CN112176243A - 用于防爆电机铸件生产的球墨铸铁材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于防爆电机铸件生产的球墨铸铁材料及其制备方法，属于防爆电机铸件的新材料领域。本发明所述的用于防爆电机铸件生产的球墨铸铁材料，包括以下质量份数的原料：生铁30‑60份，废钢10‑30份，回炉铁20‑30份，硅铁2‑3份，锰铁0.5‑1.2份，球化剂1.1‑1.5份，铜0.15‑0.25份，孕育剂0.6‑0.8份。本发明所述的球墨铸铁材料，既能满足良好的结构性能、铸造成型性能、切削加工性能，良好的韧性，又有较低的线性膨胀系数，又能满足高强度、高韧性、高耐磨、耐蚀性、安全性能要求高的工作场合，成本低；本发明同时提供了球墨铸铁材料的制备方法，科学合理、简单易行。

Description

用于防爆电机铸件生产的球墨铸铁材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于防爆电机铸件生产的球墨铸铁材料及其制备方法，属于防爆电机铸件的新材料领域。
背景技术
目前防爆电机以其较高的安全保证性能已经广泛应用于各种危化行业，特别是易燃易爆场所，如煤矿、石油天然气、石油化工、化学行业以及纺织、冶金、城市煤气、交通、粮油加工、造纸、医药等部门广泛应用。防爆电机作为主要的动力设备，通常用于驱动泵、风机、压缩机和其他动力机械，对其材质要求越来越高，必须选用具有较高生产技术含量的高强度高韧性球墨铸铁，以此来保证使用安全。防爆电机在安全性能稳定性上起决定作用的主要是两个方面，一是防爆原理结构的设计是否合理先进，二是使用的材料的稳定性。在材料的稳定性上主要是设计的隔爆面的间隙不因材料的线性膨胀而变化。
目前我国在防爆电机铸件的材料上主要应用铸钢、钢板焊接、HT200灰口铸铁和HT250灰口铸铁，但是这些材料在线性膨胀系数上并不满足于易燃易爆场的环境。最近几年也有研究铝合金和铝镁合金作为防爆电机铸件的结构性材料，但是只能应用在一部分微型和小型防爆电机上，中大型防爆电机不能使用。
发明内容
根据现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是：提供一种用于防爆电机铸件生产的球墨铸铁材料，既能满足良好的结构性能、铸造成型性能、切削加工性能，良好的韧性，又有较低的线性膨胀系数，又能满足高强度、高韧性、高耐磨、耐蚀性、安全性能要求高的工作场合，成本低；本发明同时提供了球墨铸铁材料的制备方法，科学合理、简单易行。
本发明所述的用于防爆电机铸件生产的球墨铸铁材料，包括以下质量份数的原料：生铁30-60份，废钢10-30份，回炉铁20-30份，硅铁2-3份，锰铁0.5-1.2份，球化剂1.1-1.5份，铜0.15-0.25份，孕育剂0.6-0.8份。
所述的生铁为Q10#生铁，Q10#生铁为低磷、低硫的生铁。
所述的废钢为无锈一级废钢，C含量小于0.3％，S、P含量不大于0.05％。
所述的硅铁75#硅铁。
所述的锰铁为65#锰铁。
所述的球化剂为QRMg6RE2稀土镁硅铁合金。
所述的孕育剂为锶硅铁孕育剂，利用该孕育剂，可以消除白口，改善石墨的形态和分布状况，使不同厚度处组织的差别更小，进一步增加球化能力。
本发明所述的用于防爆电机铸件生产的球墨铸铁材料的制备方法是生铁、废钢、硅铁、锰铁、铜、球化剂与孕育剂采用电炉熔炼，经过炉前变质孕育处理，再经浇注成型冷却，即得。
本发明所述的用于防爆电机铸件生产的球墨铸铁材料的制备方法，具体步骤如下：
由生铁、废钢、回炉铁、硅铁、锰铁、孕育剂、球化剂采用电炉熔炼，首先取少量废钢放入炉底，然后加入生铁，加料约至坩埚中间，待炉料即将熔化时继续加入生铁，生铁加完后加入废钢和回炉铁，最后加入硅铁和锰铁。熔化完成后，加入聚渣剂，并及时扒渣。铁液达到1530℃出炉。炉前光谱分析化学成分，按分析结果进行成分调整。炉前变质孕育处理是通过添加球化剂、铜、孕育剂及采用二次孕育方法获得，在1350℃-1380℃将球化后的液态混合物浇铸到铸型中，并使其在铸型中缓慢冷却到500℃以下，从铸型中清出，获得本材料浇注的铸件。
本发明提高了Si的含量，充分利用硅的固溶强化作用，细化石墨，促进铁素体形成和减少渗碳体产生，提高石墨球的圆整度，改变铁液中的珠光体和铁素体的比例，提高韧性和塑性。当Si的质量百分比低于3.0％时，产品过硬，不利于加工，当Si的质量百分比高于3.8％，产品过软。因此终硅控制在3.0-3.8％，并用一定量的稀土镁硅铁合金球化剂进行变质处理得到一种适用于防爆电机铸件生产的球墨铸铁材料。
本发明中加入的铜，可以稳定、细化珠光体和强化金属基体组织，提高基体力学性能，提高了目标产品的强度、耐磨性、耐蚀性。用其生产的防爆电机外壳破坏性试验压力达到80bar以上，满足防爆电机的压力要求。本发明将Cu的含量控制在0.15-0.25％，在球墨铸铁中Cu含量超过一定量时，基体就会产生一部分珠光体，当Cu的质量百分比低于0.15％时，产品强度过低，达不到强度要求；当Cu的质量百分比高于0.25％，珠光体数量上升，产品强度过高，韧性降低。
本发明所述的球墨铸铁金属材料的化学成分为：C：3.2-3.5％，Si：3.0-3.8％，Mn：0.25-0.5％，S：≤0.02％，P：≤0.05％，Cu：0.15-0.25％，Mg：0.04-0.065％，Re：0.02-0.05％。
硅高易形成异形石墨，提高韧性，因此终硅控制在3.0-3.8。
本发明所述的球墨铸铁金属材料的机械性能：
抗拉强度500-600MPa，屈服强度：400MPa-450MPa，延伸率≥14％，硬度HB185—215，线膨胀系数，20-200℃，8.5-11.2×10-6/K。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明制备的球墨铸铁金属材料，既能满足良好的结构性能、铸造成型性能、切削加工性能，良好的韧性，满足极端环境下的结构受力和气体爆炸压力的考验，又有较低的线性膨胀系数，满足高寒和温差极大环境下确保防爆电机隔爆面的设计间隙，又能满足高强度、高韧性、高耐磨、耐蚀性、减震性、安全性能要求高的工作场合。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步描述。
实施例1
产品为防爆电机零件电机壳体，单件重量516kg，型号为355，平均壁厚15mm，树脂砂造型工艺。
熔炼该种合金铸铁的原材料配比为：Q10#生铁40％，无锈一级废钢30％，回炉铁30％，75#硅铁2.0％，65#锰铁0.5％，采用中频感应电炉熔化，温度达到1530℃后，通过光谱仪检测化学成分，加入QRMg8RE5稀土镁硅铁合金1.1％，锶硅铁孕育剂0.6％，铜0.15％，经过炉前变质孕育球化处理而成，浇注于砂型型腔内得到铸件。
经过检验，铸件的化学成分为：C：3.22％，Si：3.12％，Mn：0.261％，P：0.023％，S：0.007％，Cu：0.152％，Mg：0.045％，Re：0.022％。
拉伸强度526MPa，延伸率16.5％，硬度HB188。球化率：89％，石墨大小：6级。
线膨胀系数，20-200℃，10.8×10-6/K。
实施例2
产品为防爆电机零件电机壳体，单件重量905kg，型号为400，平均壁厚18mm，树脂砂造型工艺。熔炼该种合金铸铁的原材料配比为：Q10#生铁60％，无锈一级废钢20％，回炉铁20％，75#硅铁3％，65#锰铁1.2％，，采用中频感应电炉熔化，温度达到1530℃后，通过光谱仪检测化学成分，加入QRMg8RE5稀土镁硅铁合金1.5％，锶硅铁孕育剂0.8％，铜0.25％经过炉前变质孕育球化处理而成，浇注于砂型型腔内得到铸件。
经过检验，铸件的化学成分为：C：3.48％，Si：3.79％，Mn：0.048％，P：0.047％，S：0.018％，Cu：0.248％，Mg：0.065％，Re：0.049％。
拉伸强度596MPa，延伸率17.8％，硬度HB212。球化率：91％，石墨大小：7级。
线膨胀系数，20-200℃，8.5×10-6/K。
对比例1
产品为防爆电机零件电机壳体，单件重量386kg，型号为315，平均壁厚12mm，树脂砂造型工艺。
熔炼该种合金铸铁的原材料配比为：Q10#生铁50％，无锈一级废钢20％，回炉铁30％，75#硅铁2.5％，65#锰铁1.0％，采用中频感应电炉熔化，温度达到1530℃后，加入QRMg8E5土镁硅铁合金1.5％，锶硅铁孕育剂0.7％，经过炉前变质孕育球化处理而成，在1350℃将球化后的液态混合物浇铸到砂型中，并使其在铸型中缓慢冷却到500℃以下，从铸型中清出，得到铸件。
经过检验，铸件的化学成分为：C：3.45％，Si：3.53％，Mn：0.418％，P：0.039％，S：0.013％，Mg：0.053％，Re：0.032％。
拉伸强度489MPa，延伸率15.6％，硬度HB180。球化率：86％，石墨大小：7级。
线膨胀系数，20-200℃，12.2×10-6/K。

Claims (8)

1.一种用于防爆电机铸件生产的球墨铸铁材料，其特征在于：包括以下质量份数的原料：生铁30-60份，废钢10-30份，回炉铁20-30份，硅铁2-3份，锰铁0.5-1.2份，球化剂1.1-1.5份，铜0.15-0.25份，孕育剂0.6-0.8份。
2.根据权利要求1所述的用于防爆电机铸件生产的球墨铸铁材料，其特征在于：生铁为Q10#生铁。
3.根据权利要求1所述的用于防爆电机铸件生产的球墨铸铁材料，其特征在于：废钢为无锈一级废钢，C含量小于0.3％，S、P含量不大于0.05％。
4.根据权利要求1所述的用于防爆电机铸件生产的球墨铸铁材料，其特征在于：硅铁为75#硅铁。
5.根据权利要求1所述的用于防爆电机铸件生产的球墨铸铁材料，其特征在于：锰铁为65#锰铁。
6.根据权利要求1所述的用于防爆电机铸件生产的球墨铸铁材料，其特征在于：球化剂为FeSiMg8RE5稀土镁硅铁合金。
7.根据权利要求1所述的用于防爆电机铸件生产的球墨铸铁材料，其特征在于：孕育剂为锶硅铁孕育剂。
8.一种权利要求1-7任一所述的用于防爆电机铸件生产的球墨铸铁材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：由生铁、废钢、回炉铁、硅铁、锰铁、铜、球化剂、孕育剂经过电炉熔炼，再经过炉前变质孕育处理，最后经浇注成型冷却得到目标产品。
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Application publication date: 20210105