CN113897538A - 一种高强度、高伸长率铸态qt500-18球墨铸铁及其制备方法 - Google Patents

一种高强度、高伸长率铸态qt500-18球墨铸铁及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强度、高伸长率铸态QT500‑18球墨铸铁及其制备方法，其在铸态条件下性能要求为：抗拉强度R≥500MPa，断后伸长率A≥18％；基体中铁素体的含量为98～100％，球化级别1～2级，石墨球大小为6～7级。其合金成分按质量百分比计包括：C 3.1～3.35、Si 3.5～3.6、Mn 0.15～0.25、P≤0.06、S≤0.02、Cr≤0.03、Ni 0.50～0.55、Mg 0.030～0.06，余量为Fe以及微量元素。其制备方法包括配料熔炼、调制成分及高温过热、球化孕育处理、包内冲入法加镍、二次孕育及浇注等步骤。本发明制备的铸态QT500‑18球墨铸铁具有较高的强度、高塑韧性和较高的硬度，综合性能优良，在汽车冲压模具压料芯上具有良好的应用效果。

Description

一种高强度、高伸长率铸态QT500-18球墨铸铁及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高强度、高伸长率铸态QT500-18球墨铸铁及其制备方法，属于铸造领域。
背景技术
球墨铸铁广泛的应用于汽车类铸件产品，在用于汽车冲压模具压料芯时由于其使用特点，要求材料具有良好的抗拉强度、较高的材料硬度以及高的延伸率。在现有技术中，生产的球墨铸铁，虽然具有高的强度与硬度，但是伸长率并不是很高，使压料芯产品单薄容易在冲压过程铸件断裂产生停机停线损失。高强度、高伸长率QT500-18铸态球墨铸铁可以弥补这方面的缺点，铸铁合金材料通过改变基体组织、含量可以提高基体的强度、硬度、塑性等缺点，这方面具有巨大的实际意义及综合价值。
发明内容
针对上述不足，本发明提供一种高强度、高伸长率铸态QT500-18球墨铸铁及其制备方法，本发明获得的铸态QT500-18球墨铸铁具有较高的强度、高塑韧性和较高的硬度，综合性能优良。
本发明所采用的技术方案为：
一种高强度、高伸长率铸态QT500-18球墨铸铁，其合金成分按质量百分比计包括：C 3.1～3.35、Si 3.5～3.6、Mn 0.15～0.25、P≤0.06、S≤0.02、Cr≤0.03、Ni 0.50～0.55、Mg 0.030～0.06，余量为Fe以及微量元素；其铸态条件下性能要求为：抗拉强度R≥500MPa，断后伸长率A≥18％；基体中铁素体的含量为98～100％，球化级别1～2级，石墨球大小为6～7级。
一种高强度、高伸长率铸态QT500-18球墨铸铁的制备方法包括以下步骤：
步骤1：配料熔炼，在中频感应炉中加入低锰废钢和增碳剂，并在熔化至2/3前加入预处理剂90％SiC；
步骤2：调制成分及高温过热，熔清后温度达到1400-1420℃开始光谱取样测量熔清成分，根据取样成分采用75硅铁补充硅；当调制成分合格后进行高温过热静置，过热温度1510-1520℃，过热时间8-10min；
步骤3：球化孕育处理，过热完加少量废钢降温至1480-1500℃，进行炉口炉渣扒渣干净，开始进行出炉，包内球化孕育处理，球化剂、孕育剂倒入后分别耙平捣实，再加上盖板，边缘缝隙用部分孕育剂填实；
步骤4：包内冲入法加镍，把称重好的镍板直接投入到球化包的冲入室内，球化的时候铁水直接冲入冲入室，然后融合镍合金返回到球化室开始合金化和球化孕育；
步骤5：二次孕育及浇注，浇注温度1380-1400℃，采用随流孕育进行孕育，将熔体浇铸到成型铸铁模具中，随后开模取样，放冷，得到预制件。
其中，步骤1中增碳剂采用球铁专用增碳剂，固定碳99％以上，硫小于等于0.05％，氮含量小于等于200PPM。
其中，步骤3中球化剂采用铈基轻稀土硅镁球化剂和钇基重稀土硅镁球化剂按质量比1:1配置，加入量为铁水量的1.1％；球化剂的成分包括：Mg 6.0～7.0％、Ca 2.0～3.0％、Si 40～50％、RE 2.0～3.0％、Al≤1.0％、Ti≤0.5％、MgO≤1.0％。
其中，步骤3中孕育剂采用硅钡孕育剂，加入量为铁水量的1.0％，孕育剂的成分包括：Si 70～75％、Ca 1.5～2.5％、Al≤1.5％、Ba 4.0～6.0％，余量Fe。
其中，步骤5中浇注前包口浇注口提前安装好石墨棒，石墨棒后面铺设挡渣棉并在挡渣棉撒上集渣剂；浇注过程始终保持浇口杯液面2/3以上充满状态，浇注速度控制在130-150kg/s，从出炉到浇注时间控制在8min以内。
其中，步骤5中随流孕育量为铁水量的0.15％，随流孕育剂采用含Ba、Mg和稀土的PKT随流孕育剂，随流孕育剂的成分包括：Si 65～70％、Ca 1～2％、Al≤1.5％、Ba 4.0～6.0％、Mg 0.8～1.5％、Re 0.3～0.8％，余量Fe。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、冲压模具压料芯要求材质具有高强度和延伸率的同时必须具备较高的硬度才能满足冲压过程不拉毛问题，常规生铁和废钢配比其延伸率和抗拉强度可以满足要求，但满足不了其硬度要求，因生铁中石墨具备遗传性，增加了石墨核心，促进了石墨化作用，硬度降低。本发明采用纯低锰废钢熔炼可以提升铸件基体硬度同时保证硬度的均匀性。
2、本发明在满足其延伸率情况下，要求基体必须为全铁素体组织，所以CE值设定必须是过共晶成分，保证较高的强度和延伸率，采用高硅固溶强化方式进行处理。
3、本发明要保证其高强度和硬度，采用促进强度、硬度且不影响延伸率的合金元素，采用促进石墨化、增加珠光体作用微弱，且基体起到固溶强化、细化晶粒的元素，故采用加入一定量的镍并在铁水包中直接加入，铁水冲入熔化合金化方式进行处理。
4、本发明在保证上述性能的前提下必须保证球化和孕育质量，具备使得球化率高，石墨球等级高，晶粒细小，熔炼采用碳化硅硅，高温石墨化增碳剂增碳方式，高温静置处理，净化铁液的同时使得铁液具备较多的石墨核心，球化采用轻稀土球化剂和重稀土球化剂混合使用，压料芯的壁薄不均减少缩松的同时保证减少球化衰退，一次球化孕育采用冲入法，第一次采用长效的孕育剂硅钡孕育剂，二次孕育采用专用的PKT随流，二次随流孕育含一定量的Mg和稀土元素，在二次孕育过程中形成了二次球化作用。提升石墨核心细化石墨提高石墨球数量的同时，大大提升了球化率。使得基体具备较高的综合性能。
5、本发明制备的QT500-18球墨铸铁抗拉强度R≥500MPa，断后伸长率A≥18％；基体中铁素体的含量为98～100％，球化级别1～2级，石墨球大小为6～7级，具有较高的强度、硬度以及塑性。用此材质生产的汽车冲压模压料芯产品强度和硬度高，不仅可以保证对钢板的正常冲压，而且伸长率高，可以避免断裂造成冲压线停线问题，保证批量冲压生产。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1：
一种高强度、高伸长率铸态QT500-18球墨铸铁及其制备方法，其合金成分按质量百分比计包括：C 3.2～3.35、Si 3.5～3.6、Mn 0.15～0.25、P≤0.06、S≤0.02、Cr≤0.03、Ni 0.50～0.55、Mg 0.030～0.06，余量为Fe以及微量元素。
其制备步骤如下：
步骤1：配料熔炼，在中频感应炉中加入低锰废钢和增碳剂，并在熔化至2/3前加入预处理剂90％SiC。
步骤2：调制成分及高温过热，熔清后温度达到1420℃开始光谱取样测量熔清成分，根据取样成分采用75硅铁补充硅；当调制成分合格后进行高温过热静置，过热温度1520℃，过热时间8min。
步骤3：球化孕育处理，过热完加少量废钢降温至1500℃，进行炉口炉渣扒渣干净，开始进行出炉，包内球化孕育处理，球化剂、孕育剂倒入后分别耙平捣实，再加上盖板，边缘缝隙用部分孕育剂填实；
步骤4：包内冲入法加镍，把称重好的镍板直接投入到球化包的冲入室内，球化的时候铁水直接冲入冲入室，然后融合镍合金返回到球化室开始合金化和球化孕育；
步骤5：二次孕育及浇注，浇注温度1400℃，采用随流孕育进行孕育，将熔体浇铸到成型铸铁模具中，随后开模取样，放冷，得到预制件。
本实施例制备的样件检测结果：抗拉强度573MPa，断后伸长率19％，硬度210HB，铁素体100％，球化等级2级，石墨大小7级。
实施例2：
一种高强度、高伸长率铸态QT500-18球墨铸铁及其制备方法，其合金成分按质量百分比计包括：C 3.2～3.35、Si 3.5～3.6、Mn 0.15～0.25、P≤0.06、S≤0.02、Cr≤0.03、Ni 0.50～0.55、Mg 0.030～0.06，余量为Fe以及微量元素。
其制备步骤如下：
步骤1：配料熔炼，在中频感应炉中加入低锰废钢和增碳剂，并在熔化至2/3前加入预处理剂90％SiC。
步骤2：调制成分及高温过热，熔清后温度达到1400℃开始光谱取样测量熔清成分，根据取样成分采用75硅铁补充硅；当调制成分合格后进行高温过热静置，过热温度1510℃，过热时间8min。
步骤3：球化孕育处理，过热完加少量废钢降温至1480℃，进行炉口炉渣扒渣干净，开始进行出炉，包内球化孕育处理，球化剂、孕育剂倒入后分别耙平捣实，再加上盖板，边缘缝隙用部分孕育剂填实；
步骤4：包内冲入法加镍，把称重好的镍板直接投入到球化包的冲入室内，球化的时候铁水直接冲入冲入室，然后融合镍合金返回到球化室开始合金化和球化孕育；
步骤5：二次孕育及浇注，浇注温度1400℃，采用随流孕育进行孕育，将熔体浇铸到成型铸铁模具中，随后开模取样，放冷，得到预制件。
本实施例制备的样件检测结果：抗拉强度580MPa，断后伸长率26％，硬度198HB，铁素体100％，球化等级2级，石墨大小6级。
实施例3：
一种高强度、高伸长率铸态QT500-18球墨铸铁及其制备方法，其合金成分按质量百分比计包括：C 3.2～3.35、Si 3.5～3.6、Mn 0.15～0.25、P≤0.06、S≤0.02、Cr≤0.03、Ni 0.50～0.55、Mg 0.030～0.06，余量为Fe以及微量元素。
其制备步骤如下：
步骤1：配料熔炼，在中频感应炉中加入低锰废钢和增碳剂，并在熔化至2/3前加入预处理剂90％SiC。
步骤2：调制成分及高温过热，熔清后温度达到1410℃开始光谱取样测量熔清成分，根据取样成分采用75硅铁补充硅；当调制成分合格后进行高温过热静置，过热温度1520℃，过热时间10min。
步骤3：球化孕育处理，过热完加少量废钢降温至1490℃，进行炉口炉渣扒渣干净，开始进行出炉，包内球化孕育处理，球化剂、孕育剂倒入后分别耙平捣实，再加上盖板，边缘缝隙用部分孕育剂填实；
步骤4：包内冲入法加镍，把称重好的镍板直接投入到球化包的冲入室内，球化的时候铁水直接冲入冲入室，然后融合镍合金返回到球化室开始合金化和球化孕育；
步骤5：二次孕育及浇注，浇注温度1390℃，采用随流孕育进行孕育，将熔体浇铸到成型铸铁模具中，随后开模取样，放冷，得到预制件。
本实施例制备的样件检测结果：抗拉强度569MPa，断后伸长率19％，硬度210HB，铁素体100％，球化等级2级，石墨大小7级。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种高强度、高伸长率铸态QT500-18球墨铸铁，其特征在于：
其合金成分按质量百分比计包括：C 3.1～3.35、Si 3.5～3.6、Mn 0.15～0.25、P≤0.06、S≤0.02、Cr≤0.03、Ni 0.50～0.55、Mg 0.030～0.06，余量为Fe以及微量元素；
其铸态条件下性能要求为：抗拉强度R≥500MPa，断后伸长率A≥18％；基体中铁素体的含量为98～100％，球化级别1～2级，石墨球大小为6～7级；
其制备方法包括以下步骤：
步骤1：配料熔炼，在中频感应炉中加入低锰废钢和增碳剂，并在熔化至2/3前加入预处理剂90％SiC；
步骤2：调制成分及高温过热，熔清后温度达到1400-1420℃开始光谱取样测量熔清成分，根据取样成分采用75硅铁补充硅；当调制成分合格后进行高温过热静置，过热温度1510-1520℃，过热时间8-10min；
步骤3：球化孕育处理，过热完加少量废钢降温至1480-1500℃，进行炉口炉渣扒渣干净，开始进行出炉，包内球化孕育处理，球化剂、孕育剂倒入后分别耙平捣实，再加上盖板，边缘缝隙用部分孕育剂填实；
步骤4：包内冲入法加镍，把称重好的镍板直接投入到球化包的冲入室内，球化的时候铁水直接冲入冲入室，然后融合镍合金返回到球化室开始合金化和球化孕育；
步骤5：二次孕育及浇注，浇注温度1380-1400℃，采用随流孕育进行孕育，将熔体浇铸到成型铸铁模具中，随后开模取样，放冷，得到预制件。
2.根据权利要求1所述的一种高强度、高伸长率铸态QT500-18球墨铸铁的制备方法，其特征在于：步骤1中增碳剂采用球铁专用增碳剂，固定碳99％以上，硫小于等于0.05％，氮含量小于等于200PPM。
3.根据权利要求1所述的一种高强度、高伸长率铸态QT500-18球墨铸铁的制备方法，其特征在于：步骤3中球化剂采用铈基轻稀土硅镁球化剂和钇基重稀土硅镁球化剂按质量比1:1配置，加入量为铁水量的1.1％；球化剂的成分包括：Mg 6.0～7.0％、Ca 2.0～3.0％、Si40～50％、RE 2.0～3.0％、Al≤1.0％、Ti≤0.5％、MgO≤1.0％。
4.根据权利要求1所述的一种高强度、高伸长率铸态QT500-18球墨铸铁的制备方法，其特征在于：步骤3中孕育剂采用硅钡孕育剂，加入量为铁水量的1.0％，孕育剂的成分包括：Si 70～75％、Ca 1.5～2.5％、Al≤1.5％、Ba 4.0～6.0％，余量Fe。
5.根据权利要求1所述的一种高强度、高伸长率铸态QT500-18球墨铸铁的制备方法，其特征在于：步骤5中浇注前包口浇注口提前安装好石墨棒，石墨棒后面铺设挡渣棉并在挡渣棉撒上集渣剂；浇注过程始终保持浇口杯液面2/3以上充满状态，浇注速度控制在130-150kg/s，从出炉到浇注时间控制在8min以内。
6.根据权利要求1所述的一种高强度、高伸长率铸态QT500-18球墨铸铁的制备方法，其特征在于：步骤5中随流孕育量为铁水量的0.15％，随流孕育剂采用含Ba、Mg和稀土的PKT随流孕育剂，随流孕育剂的成分包括：Si 65～70％、Ca 1～2％、Al≤1.5％、Ba 4.0～6.0％、Mg 0.8～1.5％、Re 0.3～0.8％，余量Fe。
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何宝楼: "孕育增硅固溶强化铁素体球铁的组织与性能研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑》, no. 2019, pages 15 - 16 *
杨建华: "《铸铁焊补》", 山东科学技术出版社, pages: 9 *

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