铁时加入的FeSi75孕育剂的颗粒度为4-8mm，加入量为铁水重量的0.2-0.5％。
在以上技术方案的基础上，优选的，步骤四中，转包时加入的FeSi75孕育剂的颗粒度为1-4mm，加入量为铁水重量的0.3-0.8％。
在以上技术方案的基础上，优选的，从步骤三结束到步骤五所用时间不超过6min，将时间控制在6min之内可以有效控制球化的衰退和孕育衰退，保持球化的等级。
采用上述技术方案制备得到的球墨铸铁按质量百分比为100％计包括：C：3.35-3.70％，Si：2.2-2.5％，Mn：0.1-0.3％，Ni：0.4-0.6％，P：≤0.030％，S：≤0.02％，Mg：0.035-0.060％，Ce：0.01-0.02％，余量为Fe及无法避免的杂质。Si和Ni是为了固溶强化铁素体基体，而Si的质量百分比在2.2-2.5％不至于大幅度降低球墨铸铁的低温冲击韧性，且能够保证铁素体具有一定的强度。
本发明的熔模精密铸造球墨铸铁QT450-10L的制备方法相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)本发明的球墨铸铁QT450-10L的制备方法在强度不降低的情况下，通过Si和Ni强化铁素体，熔模铸造特有的喂丝球化和三次孕育以及特护的热处理工艺，使低温冲击韧性得到大幅度提升，从而可以实现稳定化应用；
(2)本发明的化学成分采用中量的硅元素和镍来强化铁素体基体，中量的硅不至于大幅度降低球墨铸铁的低温冲击韧性，同时还能够保证铁素体具有一定的强度。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例公开了一种熔模精密铸造球墨铸铁QT450-10L的制备方法，包括如下步骤：
熔模铸造型壳制壳与焙烧：采用硅溶胶与石英砂的混合物作为型壳的面层涂料，其中硅溶胶：石英砂的质量比为1：1.9，采用硅溶胶与莫来砂的混合物作为型壳的背层涂料，其中硅溶胶：莫来砂的质量比为1：1.8，在面层用石英砂撒砂，在背层用莫来砂撒砂，采用贯通式天然气焙烧炉焙烧型壳，焙烧温度控制在900-950℃，焙烧时间为2.5h。
铁水熔炼：采用中频感应电路熔炼铁液，炉料选用200kgQ10生铁、200kg回炉料、100kg废钢和3.5kg低硫石墨增碳剂。
球化处理：采用外形高径比为2的球化处理包，使用喂丝法进行球化处理，球化处理的温度控制在1430-1450℃，铁水量504kg，喂丝速度29m/min，喂丝长度为14m/包，喂丝球化时间为30s。
孕育处理：采用三次孕育方式，出铁时加入颗粒度为4-8mm的FeSi75孕育剂，加入量为1kg，铁水转包时再加入颗粒度为1-4mm的FeSi75孕育剂，加入量为1.5kg，
模壳浇注：在进行球化处理时将熔模型壳从焙烧炉中取出进行浇注，熔模型壳的温度控制为750℃，浇注温度为1360℃，从球化处理结束到浇注完毕，时间为5min50s。
热处理工艺：将铸件升温至690℃，保温1h，保温完毕，出炉空气冷却。
实施例2
本实施例公开了一种熔模精密铸造球墨铸铁QT450-10L的制备方法，包括如下步骤：
熔模铸造型壳制壳与焙烧：采用硅溶胶与石英砂的混合物作为型壳的面层涂料，其中硅溶胶：石英砂的质量比为1：2.1，采用硅溶胶与莫来砂的混合物作为型壳的背层涂料，其中硅溶胶：莫来砂的质量比为1：2.3，在面层用石英砂撒砂，在背层用莫来砂撒砂，采用贯通式天然气焙烧炉焙烧型壳，焙烧温度控制在900-950℃，焙烧时间为3.5h。
铁水熔炼：采用中频感应电路熔炼铁液，炉料选用300kgQ10生铁、100kg回炉料、100kg废钢和4.5kg低硫石墨增碳剂。
球化处理：采用外形高径比为2的球化处理包，使用喂丝法进行球化处理，球化处理的温度控制在1430-1450℃，铁水量504kg，喂丝速度31m/min，喂丝长度为16m/包，喂丝球化时间为35s。
孕育处理：采用三次孕育方式，出铁时加入颗粒度为4-8mm的FeSi75孕育剂，加入量为2.5kg，铁水转包时再加入颗粒度为1-4mm的FeSi75孕育剂，加入量为4kg，
模壳浇注：在进行球化处理时将熔模型壳从焙烧炉中取出进行浇注，熔模型壳的温度控制为780℃，浇注温度为1370℃，从球化处理结束到浇注完毕，时间为5min44s。
热处理工艺：将铸件升温至695℃，保温2h，保温完毕，出炉空气冷却。
实施例3
本实施例公开了一种熔模精密铸造球墨铸铁QT450-10L的制备方法，包括如下步骤：
熔模铸造型壳制壳与焙烧：采用硅溶胶与石英砂的混合物作为型壳的面层涂料，其中硅溶胶：石英砂的质量比为1：2，采用硅溶胶与莫来砂的混合物作为型壳的背层涂料，其中硅溶胶：莫来砂的质量比为1：2，在面层用石英砂撒砂，在背层用莫来砂撒砂，采用贯通式天然气焙烧炉焙烧型壳，焙烧温度控制在900-950℃，焙烧时间为3h。
铁水熔炼：采用中频感应电路熔炼铁液，炉料选用250kgQ10生铁、200kg回炉料、50kg废钢和3.8kg低硫石墨增碳剂。
球化处理：采用外形高径比为2的球化处理包，使用喂丝法进行球化处理，球化处理的温度控制在1430-1450℃，铁水量504kg，喂丝速度30m/min，喂丝长度为15m/包，喂丝球化时间为40s。
孕育处理：采用三次孕育方式，出铁时加入颗粒度为4-8mm的FeSi75孕育剂，加入量为1.5kg，铁水转包时再加入颗粒度为1-4mm的FeSi75孕育剂，加入量为2kg，
模壳浇注：在进行球化处理时将熔模型壳从焙烧炉中取出进行浇注，熔模型壳的温度控制为800℃，浇注温度为1380℃，从球化处理结束到浇注完毕，时间为5min30s。
热处理工艺：将铸件升温至700℃，保温3h，保温完毕，出炉空气冷却。
实施例4
本实施例公开了一种熔模精密铸造球墨铸铁QT450-10L的制备方法，包括如下步骤：
熔模铸造型壳制壳与焙烧：采用硅溶胶与石英砂的混合物作为型壳的面层涂料，其中硅溶胶：石英砂的质量比为1：2，采用硅溶胶与莫来砂的混合物作为型壳的背层涂料，其中硅溶胶：莫来砂的质量比为1：2.1，在面层用石英砂撒砂，在背层用莫来砂撒砂，采用贯通式天然气焙烧炉焙烧型壳，焙烧温度控制在900-950℃，焙烧时间为2.5h。
铁水熔炼：采用中频感应电路熔炼铁液，炉料选用250kgQ10生铁、100kg回炉料、150kg废钢和4.2kg低硫石墨增碳剂。
球化处理：采用外形高径比为2的球化处理包，使用喂丝法进行球化处理，球化处理的温度控制在1430-1450℃，铁水量504kg，喂丝速度30m/min，喂丝长度为16m/包，喂丝球化时间为45s。
孕育处理：采用三次孕育方式，出铁时加入颗粒度为4-8mm的FeSi75孕育剂，加入量为2kg，铁水转包时再加入颗粒度为1-4mm的FeSi75孕育剂，加入量为3kg，
模壳浇注：在进行球化处理时将熔模型壳从焙烧炉中取出进行浇注，熔模型壳的温度控制为820℃，浇注温度为1390℃，从球化处理结束到浇注完毕，时间为5min48s。
热处理工艺：将铸件升温至693℃，保温1.5h，保温完毕，出炉空气冷却。
实施例5
本实施例公开了一种熔模精密铸造球墨铸铁QT450-10L的制备方法，包括如下步骤：
熔模铸造型壳制壳与焙烧：采用硅溶胶与石英砂的混合物作为型壳的面层涂料，其中硅溶胶：石英砂的质量比为1：1.9，采用硅溶胶与莫来砂的混合物作为型壳的背层涂料，其中硅溶胶：莫来砂的质量比为1：2.2，在面层用石英砂撒砂，在背层用莫来砂撒砂，采用贯通式天然气焙烧炉焙烧型壳，焙烧温度控制在900-950℃，焙烧时间为3h。
铁水熔炼：采用中频感应电路熔炼铁液，炉料选用250kgQ10生铁、150kg回炉料、100kg废钢和4.4kg低硫石墨增碳剂。
球化处理：采用外形高径比为2的球化处理包，使用喂丝法进行球化处理，球化处理的温度控制在1430-1450℃，铁水量504kg，喂丝速度29m/min，喂丝长度为14m/包，喂丝球化时间为40s。
孕育处理：采用三次孕育方式，出铁时加入颗粒度为4-8mm的FeSi75孕育剂，加入量为2.5kg，铁水转包时再加入颗粒度为1-4mm的FeSi75孕育剂，加入量为3.5kg，
模壳浇注：在进行球化处理时将熔模型壳从焙烧炉中取出进行浇注，熔模型壳的温度控制为850℃，浇注温度为1375℃，从球化处理结束到浇注完毕，时间为5min42s。
热处理工艺：将铸件升温至698℃，保温2.5h，保温完毕，出炉空气冷却。
将实施例1-5所制备得到的球墨铸铁分别进行成分检测和相关性能检测，同时选用某市售的QT450-10的铸铁作为对比例进行相关性能检测，检测结果如下：
Figure BDA0002285643310000101
机械性能及金相检测结果：
Figure BDA0002285643310000102
通过以上检测结果可以看出，本发明制备的QT450-10L球墨铸铁与现有技术制备的QT450-10球墨铸铁相比，在低温的冲击韧性上具有明显的性能提升，同时在其他的力学性能和基体组织上仍然有良好的数据表现。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种熔模精密铸造球墨铸铁QT450-10L的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、熔模铸造型壳制壳与焙烧：采用硅溶胶和石英砂的混合物作为型壳的面层材料，石英砂作为面层的撒砂材，采用硅溶胶和莫来砂作为型壳的背层材料，莫来砂作为背层的撒砂材，采用贯通式天然气焙烧炉焙烧型壳；
步骤二、铁水熔炼：选用生铁、回炉料、废钢和增碳剂作为炉料，加入到熔炼炉中进行熔炼；
步骤三、球化处理：采用喂丝球化法对铁水进行球化处理；
步骤四、孕育处理：采用三次孕育方式，出铁时加入FeSi75孕育剂，喂丝球化时采用球化包芯线二次孕育，转包时再次加入FeSi75孕育剂进行第三次孕育；
步骤五、模壳浇注：在进行球化处理时将熔模型壳从焙烧炉中取出进行浇注，熔模型壳的温度控制在750-850℃，浇注温度在1360-1390℃；
步骤六、热处理：将浇注完毕的铸件升温至690-700℃，保温1-3h，保温完毕出炉空冷。
2.如权利要求1所述的熔模精密铸造球墨铸铁QT450-10L的制备方法，其特征在于，步骤一中，硅溶胶与石英砂的质量比为1：(1.9-2.1)，硅溶胶与莫来砂的质量比为1：(1.8-2.3)。
3.如权利要求1所述的熔模精密铸造球墨铸铁QT450-10L的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述焙烧温度为900-950℃，焙烧时间为2.5-3.5h。
4.如权利要求1所述的熔模精密铸造球墨铸铁QT450-10L的制备方法，其特征在于，步骤二中，按质量百分比为100％计算，包括生铁40-60％，回炉料20-40％，废钢10-30％，所述增碳剂为废钢质量的3.5-4.5％。
5.如权利要求1所述的熔模精密铸造球墨铸铁QT450-10L的制备方法，其特征在于，所述生铁为Q10生铁，所述增碳剂为低硫石墨增碳剂。
6.如权利要求1所述的熔模精密铸造球墨铸铁QT450-10L的制备方法，其特征在于，步骤三中，所述喂丝球化法采用的球化包芯线的内芯粉按质量百分比为100％计，包括如下配比组分：
Figure FDA0002285643300000021
7.如权利要求1所述的熔模精密铸造球墨铸铁QT450-10L的制备方法，其特征在于，步骤三中，所述喂丝球化法采用的球化包芯线加入量为处理铁水重量的0.7-0.9％，球化处理温度为1430-1450℃，所述喂丝时间为30-45s。
8.如权利要求1所述的熔模精密铸造球墨铸铁QT450-10L的制备方法，其特征在于，步骤四中，出铁时加入的FeSi75孕育剂的颗粒度为4-8mm，加入量为铁水重量的0.2-0.5％。
9.如权利要求1所述的熔模精密铸造球墨铸铁QT450-10L的制备方法，其特征在于，步骤四中，转包时加入的FeSi75孕育剂的颗粒度为1-4mm，加入量为铁水重量的0.3-0.8％。
10.如权利要求1所述的熔模精密铸造球墨铸铁QT450-10L的制备方法，其特征在于，从步骤三结束到步骤五所用时间不超过6min。
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