CN114381649A - 一种高强高韧球墨铸铁材料及其铸造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强高韧球墨铸铁材料及其铸造方法，材料化学成分组成为:C：3.4wt％‑3.8wt％，Si：2.0wt％‑2.6wt％，Mn：0.1wt％‑0.3wt％，Cu≤0.5wt％，S<0.02wt％，P<0.03wt％，Mg：0.04wt％‑0.06wt％，余量为Fe和不可避免的杂质；制备方法包括造型、熔炼、球化处理和浇注工序，对型砂硬度、原材料、孕育剂、球化剂、浇注温度和时间等工艺参数进行控制。本发明通过材料成分设计、微量元素控制和关键工艺参数控制，解决了潮模砂工艺难以大批量稳定生产高强度高韧性球墨铸铁材料的难题，铸件抗拉强度达到600MPa以上，延伸率达到10％以上，铸件组织性能稳定性一致性较好，生产成本较低，适用于汽车底盘用铸铁零件。

Description

一种高强高韧球墨铸铁材料及其铸造方法
技术领域
本发明涉及金属铸造领域，具体涉及一种高强高韧球墨铸铁材料及其铸造方法。
背景技术
球墨铸铁因具有优良的力学性能、工艺性能和较低的成本，广泛应用于汽车底盘类零部件上。随着汽车零部件朝薄壁化的方向发展，汽车零部件对材料的强度要求越来越高，越来越多的零部件采用高牌号的球墨铸铁，然而，高牌号的球墨铸铁韧性往往较差，难以满足零件的可靠性要求。譬如，国标材料牌号(QT600-3、QT700-2、QT800-2)没有同时兼具高强度和高延伸率的球墨铸件材料。美国(ASTMA536：2014)、日本(JISG5502：2006)、欧洲(EN1563：2012)和国际(ISO1087：2017)的球墨铸铁标准与中国标准相近，球墨铸铁强度和韧性也无法兼顾。因此，如何在保证高强度的条件下提高铸件铸态材质的延伸率是铸态球墨铸铁扩展应用的难点所在。
砂型铸造是制造球墨铸铁铸件的基础工艺，具有生产成本低、效率高的优点，但采用砂型铸造工艺难以提升铸件的强韧性，特别是大批量稳定地生产高强高韧球铁铸铁零件。目前，现有技术主要通过合金化、热处理等方式来实现球墨铸铁零件高强高韧的目的，然而，合金化、热处理等手段又会产生成本、效率或质量稳定性的问题。
申请号为201410035559.8的中国专利文献公开了一种高强韧球铁及其制造方法，先在电炉内采用废钢、炼钢生铁和增碳剂熔炼低硅球铁原铁水，低硅球铁原铁水的化学组成及质量分数是：3.5～3.7％C，Si<1.0％，Mn<0.35％，S<0.04％，P<0.05％，余量Fe。然后用硅铁对低硅球铁原铁水进行随流孕育处理，并用铜镁合金和镍镁合金进行球化处理和微合金处理，球化处理后，继续用复合孕育剂、金属铋和金属锑对铁水进行孕育和微合金化，可得到强度高、韧性好、无白口组织的高强韧球铁。该方法通过添加大量铜镁合金和镍镁合金进行合金化，添加金属铋和金属锑对铁水进行微合金化，球铁材料的抗拉强度可达到600MPa以上，延伸率达到5％以上。然而，该方法合金添加量大，成本较高，工艺较复杂，延伸率提升不明显，且难以保证不同零件间性能稳定一致。
申请号为201410485597.3的中国专利文献公开了一种转向桥铸态高强高韧球铁合金及其制备方法，球铁合金的化学组分如下(重量百分比)：C:3.4～3.6；Si:2.6～2.9；Mn:0.6～0.8；S:＜0.05；P:＜0.03；Cu:0.3～0.5；Sn:0.02～0.03；Bi:＜0.04；Mg:0.03～0.05；RE:0.01～0.04；余量为Fe；所述球铁合金制备方法包括：步骤一：熔炼；步骤二、球化、孕育及浇注；步骤三、后处理。该方法采用二次球化和二次孕育，采用该方法生产的转向桥可在铸态下使用，无需热处理，节约了生产成本和时间，实施效果好。该方法添加Cu、Bi和Sn等合金元素，采用二次球化和二次孕育的工艺，原料成本和工艺成本均较高，铸件中珠光体含量达到95％以上，虽然抗拉强度较高，但延伸率难以保证。
因此，亟需一种能保证不同球墨铸铁零件性能稳定的生产工艺。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明提供一种高强高韧球墨铸铁及其铸造方法，以保证批量生产出的高强度高韧性球墨铸铁零件，并且其组织、性能上具有良好稳定性和一致性。
本发明提供的技术方案如下：
一种高强高韧球墨铸铁材料，其材料化学成分组成为:C：3.4wt％-3.8wt％，Si：2.0wt％-2.6wt％，Mn：0.1wt％-0.3wt％，Cu≤0.5wt％，S<0.02wt％，P<0.03wt％，Mg：0.04wt％-0.06wt％，余量为Fe和不可避免的杂质。
作为上述技术方案的优选，高强高韧球墨铸铁材料的化学成分中，V＜0.015wt％，Ti＜0.04wt％，B＜0.006wt％。
作为上述技术方案的优选，零件平均壁厚L＜7mm时，控制Cu含量为0-0.1wt％、Si含量为2.4wt％-2.6wt％；零件平均壁厚7mm≤L≤20mm时，控制Cu含量为0.1wt％-0.35wt％、Si含量为2.2wt％-2.4wt％；零件平均壁厚L＞20mm时，控制Cu含量为0.35wt％-0.5wt％、Si含量为2.0wt％-2.2wt％。
作为上述技术方案的优选，高强高韧球墨铸铁材料的化学成分组成为:C3.64wt％、Si2.38wt％、Mn0.24wt％、Cu0.33wt％、P0.024wt％、S0.008wt％、Mg0.056wt％；V0.006wt％、Ti0.01wt％、B0.001wt％；余量为Fe和不可避免的杂质。
一种上述高强高韧球墨铸铁材料的铸造方法，包括如下步骤：
(1)造型：砂型外模采用潮模砂工艺造型，潮模砂表面硬度为60-100；
(2)熔炼：炉料由60wt％-90wt％生铁、0-20wt％废钢和0-20wt％回炉料组成；使用中频炉进行铁液熔炼，将炉料熔炼至熔融状态，根据化学成分检测结果加入增碳剂和铁合金调整铁液化学成分，控制出炉温度在1450℃-1500℃范围内，然后出炉；
(3)球化处理：球化处理采用喂丝球化工艺，球化剂加入量为每型铁液的0.4wt％-0.6wt％，球化处理的同时进行孕育处理，孕育剂加入量0.25wt％-0.35wt％，球化处理时间45s-90s；
(4)浇注：将孕育处理后的铁水在温度1390℃～1420℃时进行浇注，在浇注的同时进行0.05wt％-0.15wt％的随流孕育，6-10min内完成浇注。
作为上述技术方案的优选，所述熔炼步骤中：回炉料采用球铁回炉料，废钢采用低S、P压块废钢，生铁采用高纯生铁，生铁中微量元素V＜0.015wt％，Ti＜0.04wt％，B＜0.001wt％。
作为上述技术方案的优选，所述球化处理步骤中：球化剂中Mg的含量为25wt％-30wt％Mg，Si的含量为38wt％-45wt％，Ca的含量2wt％-7wt％，芯线直径12-14mm。
作为上述技术方案的优选，所述球化处理步骤中，孕育剂为硅锆孕育剂，粒度为0.7-3mm；硅锆孕育剂中Si的含量为65wt％-75wt％，Al的含量为0.5wt％-1.5wt％，Zr的含量为3.0wt％-9.0wt％，余量为Fe。
作为上述技术方案的优选，所述浇注步骤中：随流孕育剂为铝硅钙孕育剂，粒度0.2-0.7mm；铝硅钙孕育剂中Si的含量为45wt％-55wt％，Al的含量为4wt％-6wt％，Ca的含量1wt％-2wt％，余量为Fe。
作为上述技术方案的优选，潮模砂表面硬度为95。
本发明具有以下优点和有益效果：
(1)本发明通过硅锆孕育+硅铝钙孕育，细化了基体中的石墨球，石墨球大小均匀，能够同时提高其强度和韧性。
(2)本发明通过Mn和Cu来控制基体中珠光体和铁素体的含量，使铸件抗拉强度≥600MPa，延伸率≥10％；合金元素加入量较少，且减少了贵重合金的用量，降低了原料成本。
(3)本发明通过严格控制原材料、熔炼过程、球化工艺和浇注等，实现铸件批量生产性能的稳定一致、铸件质量波动较小的效果，铸件不同位置和批次抗拉强度波动在50MPa以内。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的数据，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了实现铸件批量生产性能的稳定一致、铸件质量波动较小的效果，本发明对原材料的化学元素、熔炼过程、球化工艺和浇注条件等进行了如下控制：
1.化学元素：
C：为提高球墨铸铁铁水流动性并降低缩孔缺陷，保证石墨球数量及外形圆整，球墨铸铁的C含量应保持一定范围。C含量较多，铸铁中石墨变粗大、数量增多，力学性能下降；C含量较少，会增加铸件收缩倾向，影响铸件致密性。本发明中将C含量提高到3.4wt％～3.8wt％的范围内。
Si：随着Si量增加，基体中珠光体量逐渐减少，铁素体量增加，Si含量过高会提高脆性转变温度。为了保证铸铁金相组织中具有理想的石墨数量和铁素体含量，本发明选择高Si的成分配比，Si的含量控制在2.0wt％～2.6wt％的范围内，厚大铸件硅含量取下限。
Mn：该元素能能够促进珠光体的形成，从而提高材料的力学性能。Mn含量较低，基体中铁素体含量较多；Mn含量较高，组织中出现球状石墨，并且碳化物增多。在本发明中，为了获得较高强度和延伸率，选定Mn含量范围为0.1wt％～0.3wt％。
S：与球化元素(主要为Mg和Re)都有很大亲和力，原铁水含S越多，消耗的球化剂也越多，增大浮渣的产生倾向。本发明S含量控制在0.015wt％以内。
P：一般为有害元素，P元素过多会形成磷共晶，降低材料的韧性，使铸件易出现缩松和冷裂，因此P的含量一般宜控制在0.03wt％以内。
Cu：在铸铁共晶凝固中促进石墨化，能减小白口化倾向。在共析过程中促进珠光体的形成，能减小断面敏感性。为保证铸件具有良好的强度和延伸率，Cu含量控制在0wt％～0.5wt％范围内。
Mg：能够抑制片状石墨形成，含量低会出现球化不良，含量较高会增加白口倾向和缩松倾向，并增加生产成本。在杂质元素含量少的情况下，Mg球化效果很好，适用于不同壁厚和碳当量的铸件，能够保证不同类型铸件石墨的圆整度。Mg的加入量与化学成分(特别是S含量和杂质元素含量)、球化处理工艺和孕育工艺等相关。根据本发明原材料控制、球化处理工艺和孕育工艺特点，严格控制Mg含量为0.04wt％～0.06wt％。
杂质元素：V、Ti和B是强烈影响珠光体元素，为稳定地控制铸件珠光体和铁素体含量，保证铸件性能的稳定一致，应严格控制原材料，杂质元素V＜0.015wt％、Ti＜0.04wt％、B＜0.006wt％。
本发明的原材料包括：回炉料0wt％-20wt％，高纯生铁60wt％-90wt％，废钢0wt％-20wt％；本发明涉及的术语“回炉料”是指本发明铸造高强高韧球墨铸铁零件产生的废铸件、浇口、冒口等废金属送回熔炉重熔的炉料。
2.铸造工艺：
孕育处理：采用硅锆孕育+硅铝钙孕育方式，抗衰退能力强，有效消除过冷倾向，增加石墨核心，细化球状石墨，增加石墨数量，提高石墨生长的稳定性和圆整度，提升其强度和塑性。本发明硅锆孕育加入量0.25wt％-0.35wt％，硅铝钙孕育剂加入量0.05wt％-0.15wt％
球化处理：Mg具有良好的球化效果，在严格控制杂质干扰元素的前提下，能够很好地适用于不同壁厚和碳当量的铸件，保证零件石墨组织的均匀稳定。球化成本比较低，避免其他微量元素对铸件质量的影响。球化剂加入量也要严格控制，加入量偏多，易造成石墨异化、白口、缩孔缩松等倾向；加入量偏少，容易球化不良。本发明采用含镁的喂丝球化工艺处理工艺，球化剂加入量0.4％-0.6％。
铸造温度和时间：温度偏高或反应时间偏长，球化元素烧损大，造成球化衰退或球化不良；温度偏低或反应时间偏短，易造成流动性差，易出现冷隔、气孔等缺陷。本发明控制出炉温度在1450℃-1500℃，球化处理时间45s-90s，控制浇注温度1390℃～1420℃，6-10min内完成浇注。
型砂：型砂硬度过高影响铸件透气性，型砂硬度较低容易出现涨箱粘砂等缺陷，降低铸件强度和延伸率。本发明采用潮模砂造型,型砂由新砂、旧砂、膨润土和煤粉配制而成，型砂表面硬度范围为60-100(SYS-C砂型表面硬度计)。型砂表面硬度单位是g/mm2，但习惯上不用单位而直接用数值来表示硬度值大小。
以上孕育处理工艺参数、球化处理工艺参数、铸造温度和时间都相互关联，超出控制范围会影响零件性能。
下面将结合实施例来具体描述本发明，但本发明的范围不局限于此。
实施例1
本实施例提供一种平均壁厚为25mm的汽车底盘零件1，其铸造方法包括以下步骤：
(1)按以下重量百分比准备原材料：回炉料10wt％，高纯生铁90wt％。
(2)提供适用于汽车底盘零件1的潮模砂砂型：型砂由新砂、旧砂、膨润土和煤粉配制而成，型砂硬度为60。
(3)熔炼：使用中频炉进行铁水熔炼，将回炉料、生铁熔炼至熔融状态，根据化学成分检测结果加入增碳剂和合金，调整铁水化学成分为：C3.53wt％、Si2.06wt％、Mn0.25wt％、Cu0.45wt％、P0.022wt％、S0.005wt％、Mg0.058wt％；杂质元素V0.008wt％、Ti0.01wt％、B0.003wt％；控制出炉温度为1500℃，将铁水出炉。
(4)球化处理：采用喂丝球化，球化剂规格：25wt％-30wt％Mg，38wt％-45wt％Si，2wt％-7wt％Ca，球化剂加入量为每型铁水的0.6wt％，球化处理的同时进行孕育处理，孕育剂为硅锆孕育剂，硅锆孕育剂加入量为每型铁水的0.35wt％，球化处理时间为70s。
(5)浇注：将孕育处理后的铁水在温度1420℃时进行浇注，在浇注的同时按每型铁水的0.15wt％加入铝硅钙孕育剂进行随流孕育，8min完成浇注。
(6)自然冷却后，取模，得到汽车底盘零件1。
汽车底盘零件1本体的球化等级达到1级，石墨大小保持6级，抗拉强度651MPa，延伸率13％。
实施例2
本实施例提供一种平均壁厚为6mm的汽车底盘零件2，其铸造方法包括以下步骤：
(1)按以下重量百分比准备原材料：回炉料为10wt％，生铁为80wt％，压块废钢为10wt％。
(2)提供适用于汽车底盘零件2的潮模砂砂型：型砂由新砂、旧砂、膨润土和煤粉配制而成，型砂硬度为80。
(3)熔炼：使用中频炉进行铁水熔炼，将回炉料、生铁熔炼至熔融状态，根据化学成分检测结果加入增碳剂和合金，调整铁水化学成分为：C3.61wt％、Si2.52wt％、Mn0.29wt％、Cu0.09wt％、P0.007wt％、S0.015wt％、Mg0.053wt％；杂质元素V0.007wt％、Ti0.02wt％、B0.002wt％；控制出炉温度为1480℃，将铁水出炉。
(4)球化处理：采用喂丝球化，球化剂规格：25wt％-30wt％Mg，38wt％-45wt％Si，2wt％-7wt％Ca，球化剂加入量为每型铁水的0.4wt％，球化处理的同时进行孕育处理，孕育剂为硅锆孕育剂，硅锆孕育剂加入量为每型铁水的0.30wt％，球化处理时间为90s。
(5)浇注：将孕育处理后的铁水在温度1400℃时进行浇注，在浇注的同时按每型铁水的0.10wt％加入铝硅钙孕育剂进行随流孕育，6min完成浇注。
(6)自然冷却后，取模，得到汽车底盘零件2。
汽车底盘零件2本体的球化等级达到2级，石墨大小保持8级，抗拉强度668MPa，延伸率10％。
实施例3
本实施例提供一种平均壁厚为15mm的汽车底盘零件3，其铸造方法包括以下步骤：
(1)按以下重量百分比准备原材料：回炉料为20wt％，高纯生铁为60wt％，压块废钢为20wt％。
(2)提供适用于汽车底盘零件3的潮模砂砂型：型砂由新砂、旧砂、膨润土和煤粉配制而成，型砂硬度为95。
(3)熔炼：使用中频炉进行铁水熔炼，将回炉料、生铁熔炼至熔融状态，根据化学成分检测结果加入增碳剂和合金，调整铁水化学成分为：C3.64wt％、Si2.38wt％、Mn0.24wt％、Cu0.33wt％、P0.024wt％、S0.008wt％、Mg0.056wt％；杂质元素V0.006wt％、Ti0.01wt％、B0.001wt％；控制出炉温度为1450℃，将铁水出炉。
(4)球化处理：采用喂丝球化，球化剂规格：25wt％-30wt％Mg，38wt％-45wt％Si，2wt％-7wt％Ca，球化剂加入量为每型铁水的0.5wt％，球化处理的同时进行孕育处理，孕育剂为硅锆孕育剂，硅锆孕育剂加入量为每型铁水的0.25wt％，球化处理时间为45s。
(5)浇注：将孕育处理后的铁水在温度1390℃时进行浇注，在浇注的同时按每型铁水的0.05wt％加入铝硅钙孕育剂进行随流孕育，7min完成浇注。
(6)自然冷却后，取模，得到汽车底盘零件3。
汽车底盘零件3本体的球化等级达到1级，石墨大小保持7级，抗拉强度694MPa，延伸率11％。
实施例4
本实施例提供一种平均壁厚为14mm的汽车底盘零件4，其铸造方法包括以下步骤：
(1)按以下重量百分比准备原材料：回炉料为10％，生铁为80％，废钢为10％。
(2)提供适用于汽车底盘零件4的潮模砂砂型：型砂由新砂、旧砂、膨润土和煤粉配制而成，型砂硬度为80。
(3)熔炼：使用中频炉进行铁水熔炼，将回炉料、生铁熔炼至熔融状态，根据化学成分检测结果加入增碳剂和合金，调整铁水化学成分为：C3.71wt％、Si2.31wt％、Mn0.25wt％、Cu0.32wt％、P0.013wt％、S0.012wt％、Mg0.047wt％；杂质元素V0.009wt％、Ti0.02wt％、B0.002wt％；控制出炉温度为1480℃，将铁水出炉。
(4)球化处理：采用喂丝球化，球化剂规格：25wt％-30wt％Mg，38wt％-45wt％Si，2wt％-7wt％Ca，球化剂加入量为每型铁水的0.5wt％，球化处理的同时进行孕育处理，孕育剂为硅锆孕育剂，硅锆孕育剂加入量为每型铁水的0.30wt％，球化处理时间为70s。
(5)浇注：将孕育处理后的铁水在温度1400℃时进行浇注，在浇注的同时按每型铁水的0.10wt％加入铝硅钙孕育剂进行随流孕育，8min完成浇注。
(6)自然冷却后，取模，得到汽车底盘零件4。
汽车底盘零件4本体的球化等级达到1-2级，石墨大小保持6-8级，材料抗拉强度676MPa，延伸率11％。
表1实施例1～4制备的零件1～零件4的化学成分以及零件性能
Figure BDA0003469267610000131
对比例1
本对比例提供一种平均壁厚为25mm的汽车底盘零件1，其铸造方法包括以下步骤：
(1)按以下重量百分比准备原材料：回炉料10wt％，高纯生铁90wt％。
(2)提供适用于汽车底盘零件1的潮模砂砂型：型砂由新砂、旧砂、膨润土和煤粉配制而成，型砂硬度为60。
(3)熔炼：使用中频炉进行铁水熔炼，将回炉料、生铁熔炼至熔融状态，根据化学成分检测结果加入增碳剂和合金，调整铁水化学成分为：C3.55wt％、Si2.17wt％、Mn0.28wt％、Cu0.44wt％、P0.027wt％、S0.008wt％、Mg0.059wt％、V0.013wt％、Ti0.020wt％、B0.009wt％；控制出炉温度为1500℃，将铁水出炉。
(4)球化处理：采用喂丝球化，球化剂规格：25wt％-30wt％Mg，38wt％-45wt％Si，2wt％-7wt％Ca，球化剂加入量为每型铁水的0.6wt％，球化处理的同时进行孕育处理，孕育剂为硅锆孕育剂，硅锆孕育剂加入量为每型铁水的0.35wt％，球化处理时间为70s。
(5)浇注：将孕育处理后的铁水在温度1420℃时进行浇注，在浇注的同时按每型铁水的0.15wt％加入铝硅钙孕育剂进行随流孕育，8min完成浇注。
(6)自然冷却后，取模，得到汽车底盘零件1。
本对比例与实施例1相比，仅铁水的化学成分不同，零件1材料杂质元素B超出控制范围，零件抗拉强度545MPa，延伸率8％，不满足本发明材料性能要求。
对比例2
本对比例提供一种平均壁厚为6mm的汽车底盘零件2，其铸造方法包括以下步骤：
(1)按以下重量百分比准备原材料：回炉料为10wt％，生铁为80wt％，压块废钢为10wt％。
(2)提供适用于汽车底盘零件2的潮模砂砂型：型砂由新砂、旧砂、膨润土和煤粉配制而成，型砂硬度为80。
(3)熔炼：使用中频炉进行铁水熔炼，将回炉料、生铁熔炼至熔融状态，根据化学成分检测结果加入增碳剂和合金，调整铁水化学成分为：C3.64wt％、Si2.43wt％、Mn0.25wt％、Cu0.60wt％、P0.009wt％、S0.014wt％、Mg0.056wt％；控制出炉温度为1480℃，将铁水出炉。
(4)球化处理：采用喂丝球化，球化剂规格：25wt％-30wt％Mg，38wt％-45wt％Si，2wt％-7wt％Ca，球化剂加入量为每型铁水的0.4wt％，球化处理的同时进行孕育处理，孕育剂为硅锆孕育剂，硅锆孕育剂加入量为每型铁水的0.30wt％，球化处理时间为90s。
(5)浇注：将孕育处理后的铁水在温度1400℃时进行浇注，在浇注的同时按每型铁水的0.10wt％加入铝硅钙孕育剂进行随流孕育，6min完成浇注。
(6)自然冷却后，取模，得到汽车底盘零件2。
与实施例2相比，仅铁水的化学成分不同，Cu的含量超过要求范围，得到汽车底盘零件2抗拉强度781MPa，延伸率6％，不满足本发明材料性能要求。
对比例3
本实施例提供一种平均壁厚为15mm的汽车底盘零件3，其铸造方法包括以下步骤：
(1)按以下重量百分比准备原材料：回炉料为20wt％，高纯生铁为60wt％，压块废钢为20wt％。
(2)提供适用于汽车底盘零件3的潮模砂砂型：型砂由新砂、旧砂、膨润土和煤粉配制而成，型砂硬度为45。
(3)熔炼：使用中频炉进行铁水熔炼，将回炉料、生铁熔炼至熔融状态，根据化学成分检测结果加入增碳剂和合金，调整铁水化学成分为：C3.58wt％、Si2.36wt％、Mn0.28wt％、Cu0.31wt％、P0.026wt％、S0.008wt％、Mg0.052wt％；控制出炉温度为1450℃，将铁水出炉。
(4)球化处理：采用喂丝球化，球化剂规格：25wt％-30wt％Mg，38wt％-45wt％Si，2wt％-7wt％Ca，球化剂加入量为每型铁水的0.5wt％，球化处理的同时进行孕育处理，孕育剂为硅锆孕育剂，硅锆孕育剂加入量为每型铁水的0.25wt％，球化处理时间为45s。
(5)浇注：将孕育处理后的铁水在温度1390℃时进行浇注，在浇注的同时按每型铁水的0.05wt％加入铝硅钙孕育剂进行随流孕育，7min完成浇注。
(6)自然冷却后，取模，得到汽车底盘零件3。
本对比例与实施例3相比，仅铁水化学成分及型砂硬度不同，得到汽车底盘零件3抗拉强度592MPa，延伸率7％，不满足本发明材料性能要求。
对比例4
本对比例提供一种平均壁厚为14mm的汽车底盘零件4，其铸造方法包括以下步骤：
(1)按以下重量百分比准备原材料：回炉料为10wt％，生铁为80wt％，废钢为10wt％。
(2)提供适用于汽车底盘零件4的潮模砂砂型：型砂由新砂、旧砂、膨润土和煤粉配制而成，型砂硬度为80。
(3)熔炼：使用中频炉进行铁水熔炼，将回炉料、生铁熔炼至熔融状态，根据化学成分检测结果加入增碳剂和合金，调整铁水化学成分为：C3.69wt％、Si2.33wt％、Mn0.23wt％、Cu0.34wt％、P0.011wt％、S0.010wt％、Mg0.029wt％；控制出炉温度为1480℃，将铁水出炉。
(4)球化处理：采用喂丝球化，球化剂规格：25wt％-30wt％Mg，38wt％-45wt％Si，2wt％-7wt％Ca，球化剂加入量为每型铁水的0.5wt％，球化处理的同时进行孕育处理，孕育剂为硅锆孕育剂，硅锆孕育剂加入量为每型铁水的0.30wt％，球化处理时间为100s。
(5)浇注：将孕育处理后的铁水在温度1400℃时进行浇注，在浇注的同时按每型铁水的0.10wt％加入铝硅钙孕育剂进行随流孕育，12min完成浇注。
(6)自然冷却后，取模，得到汽车底盘零件4。
本对比例与实施例4相比，仅球化处理时间和浇注时间不同，超过本发明要求范围，得到汽车底盘零件4抗拉强度为526MPa，延伸率6％，不满足本发明对材料的性能要求。
表2对比例1～4制备的零件1～零件4的化学成分以及零件性能
Figure BDA0003469267610000181
对实施例1～4制备不同批次的铸件按不同位置进行抗拉强度测试，发现不同批次间或不同位置间的抗拉强度波动在50MPa以内。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所发明的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种高强高韧球墨铸铁材料，其特征在于，其材料化学成分组成为:C：3.4wt％-3.8wt％，Si：2.0wt％-2.6wt％，Mn：0.1wt％-0.3wt％，Cu≤0.5wt％，S<0.02wt％，P<0.03wt％，Mg：0.04wt％-0.06wt％，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种高强高韧球墨铸铁材料，其特征在于：V＜0.015wt％，Ti＜0.04wt％，B＜0.006wt％。
3.根据权利要求1所述的一种高强高韧球墨铸铁材料，其特征在于：零件平均壁厚L＜7mm时，控制Cu含量为0-0.1wt％、Si含量为2.4wt％-2.6wt％；零件平均壁厚7mm≤L≤20mm时，控制Cu含量为0.1wt％-0.35wt％、Si含量为2.2wt％-2.4wt％；零件平均壁厚L＞20mm时，控制Cu含量为0.35wt％-0.5wt％、Si含量为2.0wt％-2.2wt％。
4.根据权利要求1所述的高强高韧球墨铸铁材料，其特征在于，其材料化学成分组成为:C 3.64wt％、Si 2.38wt％、Mn 0.24wt％、Cu 0.33wt％、P 0.024wt％、S 0.008wt％、Mg0.056wt％；V 0.006wt％、Ti 0.01wt％、B 0.001wt％；余量为Fe和不可避免的杂质。
5.一种权利要求1～4任一项所述的高强高韧球墨铸铁材料的铸造方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)造型：砂型外模采用潮模砂工艺造型，潮模砂表面硬度为60-100；
(2)熔炼：炉料由60wt％-90wt％生铁、0-20wt％废钢和0-20wt％回炉料组成；使用中频炉进行铁液熔炼，将炉料熔炼至熔融状态，根据化学成分检测结果加入增碳剂和铁合金调整铁液化学成分，控制出炉温度在1450℃-1500℃范围内，然后出炉；
(3)球化处理：球化处理采用喂丝球化工艺，球化剂加入量为每型铁液的0.4wt％-0.6wt％，球化处理的同时进行孕育处理，孕育剂加入量0.25wt％-0.35wt％，球化处理时间45s-90s；
(4)浇注：将孕育处理后的铁水在温度1390℃～1420℃时进行浇注，在浇注的同时进行0.05wt％-0.15wt％的随流孕育，6-10min内完成浇注。
6.根据权利要求5所述的高强高韧球墨铸铁的铸造方法，其特征在于，所述熔炼步骤中：回炉料采用球铁回炉料，废钢采用低S、P压块废钢，生铁采用高纯生铁，生铁中微量元素V＜0.015wt％，Ti＜0.04wt％，B＜0.001wt％。
7.根据权利要求5所述的高强高韧球墨铸铁的铸造方法，其特征在于，所述球化处理步骤中：球化剂中Mg的含量为25wt％-30wt％Mg，Si的含量为38wt％-45wt％，Ca的含量2wt％-7wt％，芯线直径12-14mm。
8.根据权利要求5所述的高强高韧球墨铸铁的铸造方法，其特征在于：所述球化处理步骤中，孕育剂为硅锆孕育剂，粒度为0.7-3mm；硅锆孕育剂中Si的含量为65wt％-75wt％，Al的含量为0.5wt％-1.5wt％，Zr的含量为3.0wt％-9.0wt％，余量为Fe。
9.根据权利要求5所述的高强高韧球墨铸铁的铸造方法，其特征在于：所述浇注步骤中：随流孕育剂为铝硅钙孕育剂，粒度0.2-0.7mm；铝硅钙孕育剂中Si的含量为45wt％-55wt％，Al的含量为4wt％-6wt％，Ca的含量1wt％-2wt％，余量为Fe。
10.根据权利要求5所述的高强高韧球墨铸铁的铸造方法，其特征在于：潮模砂表面硬度为95。
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