CN114457280A - 一种高强度、高延伸粘土砂铸态qt700-10球铁铸件的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铸造技术和新材料技术领域，尤其涉及一种高强度、高延伸粘土砂铸态QT700‑10球铁铸件的制备方法，包括以下步骤：步骤1，将增碳剂、废钢压块、回炉料、预处理剂按配料单分批称重加入电炉中熔炼，取样，分析铁水成分，调整成分合格，1520~1550℃下保温5~8min，扒渣；步骤2，铁水称重转至球化包，加入Cu、Sn微量合金进行出炉冲化，同时插入球化线与孕育线进行喂丝球化孕育，完成后除浮渣；步骤3，铁水转至浇注机，加入硅钡孕育剂进行倒包孕育，完成后打渣、测温；步骤4，启动自动浇注机，加高效孕育剂，进行随流孕育；步骤5，浇注结束保温2~4h，推箱落砂，检测铸件金相及性能合格，得到合格铸件。本发明可满足机械零件对高强度高韧性球铁铸件的需求以及汽车零部件轻量化的要求。

Description

一种高强度、高延伸粘土砂铸态QT700-10球铁铸件的制备 方法

技术领域

本发明涉及铸造技术和新材料技术领域，特别涉及一种高强度、高延伸粘土砂铸态QT700-10球铁铸件的制备方法。

背景技术

球墨铸铁件因具有良好的力学性能和铸造性作为重要的工程材料，在工业生产中应用广泛。最新国家标准GB/T1348-2019《球墨铸铁件》中规定有铁素体珠光体球墨铸铁的QT350-22L到QT900-2共计14个牌号和固溶强化铁素体球墨铸铁的QT450-18到QT600-10共计3个牌号，都是低强度高延伸或高强度低延伸，随着近些年新技术新材料不断涌现，特别是节能减排环保的需要，商用汽车向着重载、高速、节能低耗方向发展，汽车零部件轻量化的需求不断增加，促进了汽车零部件对高强度高延伸铸态球磨铸铁件的需求。

目前国内混合基体的QT700-2、QT800-2、QT900-2等牌号强度有余但韧劲不足，固溶强化铁素体基体的QT600-10牌号韧性提高很多但强度提高有限。国内对高强度高延伸球墨铸铁的研究主要是通过等温淬火等热处理方式获得，因为生产成本较高、热处理工艺过程复杂，还达不到稳定批量生产的工艺条件。

现有的铸造工艺模式一般采用铁模覆砂工艺或壳膜壳芯钢丸覆盖工艺，铸型强度高，使用高纯生铁、微合金化生产QT700-10、QT800-5等高强度、高延伸的球墨铸铁，具有技术难度小、铜锡合金加入量少、成本较低等技术优势，但一次性模具（热芯盒）投入较大，只适合批量性产品，无法适应多品种、小批量的产品开发，应用范围窄，产品适应性较差。

对比应用广泛的粘土砂流水线工艺，模具投入小、能够适应多品种小批量的产品开发，产品适应性较好。生产QT700-10、QT800-5等高强度、高延伸的球墨铸铁时高强度问题不大，但高延伸率较难稳定达标，同时因为粘土砂砂型强度较低，一般铜、锡、镍、钼合金加入量较大，机械性能稳定性较差，技术难度较高、生产成本偏高。

发明内容

针对以上问题，本发明的目的是提供一种高强度、高延伸粘土砂铸态QT700-10球铁铸件的制备方法，旨在解决现有粘土砂工艺技术中生产成本较高，屈服强度、珠光体等技术指标较低，无法兼顾高强度高延伸，机械性能稳定性较差的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种高强度、高延伸粘土砂铸态QT700-10球铁铸件的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将增碳剂、废钢压块、回炉料、预处理剂按照配料单分批称重加入中频电炉中进行熔炼，待接近出铁温度时取样，分析铁水成分，调整配料使成分合格，调节温度至1520~1550℃，保温5~8min，多次扒渣；

步骤2、铁水自动称重转运至球化包，球化包内加入Cu、Sn微量合金进行出炉冲化，再将球化线与孕育线同时插入铁水中进行喂丝球化孕育处理，完成后除去浮渣；

步骤3、铁水转运至自动浇注机，加入硅钡孕育剂进行倒包孕育，完成后进行打渣、测温；

步骤4、启动自动浇注机进行自动浇注，同时用高效孕育剂进行浇注随流孕育；

步骤5、浇注结束保温2~4h后，进行推箱落砂，检测铸件金相及性能合格，得到合格铸件。

优选地，所述预处理剂为碳化硅。

优选地，所述球化包芯线添加量为所述铁水质量的1.1%；所述孕育线添加量为所述铁水质量的0.55%；

所述碳化硅粒度为1~5mm；所述球化时间为50~90s。

优选地，所述硅钡孕育剂添加量为所述铁水质量的0.4~0.5%；所述硅钡孕育剂粒度为1~3mm。

优选地，所述首浇温度为1400~1430℃；所述球化反应结束至浇注完成总时间≤10min。

优选地，所述高效孕育剂含有Ba、Bi元素；所述高效孕育剂添加量为所述铁水质量的0.1~0.2%；所述高效孕育剂粒度为0.2~0.8mm。

优选地，所述砂型硬度>90。

采用了上述技术方案后，本发明具有以下有益效果：

1）本发明选用纯净废钢压块为原料，不采用价格昂贵的高纯生铁、Q10或Q12生铁以及贵重合金Ni、Mo，生产成本明显降低，提高了企业的经济效益；

2）本发明得到的高强度高延伸球铁铸件，屈服强度、珠光体等技术指标更高，经检测，其机械性能：抗拉强度Rm≥700Mpa，屈服强度Rp0.2≥440 Mpa，断后伸长率A=8~12%，布氏硬度HBW=210~290；金相组织：球化等级≤2，球化率＞90%，石墨球径大小6~8级，珠光体含量60~95%，满足最新QT700-10材料标准要求。

3）本发明采用喂丝球化工艺，与传统冲入法球化工艺相比，操作更简单，人为因素影响小，工艺更环保，铸件球化级别更高、球化质量更稳定。

4）本发明采用普通粘土砂流水线工艺，工艺简单，综合成本低，生产效率高，产品适应性强，机械性能稳定性高。

综上所述，本发明解决了现有粘土砂工艺技术中生产成本高，屈服强度、珠光体等技术指标较低，无法兼顾高强度高延伸、机械性能稳定性较差的技术问题。

附图说明

图1是本发明提供的球铁铸件腐蚀前金相照片示意图；

图2是本发明提供的球铁铸件腐蚀后金相照片示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种高强度、高延伸粘土砂铸态QT700-10球铁铸件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将增碳剂、废钢压块、回炉料、预处理剂按配料单分批称重加入中频电炉中进行熔炼，待接近出铁温度时取样，分析铁水成分，调整配料使成分合格后，调节温度至1520~1550℃，保温5~8min，多次扒渣；

步骤2、铁水自动称重转运至球化包，球化包内加入Cu、Sn微量合金进行出炉冲化，再将球化线与孕育线同时插入铁水中进行喂丝球化孕育处理，完成后除去浮渣；

步骤3、铁水转运至自动浇注机，加入硅钡孕育剂进行倒包孕育，完成后进行打渣、测温；

步骤4、启动自动浇注机进行自动浇注，同时用高效孕育剂进行浇注随流孕育；

步骤5、浇注结束保温2~4h后，进行推箱落砂，检测铸件金相及性能合格，得到合格铸件。

本发明以废钢压块为原料配合增碳剂及预处理剂得到的合成铁水，与熔炼生铁得到的铁水相比，一方面，废钢有较高的纯净度，其S、P、Mn、Cr、Ti、Pb 含量都在较低的水平，并且原始组织中不含石墨相，可消除生铁中原始石墨带来的不良遗传作用，冶金反应更充分；另一方面，将废钢原始细化、致密的组织特性遗传进来获得纯净度高的铁水进行加强孕育，石墨球、共晶团均随之细化，熔体纯净度更高，夹杂物更少，在此基础上强化孕育，可以得到更加细小圆整的石墨球以及更发达的奥氏体枝晶骨架，由此得到的铸件具有更好的力学性能，尤其是冲击韧性及延伸率。

本发明使用碳化硅进行预处理，碳化硅中的Si与C都是强有力的脱氧元素，具有脱氧除气作用，可以提高铁水冶金质量，净化铁水，改善铁水流动性，减少气孔的产生，且碳化硅在铁水内的脱氧能力比硅铁强。

本发明选用含Ba、Bi 的高效孕育剂，与碳化硅具有协同作用，可减小石墨球径，有效增加石墨球数，提高球化等级，减少球化剂添加量，并减少元素偏析，增加铁水有效晶核，细化基体组织，同时也可细化石墨球，增强抗衰退能力，减少白口倾向，从而提高球铁铸件的综合性能。

本发明使用喂丝包芯线球化工艺，减少球化剂加入量，降低了由于残余镁、残余稀土等过高导致出现铁水白口化、石墨球粗大的影响。铸件球化级别更高、球化质量更稳定。

下面结合实施例对本发明提供的一种高强度、高延伸粘土砂铸态QT700-10球铁铸件的制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。在本发明中，如无特殊说明，所有制备原料均为本领域技术人员熟知的市售产品。

实施例1

将废钢压块、回炉料、增碳剂、碳化硅等原材料按配料单、分批称重加入中频电炉进行熔炼，待接近出铁温度时取样分析铁水成分，调整配料使原铁水化学成分达到：C3.73%，Si 1.4%，Mn 0.345%，P0.0234%，S0.0092%，Cu0.0658%，化学成分合格后电炉升温至1528℃，静置8min，多次扒渣；铁水自动称重转至球化包，包内加入Cu、Sn微量合金进行出炉冲化；合金化后铁水自动转运进行喂丝球化孕育，球化线和孕育线同时插入铁水中，球化包芯线加入量为铁水质量的1.1%，孕育包芯线加入量为铁水质量的0.55%，球化反应开始进行计时，保证球化反应时间73s；喂丝球化结束，转运至自动浇注机位置，加入铁水质量的0.4%的粒度为1~3mm的硅钡孕育剂进行倒包孕育，倒包完成后打渣、测温；调节首浇温度1412℃，开始自动浇注，加入铁水质量0.12%的粒度为0.2~0.8mm的高效孕育剂进行随流孕育，铁水自球化反应结束至浇注完成总时间为7min；浇注结束，保温3h后进行推箱落砂，最终铸件化学成分为C3.32%，Si 2.25%，Mn 0.35%，P0.0231%，S0.0073%，Cu0.736%，Sn 0.0233%，Mg0.0333%，RE 0.0054%。

其本体金相组织为：球化等级2级、石墨大小6级、珠光体含量为80％、硬度为274HBW。

铸Y型试块力学性能为：抗拉强度Rm为798MPa、屈服强度Rp0.2为478MPa、断后伸长率A为10％。

实施例2

将废钢压块、回炉料、增碳剂、碳化硅等原材料按配料单、分批称重加入中频电炉进行熔炼，待接近出铁温度时取样分析铁水成分，调整配料使原铁水化学成分达到：C3.73%、Si 1.4%、Mn 0.345%、P0.0234%、S0.0092%、Cu0.0658%，化学成分合格后升温至1535℃，静置6min、多次扒渣；铁水自动称重转运至球化包，包内加入Cu、Sn微量合金进行出炉冲化；合金化后铁水自动转运进行喂丝球化孕育，球化线和孕育线同时插入铁水中，球化包芯线加入量为铁水质量的1.1%，孕育包芯线加入量为铁水质量的0.55%，球化反应开始进行计时，保证球化反应时间90s；喂丝球化结束，转运至自动浇注机位置，加入铁水质量的0.5%的粒度为1~3mm的硅钡孕育剂进行倒包孕育，倒包完成后打渣、测温；调节首浇温度1430℃，开始自动浇注，加入铁水质量0.12%的粒度为0.2~0.8mm的高效孕育剂进行随流孕育，铁水自球化反应结束至浇注完成总时间为6min；浇注结束，保温3h后进行推箱落砂，最终铸件化学成分为C3.46%，Si2.44%，Mn0.295%，P0.0200%，S0.0065%，Cu0.65%，Sn0.0242%，Mg 0.0309%，RE 0.0040%。

其本体金相组织为：球化等级2级、石墨大小6级、珠光体含量为70％、硬度为253HBW。

铸Y型试块力学性能为：抗拉强度Rm为777MPa、屈服强度Rp0.2为446MPa、断后伸长率A为10％。

将本发明制备的高强度、高延伸QT700-10球铁试棒3根、试块2块送至第三方检测公司进行机械性能与弹性模量、缺口冲击功检测，检测结果如表1所示：

表1铸Y型试块机械性能与弹性模量检测结果

本发明得到的高强度、高延伸QT700-10球铁试棒、试块，检测结果均合格。

Claims (7)

1.一种高强度、高延伸粘土砂铸态QT700-10球铁铸件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将增碳剂、废钢压块、回炉料、预处理剂按照配料单分批称重加入中频电炉中进行熔炼，待接近出铁温度时取样，分析铁水成分，调整配料使成分合格后，调节温度至1520~1550℃，保温5~8min，多次扒渣；

步骤2、铁水自动称重转运至球化包，球化包内加入Cu、Sn微量合金进行出炉冲化，再将球化线与孕育线同时插入铁水中进行喂丝球化孕育处理，完成后除去浮渣；

步骤3、铁水转运至自动浇注机，加入硅钡孕育剂进行倒包孕育，完成后进行打渣、测温；

步骤4、启动自动浇注机，加入高效孕育剂，进行随流孕育；

步骤5、浇注结束后保温2~4h，进行推箱落砂，检测铸件金相及性能合格，得到高强度、高延伸铸态QT700-10球铁铸件。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述预处理剂为碳化硅。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述球化包芯线添加量为铁水质量的1.1%；所述孕育线添加量为所述铁水质量的0.55%；所述碳化硅粒度为1~5mm；

所述球化时间为50~90s。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3中，所述硅钡孕育剂添加量为所述铁水质量的0.4~0.5%；所述硅钡孕育剂粒度为1~3mm。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤4中，所述首浇温度为1400~1430℃；所述球化反应结束至浇注完成总时间≤10min。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤4中，所述高效孕育剂含有Ba、Bi元素；所述高效孕育剂添加量为所述铁水质量的0.1~0.2%；所述高效孕育剂粒度为0.2~0.8mm。

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤5中，所述砂型硬度大于90。

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