CN113355588A - 一种高强度的亚共晶铸铁材料及其制造方法 - Google Patents

一种高强度的亚共晶铸铁材料及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强度的亚共晶铸铁材料及其制造方法，其特征在于，各化学成分及质量百分比为：碳2.90％～3.10％、硅：1.90％～2.10％、锰：0.70％～0.90％、磷：﹤0.06％、S：﹤0.02％、铜：0.80％～1.00％、镍<0.1％、钼：<0.1％、铬：﹤0.10％，锌：﹤0.12％,锡0.05％～0.10％、余量为铁。本发明中，通过降低了铸铁中的铜、镍、钼合金含量，仍能使得铸铁硬度达到225HB——240HB之间，单铸试棒抗拉强度在650Mpa—660Mpa之间；同时浇注温度降为1390—1400℃，出汤温度降为1530—1550℃，在满足产品的质量要求的前提下，需要耗费的电力较少；铁水在1200℃—1250℃时相比于目前的方案仍有较强的流动性，减少铸件缩松缺陷发生的几率，降低了生产成本。

Description

一种高强度的亚共晶铸铁材料及其制造方法
技术领域
本发明涉及亚共晶铸铁技术领域，尤其涉及一种高强度的亚共晶铸铁材料及其制造方法。
背景技术
近年来，随着汽车工业、电子信息、家电、建材及机械等行业的高速发展，我国模具产业也实现了快速增长，我国模具制造行业主营业务收入从2005年的409亿元上升至2017年的2966.24亿元，年复合增长率达到了17.95％，随着下游企业对模具材料强度、使用寿命、制造精度、稳定性等技术要求的不断提高，技术更新换代不断加快，对企业的产品开发和制造能力要求更加严格。
目前现有的GGG70L材质铸件基体硬度为220—240HB，抗拉强度基本稳定在700N/mm2，珠光体率能稳定保持在85％以上，具有良好的耐磨性能，但是铸件成分Cu合金为0.95％、Ni合金为0.95％、Mo合金为0.5％，制造成本较高，在目前合金材料涨价的大背景下，很大程度的压缩了该材质的利润空间；其次，GGG70L材质铸件生产过程中浇注温度较高为1405—1415℃区间，出汤熔炼温度需要达到1550—1570℃，因而需要耗费大量的电能。再有，该GGG70L材质编号铁水流动性相比于其他材质热流动性较差，在体积收缩过程中，铁水不能起到良好的补缩效果，会造成铸件的缩松缺陷，提高铸件的报废几率，生产成本较大。
发明内容
本发明的目的在于：为了解决上述的问题，而提出的一种高强度的亚共晶铸铁材料及其制造方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种高强度的亚共晶铸铁材料及其制造方法，其特征在于，各化学成分及质量百分比为：碳2.90％～3.10％、硅：1.90％～2.10％、锰：0.70％～0.90％、磷：﹤0.06％、S：﹤0.02％、铜：0.80％～1.00％、镍<0.1％、钼：<0.1％、铬：﹤0.10％，锌：﹤0.12％,锡0.05％～0.10％、余量为铁。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述铁原料包括钢碎料、启动块和废钢压块。
一种高强度的亚共晶铸铁材料的制造方法，具体包括以下步骤：
(1)：电炉按预热程序通电预热40min，然后将电力调到3100KW给电炉进行升温，在升温过程中在炉内加钢碎料，所述钢碎料由废钢压块经过破碎获得，所述钢碎料直径为3-5cm直径大小，直至钢碎料在炉内溶解成铁水；
(2)：在电炉升温过程中，优先依次向炉内加入硅和锰，对炉衬起到保护作用；
(3)：在电炉升温过程中，然后继续加入废钢压块，废钢压块完全融化成铁水后，继续加入启动块，并与硅和锰合金溶液完全混合；
(4)：在电炉升温过程中，少量分批次加入碳到预计碳合金的目标值，每批次碳合金加入量不超过100kg；
(5)：在电炉升温过程中，加入铜，可以提高铸件的力学性能，及物理性能，可以细化晶粒，提高铸件的珠光体率；
(6)：待炉内固体材料完全溶解为铁水，对炉内铁水进行测温，将温度升至1380℃时，对炉内铁水取样，检测铁水中各元素的含量，并根据计算公式m＝m1*(P-P1)/K计算得出结果后，根据计算结果对电炉内各元素含量进行调整，直至符合配方含量要求，其中m1(kg)为电炉内部的物料总重量，其中P为标准成分值，P1为电炉内的成分实际值，K为合金含有率；
(7)：调值完成后，对电炉内继续进行升温，将炉内温度升至1525℃并保温20分钟；
(8)：准备铁水包，并在铁水包内一次放入定量的球化剂、孕育覆盖剂，最后将定量的覆盖剂将孕育覆盖剂盖好，将铁水倒入铁水包，将铁水包内的铁水按照浇注温度倒入砂箱顶部浇口杯中，浇口杯液面达到2/3左右时，开启随流机，砂箱冒口喷火时或已经达到随流目标值时，关闭随流机；(随流量0.1％)；将铸件进行放冷，放冷48-90小时后，取出铸件进行加工。
作为上述技术方案的进一步描述:
所述球化剂为铁水质量的1.5％，所述孕育覆盖剂为铁水质量的0.2％，所述覆盖剂为铁水质量的0.06％，所述球化剂型号为NBCH-4(La)球化剂，所述孕育覆盖剂型号为CALBALLOY孕育剂。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明中，通过降低了铸铁中的铜、镍、钼合金含量，在测试中仍能使得铸铁硬度达到225HB——240HB之间，单铸试棒抗拉强度在650Mpa—660Mpa之间；由于镍、钼合金熔点较高，减少了镍、钼合金的添加，可以将浇注温度降为1390—1400℃，出汤温度降为1530—1550℃，在满足产品的质量要求的前提下，需要耗费的电力较少；同时铁水在温度下降时，减少了结晶的形成，使得铁水仍有较强的流动性，减少铸件缩松缺陷发生的几率，从而减少了残次品产生的几率。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种技术方案：一种高强度的亚共晶铸铁材料及其制造方法，其特征在于，各化学成分及质量百分比为：碳2.90％～3.10％、硅：1.90％～2.10％、锰：0.70％～0.90％、磷：﹤0.06％、S：﹤0.02％、铜：0.80％～1.00％、镍<0.1％、钼：<0.1％、铬：﹤0.10％，锌：﹤0.12％,锡0.05％～0.10％、余量为铁。
进一步，铁原料包括钢碎料、启动块和废钢压块。
一种高强度的亚共晶铸铁材料的制造方法，具体包括以下步骤：
(1)：电炉按预热程序通电预热40min，然后将电力调到3100KW给电炉进行升温，在升温过程中在炉内加钢碎料，所述钢碎料由废钢压块经过破碎获得，所述钢碎料直径为3-5cm直径大小，直至钢碎料在炉内溶解成铁水，加入钢碎料能够避免对电炉内部炉衬造成碰撞损坏，炉内少量铁水能够较快速溶解，提高材料熔化属性和熔炼效率，减少后续熔炼过程中合金的损耗；
(2)在电炉升温过程中，优先依次向炉内加入硅和锰，使得硅和锰完全溶解，硅和锰在溶解的过程中能够形成合金保护炉衬，同时由于硅与锰熔点较高，提取加入便于铁液吸收；
(3)：在电炉升温过程中，然后继续加入废钢压块，废钢压块完全融化成铁水后，继续加入启动块，并与硅和锰合金溶液完全混合；
(4)：在电炉升温过程中，少量分批次加入碳到预计碳合金的目标值，每批次碳合金加入量不超过100kg，碳合金投入可以促进铁水的流动，提高铁水的溶解效率，并且碳是合成铸铁的必备元素；
(5)：在电炉升温过程中，加入铜，可以提高铸件的力学性能，及物理性能，可以细化晶粒，提高铸件的珠光体率；
(6)：待炉内固体材料完全溶解为铁水，对炉内铁水进行测温，将温度升至1380℃时，对炉内铁水取样，检测铁水中各元素的含量，并根据计算公式m＝m1*(P-P1)/K计算得出结果后，根据计算结果对电炉内各元素含量进行调整，直至符合配方含量要求，其中m1(kg)为电炉内部的物料总重量，其中P为标准成分值，P1为电炉内的成分实际值，K为合金含有率；
(7)：调值完成后，对电炉内继续进行升温，将炉内温度升至1525℃并保温20分钟；
(8)：准备铁水包，并在铁水包内一次放入定量的球化剂、孕育覆盖剂，最后将定量的覆盖剂将孕育覆盖剂盖好，进一步将铁水倒入铁水包，将铁水包内的铁水按照浇注温度倒入砂箱顶部浇口杯中，浇口杯液面达到2/3左右时，开启随流机，砂箱冒口喷火时或已经达到随流目标值时，关闭随流机；(随流量0.1％)；将铸件进行放冷，放冷48-90小时后，取出铸件进行加工，放冷能够降低铸件开裂的风险。
进一步，球化剂为铁水质量的1.5％，孕育覆盖剂为铁水质量的0.2％，覆盖剂为铁水质量的0.06％，球化剂型号为NBCH-4(La)球化剂，孕育覆盖剂型号为CALBALLOY孕育剂。
通过上述制备方法制备实施例1至实施例9配方的亚共晶铸铁并测试其机械性能，测试结果如表1所示：
表1:
Figure BDA0003060711430000051
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种高强度的亚共晶铸铁材料，其特征在于，各化学成分及质量百分比为：碳2.90％～3.10％、硅：1.90％～2.10％、锰：0.70％～0.90％、磷：﹤0.06％、S：﹤0.02％、铜：0.80％～1.00％、镍<0.1％、钼：<0.1％、铬：﹤0.10％，锌：﹤0.12％,锡0.05％～0.10％、余量为铁。
2.根据权利要求1所述的一种高强度的亚共晶铸铁材料，其特征在于，所述铁原料包括钢碎料、启动块和废钢压块。
3.根据权利要求1-2所述的一种高强度的亚共晶铸铁材料的制造方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)：电炉按预热程序通电预热40min，然后将电力调到3100KW给电炉进行升温，在升温过程中在炉内加钢碎料，所述钢碎料由废钢压块经过破碎获得，所述钢碎料直径为3-5cm直径大小，直至钢碎料在炉内溶解成铁水；
(2)：在电炉升温过程中，优先依次向炉内加入硅和锰，对炉衬起到保护作用；
(3)：在电炉升温过程中，然后继续加入废钢压块，废钢压块完全融化成铁水后，继续加入启动块，并与硅和锰合金溶液完全混合；
(4)：在电炉升温过程中，少量分批次加入碳到预计碳合金的目标值，每批次碳合金加入量不超过100kg；
(5)：在电炉升温过程中，加入铜，可以提高铸件的力学性能，及物理性能，可以细化晶粒，提高铸件的珠光体率；
(6)：待炉内固体材料完全溶解为铁水，对炉内铁水进行测温，将温度升至1380℃时，对炉内铁水取样，检测铁水中各元素的含量，并根据计算公式m＝m1*(P-P1)/K计算得出结果后，根据计算结果对电炉内各元素含量进行调整，直至符合配方含量要求，其中m1(kg)为电炉内部的物料总重量，其中P为标准成分值，P1为电炉内的成分实际值，K为合金含有率；
(7)：调值完成后，对电炉内继续进行升温，将炉内温度升至1525℃并保温20分钟；
(8)：准备铁水包，并在铁水包内一次放入定量的球化剂、孕育覆盖剂，最后将定量的覆盖剂将孕育覆盖剂盖好，将铁水倒入铁水包，将铁水包内的铁水按照浇注温度倒入砂箱顶部浇口杯中，浇口杯液面达到2/3左右时，开启随流机，砂箱冒口喷火时或已经达到随流目标值时，关闭随流机；(随流量0.1％)；将铸件进行放冷，放冷48-90小时后，取出铸件进行加工。
4.根据权利要求3所述的一种高强度的亚共晶铸铁材料的制造方法，其特征在于，所述球化剂为铁水质量的1.5％，所述孕育覆盖剂为铁水质量的0.2％，所述覆盖剂为铁水质量的0.06％，所述球化剂型号为NBCH-4(La)球化剂，所述孕育覆盖剂型号为CALBALLOY孕育剂。
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