CN114262839A - 一种高强度薄壁灰铁铸件及其制备方法 - Google Patents
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- Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)
Abstract
本发明涉及金属加工技术的领域，尤其涉及一种高强度薄壁灰铁铸件及其制备方法。所述灰铁铸件由以下重量百分比的化学成分组成：C：2.25～3.3％、Si：2～2.5％、Mn：0.2～0.4％、Cu：0.35～0.45％、Sr：0.2～0.4％、Zr：0.1～0.2％、Cr：0.2～0.3％、Sn：0.08～0.1％、Re：0.06～0.08％、P：0.02～0.04％、S：0.06～0.08％、余量为Fe以及不可避免的杂质。本发明通过二次孕育浇注法，第一次孕育以SiC‑Sr‑Fe合金为孕育剂，第二次孕育以Si73Sr1.0或Si75Sr1.5为孕育剂，所制备得到的灰铁铸件不仅具有薄壁、高抗拉强度、高硬度的性能，同时浇注过程中不易产生气孔、缩陷等现象，从而极大地降低产品的废品率％。
Description
技术领域
本发明涉及金属加工技术的领域，尤其涉及一种高强度薄壁灰铁铸件及其制备方法。
背景技术
C、Si、Mn、P、S是灰铸铁的基本元素，C和Si元素具有强烈促进石墨化作用，如果碳含量和硅含量偏高，会导致石墨粗化，铁素体体积分数增多，珠光体体积分数减少，铸铁的强度和硬度下降。在目前生产的高牌号灰铸铁中，为保证高强度铸件的性能要求，需要选择适当的碳当量，一般将原铁液碳当量控制在3.8％～3.9％，这样可以改善铸铁的铸造性能，减少白口、缩孔、缩松和渗漏缺陷，降低废品率，这对于薄壁铸铁件尤为重要。
但是，较低的碳当量必然导致铸造性能降低，铸件容易产生气孔、冷隔、缩松、缩陷等废品。而加入铜、铬或价格更高的钼、锡等合金，则使铸件生产成本显著增加。低硫低氮石墨化增碳剂的使用，虽然能从源头上避免铸件产生氮气孔，降低熔炼过程控制难度，但丧失了低成本的氮的合金化作用，且低硫低氮石墨化增碳剂处理工艺复杂，成本相对较高。
基于上述情况，本发明提出了一种高强度薄壁灰铁铸件及其制备方法，可有效解决以上问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度薄壁灰铁铸件及其制备方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种高强度薄壁灰铁铸件，所述灰铁铸件由以下重量百分比的化学成分组成：C：2.25～3.3％、Si：2～2.5％、Mn：0.2～0.4％、Cu：0.35～0.45％、Sr：0.2～0.4％、Zr：0.1～0.2％、Cr：0.2～0.3％、Sn：0.08～0.1％、Re：0.06～0.08％、P：0.02～0.04％、S：0.06～0.08％、余量为Fe以及不可避免的杂质。
优选地，所述Re为Ce、La、Pr、Nd、Lu中的一种或两种以上的组合。
在其中一个实施例中，所述灰铁铸件由以下重量百分比的化学成分组成：C：2.25％、Si：2％、Mn：0.2％、Cu：0.35％、Sr：0.2％、Zr：0.1％、Cr：0.2％、Sn：0.08％、Ce：0.06％、P：0.02％、S：0.06％、余量为Fe以及不可避免的杂质。
在其中一个实施例中，所述灰铁铸件由以下重量百分比的化学成分组成：C：2.5％、Si：2.5％、Mn：0.4％、Cu：0.4％、Sr：0.3％、Zr：0.2％、Cr：0.3％、Sn：0.1％、La：0.08％、P：0.04％、S：0.06％、余量为Fe以及不可避免的杂质。
在其中一个实施例中，所述灰铁铸件由以下重量百分比的化学成分组成：C：3％、Si：2.5％、Mn：0.2％、Cu：0.45％、Sr：0.4％、Zr：0.3％、Cr：0.3％、Sn：0.1％、Nd：0.08％、P：0.04％、S：0.08％、余量为Fe以及不可避免的杂质。
本发明申请还提供一种高强度薄壁灰铁铸件的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)熔炼：将各原料投入至中频熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为1530～1550℃，测定各元素的含量，并调整各元素含量至符合配方要求，得到熔化铁液；
(2)高温精炼：将铁液温度调节至1580～1600℃，保温10～15min后除渣；
(3)初孕育：温度控制在1540～1550℃，将0.3～0.5％熔化铁液重量的初孕育剂加入到步骤(2)中，进行浮硅孕育处理，除去浮渣，得到初孕育铁液；
(4)增碳：温度控制在1550～1560℃，将0.5～0.8％初孕育铁液重量的增碳剂加入到步骤(3)中，得增碳铁液；
(5)再孕育：温度控制在1520～1530℃，将0.4～0.5％增碳铁液重量的再孕育剂加入到步骤(4)中，得再孕育铁液；
(6)浇注：浇注温度控制在l440～1460℃，浇注至树脂砂型中；铁液凝固冷却并对铸件表面进行清理，即得所述灰铁铸件。
优选地，所述增碳剂为碳化硅，粒度为8～10nm；
优选地，所述增碳剂为碳化硅与石墨粉的组合物，所述碳化硅与石墨粉的比例为15～20:1～3，所述石墨粉的粒度为2～5nm。
优选地，所述初孕育剂为SiC-Sr-Fe合金，其中SiC的质量含量为15～20％，单质Sr的质量含量为30～35％，余量为Fe，粒度为1～3mm。
优选地，所述再孕育剂为Si73Sr1.0或Si75Sr1.5的其中一种，粒度为3～5nm。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.本发明通过二次孕育浇注法，第一次孕育以SiC-Sr-Fe合金为孕育剂，第二次孕育以Si73Sr1.0或Si75Sr1.5为孕育剂，所制备得到的灰铁铸件不仅具有薄壁、高抗拉强度、高硬度的性能，同时浇注过程中不易产生气孔、缩陷等现象，从而极大地降低产品的废品率％。
2.本发明原材料在国内充足，价格适宜，使其规模化生产没有太高的成本限制；同时，制备方法简单，总体生产成本不高，有利于工业的大规模生产。
具体实施方式
实施例1
按表1称量具体原料，其余步骤制备步骤如下：
(1)熔炼：将各原料投入至中频熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为1530℃，测定各元素的含量，并调整各元素含量至符合配方要求，得到熔化铁液；
(2)高温精炼：将铁液温度调节至1580℃，保温115min后除渣；
(3)初孕育：温度控制在1540℃，将0.5％熔化铁液重量的初孕育剂加入到步骤(2)中，进行浮硅孕育处理，除去浮渣，得到初孕育铁液；
(4)增碳：温度控制在1550℃，将0.8％初孕育铁液重量的增碳剂加入到步骤(3)中，得增碳铁液；
(5)再孕育：温度控制在1520℃，将0.5％增碳铁液重量的再孕育剂加入到步骤(4)中，得再孕育铁液；
(6)浇注：浇注温度控制在l440℃，浇注至树脂砂型中；铁液凝固冷却并对铸件表面进行清理，即得所述灰铁铸件。
所述增碳剂为碳化硅与石墨粉的组合物，所述碳化硅与石墨粉的比例为15:3，所述石墨粉的粒度为2～5nm。
所述初孕育剂为SiC-Sr-Fe合金，其中SiC的质量含量为15～20％，单质Sr的质量含量为30～35％，余量为Fe，粒度为1～3mm。
所述再孕育剂为Si73Sr1.0，粒度为3～5nm。
实施例2
按表1称量具体原料，其余步骤制备步骤如下：
(1)熔炼：将各原料投入至中频熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为1550℃，测定各元素的含量，并调整各元素含量至符合配方要求，得到熔化铁液；
(2)高温精炼：将铁液温度调节至1600℃，保温10min后除渣；
(3)初孕育：温度控制在1550℃，将0.3％熔化铁液重量的初孕育剂加入到步骤(2)中，进行浮硅孕育处理，除去浮渣，得到初孕育铁液；
(4)增碳：温度控制在1560℃，将0.5％初孕育铁液重量的增碳剂加入到步骤(3)中，得增碳铁液；
(5)再孕育：温度控制在1530℃，将0.4％增碳铁液重量的再孕育剂加入到步骤(4)中，得再孕育铁液；
(6)浇注：浇注温度控制在1460℃，浇注至树脂砂型中；铁液凝固冷却并对铸件表面进行清理，即得所述灰铁铸件。
所述增碳剂为碳化硅与石墨粉的组合物，所述碳化硅与石墨粉的比例为20:3，所述石墨粉的粒度为2～5nm。
所述初孕育剂为SiC-Sr-Fe合金，其中SiC的质量含量为15～20％，单质Sr的质量含量为30～35％，余量为Fe，粒度为1～3mm。
所述再孕育剂为Si75Sr1.5，粒度为3～5nm。
实施例3
按表1称量具体原料，其余步骤制备步骤如下：
(1)熔炼：将各原料投入至中频熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为1550℃，测定各元素的含量，并调整各元素含量至符合配方要求，得到熔化铁液；
(2)高温精炼：将铁液温度调节至1600℃，保温15min后除渣；
(3)初孕育：温度控制在1550℃，将0.5％熔化铁液重量的初孕育剂加入到步骤(2)中，进行浮硅孕育处理，除去浮渣，得到初孕育铁液；
(4)增碳：温度控制在1560℃，将0.8％初孕育铁液重量的增碳剂加入到步骤(3)中，得增碳铁液；
(5)再孕育：温度控制在1530℃，将0.5％增碳铁液重量的再孕育剂加入到步骤(4)中，得再孕育铁液；
(6)浇注：浇注温度控制在1460℃，浇注至树脂砂型中；铁液凝固冷却并对铸件表面进行清理，即得所述灰铁铸件。
所述增碳剂为碳化硅与石墨粉的组合物，所述碳化硅与石墨粉的比例为15：1，所述石墨粉的粒度为2～5nm。
所述初孕育剂为SiC-Sr-Fe合金，其中SiC的质量含量为15～20％，单质Sr的质量含量为30～35％，余量为Fe，粒度为1～3mm。
所述再孕育剂为Si75Sr1.5，粒度为3～5nm。
对比例1
按表1称量具体原料，步骤制备步骤如下：
与实施例3不同的是初孕育剂为Si75Sr1.0，粒度为3～5nm；再孕育剂为Si75Sr1.5，粒度为3～5nm，其他操作步骤与实施例3相同。
对比例1
按表1称量具体原料，步骤制备步骤如下：
与实施例3不同的是初孕育剂为Si75Sr1.5，粒度为3～5nm；再孕育剂为SiC-Sr-Fe合金，其中SiC的质量含量为15～20％，单质Sr的质量含量为30～35％，余量为Fe，粒度为1～3mm。
表1
实施例4性能测试
分别依照实施例1～3中以及对比例1～2中方法制备壁厚为10mm的灰铁铸件，对上述灰铁铸件进行抗拉强度以及硬度测试。测试结果见表2。
表2性能测试
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (10)
1.一种高强度薄壁灰铁铸件，其特征在于，所述灰铁铸件由以下重量百分比的化学成分组成：C：2.25～3.3％、Si：2～2.5％、Mn：0.2～0.4％、Cu：0.35～0.45％、Sr：0.2～0.4％、Zr：0.1～0.2％、Cr：0.2～0.3％、Sn：0.08～0.1％、Re：0.06～0.08％、P：0.02～0.04％、S：0.06～0.08％、余量为Fe以及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的高强度薄壁灰铁铸件，其特征在于，所述Re为Ce、La、Pr、Nd、Lu中的一种或两种以上的组合。
3.根据权利要求1所述的高强度薄壁灰铁铸件，其特征在于，所述灰铁铸件由以下重量百分比的化学成分组成：C：2.25％、Si：2％、Mn：0.2％、Cu：0.35％、Sr：0.2％、Zr：0.1％、Cr：0.2％、Sn：0.08％、Ce：0.06％、P：0.02％、S：0.06％、余量为Fe以及不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述的高强度薄壁灰铁铸件，其特征在于，所述灰铁铸件由以下重量百分比的化学成分组成：C：2.5％、Si：2.5％、Mn：0.4％、Cu：0.4％、Sr：0.3％、Zr：0.2％、Cr：0.3％、Sn：0.1％、La：0.08％、P：0.04％、S：0.06％、余量为Fe以及不可避免的杂质。
5.根据权利要求1所述的高强度薄壁灰铁铸件，其特征在于，所述灰铁铸件由以下重量百分比的化学成分组成：C：3％、Si：2.5％、Mn：0.2％、Cu：0.45％、Sr：0.4％、Zr：0.3％、Cr：0.3％、Sn：0.1％、Nd：0.08％、P：0.04％、S：0.08％、余量为Fe以及不可避免的杂质。
6.一种制备权利要求1～5所述高强度薄壁灰铁铸件的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)熔炼：将各原料投入至中频熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为1530～1550℃，测定各元素的含量，并调整各元素含量至符合配方要求，得到熔化铁液。
(2)高温精炼：将铁液温度调节至1580～1600℃，保温10～15min后除渣；
(3)初孕育：温度控制在1540～1550℃，将0.3～0.5％熔化铁液重量的初孕育剂加入到步骤(2)中，进行浮硅孕育处理，除去浮渣，得到初孕育铁液；
(4)增碳：温度控制在1550～1560℃，将0.5～0.8％初孕育铁液重量的增碳剂加入到步骤(3)中，得增碳铁液。
(5)再孕育：温度控制在1520～1530℃，将0.4～0.5％增碳铁液重量的再孕育剂加入到步骤(4)中，得再孕育铁液；
(6)浇注：浇注温度控制在l440～1460℃，浇注至树脂砂型中；铁液凝固冷却并对铸件表面进行清理，即得所述灰铁铸件。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述增碳剂为碳化硅，粒度为8～10nm。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述增碳剂为碳化硅与石墨粉的组合物，所述碳化硅与石墨粉的比例为15～20:1～3，所述石墨粉的粒度为2～5nm。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述初孕育剂为SiC-Sr-Fe合金，其中SiC的质量含量为15～20％，单质Sr的质量含量为30～35％，余量为Fe，粒度为1～3mm。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述再孕育剂为Si73Sr1.0或Si75Sr1.5的其中一种，粒度为3～5nm。
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| CN202111623426.9A Pending CN114262839A (zh) | 2021-12-28 | 2021-12-28 | 一种高强度薄壁灰铁铸件及其制备方法 |
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Citations (8)
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|---|---|---|---|---|
| US20030116113A1 (en) * | 2001-12-20 | 2003-06-26 | Ward Joseph R. | Method for manufacture of gray cast iron for crankcases and cylinder heads |
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-
2021
- 2021-12-28 CN CN202111623426.9A patent/CN114262839A/zh active Pending
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