CN114892068B - 一种铸态qt900-7球墨铸铁件的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于球墨铸铁铸造领域，公开了一种铸态QT900‑7球墨铸铁件的制备方法，包括以下步骤：选用原材料、配料、熔炼、孕育、球化、造型、合箱、浇注和清理。本发明采用铁型覆砂工艺，铸态生产，铸件精度高，变形量小，制造成本低，加工性能好，内部组织均匀，铸造工艺简单，易于成型，强度可稳定达到900MPa以上，延伸率达到7%以上。

Description

一种铸态QT900-7球墨铸铁件的制备方法

技术领域

本发明属于球墨铸铁铸造领域，具体涉及一种铸态QT900-7球墨铸铁件的制备方法。

背景技术

我国在汽车、内燃机、工程机械、轨道交通、发电设备及电力、船舶、矿冶重机、机床工具等众多行业，大量使用高强度高韧性球墨铸铁材料及钢质材料。目前，我国球墨铸铁年生产量近1500万吨，占铸造总量的30%。各行业需要的高强度高韧性球墨铸铁材料都是通过热处理而实现的，造成了生产效率低、成本高、耗能大，中国铸造协会十四五规划中也明确了研发铸态工艺下获得高强度高韧性球墨铸铁材料。

中国专利CN111687380B公开了一种珠光体基体超高强度韧性球墨铸铁曲轴的生产方法，属于铸铁冶金技术领域，所述高强度高韧性球墨铸铁曲轴经过热处理可达到QT1000-5，发明公开了珠光体基体高强度高韧性球墨铸铁曲轴的生产方法，该发明生产的高强度高韧性球墨铸铁曲轴具有强度高，韧性好的特点；但是该发明制备的高强度高韧性球墨铸铁曲轴制备工艺复杂，需热处理后铸件才能稳定达到抗拉强度≥1000MPa，延伸率≥5％，且该发明公开内容仅限于制造曲轴，在新能源冲击传统发动机的情况下，曲轴装机量呈下降趋势，不适用于企业的可持续发展理念。

随着国家对道路交通机械排放标准的不断提高，汽车铸铁零件的轻量化被提上日程，且工程机械类零件为优化结构、降低成本，开始研究使用结构简单的工程机械件来代替原来结构复杂且多零件组装才能满足使用要求的零件，而普通球墨铸铁的性能已不能满足其服役要求，只能选用锻造合金钢材质，而锻造合金钢不具有球墨铸铁件重量轻、良好的疲劳性能和耐磨抗震的优势。为此，铸态球墨铸铁QT900-7的制备方法可提升企业经济效益，促进企业技术转型升级。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于，提供一种铸态QT900-7球墨铸铁件及其制备方法，通过采用铁型覆砂工艺，减少有害微量元素的不利影响；四次孕育；茶壶包盖包球化；生产过程管控等方面的优化，提升石墨圆整度，减少珠光体组织片层间距，细化晶粒；通过设计合理的浇注系统，保证入炉材料的洁净等各方面的工艺创新，制备出一种铸态球墨铸铁材质零件，其抗拉强度≥900MPa，延伸率≥7％，可以替代工艺复杂、成本高昂的热处理态球墨铸铁材料，填补铸态球墨铸铁材料在各种工程类机械上使用的空白。

为了达到上述发明目的，进而采取的技术方案如下：

一种铸态QT900-7球墨铸铁件的制备方法，包括以下步骤：

（1）选用原材料

选用低碳钢和球墨铸铁回炉料为冶炼原料，低碳钢中各种元素的质量百分比为：C：0.1％-0.3％，Si：0.25％-0.35％，Mn：≤0.2％，P：≤0.03％，S：≤0.015％，Cr：≤0.025％，Ti≤0.025％；球墨铸铁回炉料中各种元素的质量百分比为：C：3.7%-3.76%，Si：2.1%-2.3%，Mn：≤0.15%，P：≤0.03%，S：≤0.015%，Cu：0.5%-0.65%，Sb≤0.015%，Mg：0.035%-0.04%，Re：0.025%-0.03%，Cr：≤0.025％，Ti≤0.025％；

增碳剂中各种元素的质量百分比为：C＞98%，N＜0.05%，S＜0.02%；

（2）配料

按照质量百分比，原材料配比如下：低碳钢70%-80%、球墨铸铁回炉料20%-30%；

（3）熔炼：将占铁水总重量2.2%-2.3%增碳剂，低碳钢和球墨铸铁回炉料按加入比例和加入顺序分三次加入中频电炉内，当铁水温度达到1450℃-1500℃范围时，加入一次孕育硅铁、占铁水总重量0.5%-0.65%的金属铜，取样检测炉内铁水成份，根据检测结果对铁水中化学成分进行微调；

（4）孕育、球化：当步骤（3）中铁水温度达到1540-1600℃时出炉到球化包，铁水出炉同时打开二次孕育斗加入二次孕育硅铁，在球化包底部球化室放置球化剂与50%矽钢片的混合物，在混合物上覆盖另外50%矽钢片、三次孕育硅铁、碳化硅、金属锑，对铁水进行孕育、球化处理；所述铁水出炉到球化包，球化包为盖包式茶壶包，其球化室堤坝与茶壶包包梁呈30°夹角，包梁上设置二次孕育斗；

（5）造型、合箱：将温度范围为160℃-280℃的铁型与温度范围为220℃-300℃的模型进行定位、合模，其中间留有均匀空隙，使用射砂机将酚醛树脂砂射入空隙，固化后在铁型内腔形成5mm-7mm的覆砂层，将上下铁型进行合箱，形成型腔；

（6）浇注：浇注温度控制在1380℃-1440℃，浇注时通过自动孕育机随流添加四次孕育硅铁，铁水经过浇注系统充满型腔，并在每包末箱设置附铸试块；

（7）清理：铸件型内冷却10min-15min至550℃-650℃时，开箱，自动去除浇冒口，抛丸3min-5min，获得产品。

作为本发明的进一步改进，在步骤（3）中，将增碳剂，低碳钢和球墨铸铁回炉料按加入比例和加入顺序分三次加入中频电炉内，具体要求为：在炉底铺一层占低碳钢总重量20%的低碳钢，加入占增碳剂总重量50%的增碳剂；再加入占低碳钢总重量50%的低碳钢，占增碳剂总重量45%的增碳剂；最后加入占低碳钢总重量30%的低碳钢和球墨铸铁回炉料，加入占增碳剂总重量5%的增碳剂。

作为本发明的进一步改进，在步骤（2）中，所述球墨铸铁回炉料为经过抛丸处理后表面洁净的炉料。

作为本发明的进一步改进，所述球化剂的型号为QRMg8RE3，粒度为5mm-15mm，其加入量为铁水总重量的0.7%-0.8%。

作为本发明的进一步改进，所述铁水孕育过程分为4次。所述一次孕育硅铁、二次孕育硅铁、三次孕育硅铁、四次孕育硅铁的型号均为FeSi75，一次孕育硅铁粒度为15mm-25mm，加入量为铁水总重量的0.3%-0.4%；二次孕育硅铁粒度为3mm-8mm，加入量为铁水总重量的0.4%-0.5%；三次孕育硅铁粒度为10mm-20mm，加入量为铁水总重量的0.4%-0.5%；四次孕育硅铁粒度为0.2mm-0.85mm，加入量为铁水总重量的0.09%-0.11%。

作为本发明的进一步改进，在步骤（5）中，造型采用的是铁型覆砂铸造工艺。

作为本发明的进一步改进，在步骤（5）中，所述酚醛树脂砂，其粒度为70-140目，抗弯强度为3MPa-6MPa，发气量≤15ml/g。

作为本发明的进一步改进，在步骤（6）中，所述浇注系统，其横浇道与水平方向的角度为15°-20°。

作为本发明的进一步改进，在步骤（6）中，所述附铸试块为在铸件取样位置附近设置可代表铸件机械性能的附铸试块。

本发明的有益效果是：本发明采用铁型覆砂工艺，铸态生产，铸件精度高，变形量小，制造成本低，加工性能好，内部组织致密且均匀，铸造工艺简单，易于成型等特点，可稳定达到抗拉强度900MPa以上，延伸率7%以上。该制备工艺主要应用在高排量汽柴油发动机曲轴、商用车制动件、悬挂件等零件，用于“以铁代钢”，符合节能减排的理念，社会效益显著。

与现有技术相比，本发明提供的球墨铸铁铸件的生产方法具有如下优点：

1、GB/T1348-2019标准中铁素体珠光体球墨铸铁拉伸性能中最大抗拉强度900MPa，延伸率仅有2%，而本发明通过提升入炉材料的纯净度，盖包球化工艺，对铁水进行四次孕育，浇注系统的合理设计，入型腔铁水双重过滤等因素，来规避孕育不当、不充分、不均匀，表面存在激冷组织（如自由渗碳体、莱氏体、针状铁素体和隐晶马氏体等），石墨化不足，石墨析出数量少，总石墨球数少等不足，有效提高石墨球数，改善圆整度，增加珠光体的数量，控制珠光体组织的层片间距，固溶强化铁素体，细化基体组织，改善成分及组织的均匀性。使用铁型覆砂工艺铸态生产出抗拉强度≥900MPa，延伸率≥7％的珠光体型球墨铸铁件；①从铁水熔化到浇注入型腔，四次加入不同粒度的孕育剂能够使铁水充分均匀孕育，为球化反应做好奠基，同时也可有效防止碳化物的出现；②采用茶壶包盖包球化法，球化起爆后镁元素在铁水上方形成一定的压力，最大限度的促进镁元素的球化作用，且盖包使球化过程中铁水与空气中氧元素隔绝，杜绝了“回硫”现象的发生，也使球化剂的加入量降到最低，防止了传统冲入法球化过程中合金元素与空气中氧、氮元素形成化合物，对石墨生成、长大不利，以至于影响最终铸件的性能。

2、传统铸造对入炉原材料的管控松散，尤其是球墨铸铁回炉料，其上的粘砂及表面附着的一层砂子，其经过高温铁水与树脂砂接触携带了诸多有害元素，直接入炉会将这些有害元素带入铁水内，废钢表面有氧化皮也会将过多的氧元素带入铁水，而本发明中所有入炉材料均经过抛丸处理，充分保证的铁水源头的洁净，从而保证铸件的性能以及最优的球化剂加入量。

3、铁型覆砂工艺生产球墨铸铁时，能充分利用铁型的刚性及球墨铸铁的石墨化膨胀对铸件进行自补缩，实现球墨铸铁的少、无冒口铸造，其工艺出品率可达80%以上，且得到的铸件无内部缺陷，成品率高。

4、化学成分方面，利用铁型覆砂工艺冷却快，过冷度大的优势，除了铸造必须的五大元素外，只需要添加铜、锑金属调节，即可满足铸件的物理机械性能要求，因此，本发明所制备得的球墨铸铁铸件成本优势非常大。

5、本发明制备的球墨铸铁铸件尺寸精度高，依据GB/T6414-2017《铸件尺寸公差、几何公差与机械加工余量》中铸件尺寸公差，可达到DCTG7级标准，而使用其它工艺和经过热处理得到的球墨铸铁件，变形量大，只能达到DCTG9～DCTG10级标准。

6、售价方面，本发明较同机械性能下热处理态球墨铸铁毛坯便宜3～5元/Kg。

7、在铸造领域中，本发明方法生产的铸件，具有生产工艺简单、能源消耗少、生产成本低、生产效率高等优点。符合节能减排、绿色铸造的理念，也符合中国铸造协会十四五规划中提出的研发铸态下获得高强度高韧性球墨铸铁材料的理念，其社会效益显著。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为球化包的结构示意图；

图2为结构件浇注系统和附铸试块设计结构示意图；

图3为轴类件浇注系统和附铸试块设计结构示意图。

图中：1、球化剂与矽钢片混合物；2、矽钢片；3、三次孕育硅铁；4、碳化硅；5、金属锑；6、中频电炉出铁嘴；7、包盖过桥；8、二次孕育斗；9、漏斗开关；10、包盖前腔；11、包盖后腔；12、茶壶包前包坑；13、球化室堤坝；14、茶壶包体；15、茶壶包包梁；16、茶壶包包盖；17、铁水通道；18、结构件浇注系统；19、结构件附铸试块；20、轴类件浇注系统；21、轴类件附铸试块。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

本说明书第一方案提供了一种铸态QT900-7球墨铸铁件，包括以下质量百分比的元素：C：3.7%-3.76%，Si：2.1%-2.3%，Mn：≤0.15%，P：≤0.03%，S：≤0.015%，Cu：0.5%-0.65%，Sb≤0.015%，Mg：0.035%-0.04%，Re：0.025%-0.03%，Cr：≤0.025％，Ti≤0.025％，余量为Fe。

本说明书第二方案提供了一种铸态QT900-7球墨铸铁件的制备方法，包括以下步骤：

（1）选用原材料

选用低碳钢和球墨铸铁回炉料为冶炼原料，低碳钢中各种元素的质量百分比为：C：0.1％-0.3％，Si：0.25％-0.35％，Mn：≤0.2％，P：≤0.03％，S：≤0.015％，Cr：≤0.025％，Ti≤0.025％；球墨铸铁回炉料中各种元素的质量百分比为：C：3.7%-3.76%，Si：2.1%-2.3%，Mn：≤0.15%，P：≤0.03%，S：≤0.015%，Cu：0.5%-0.65%，Sb≤0.015%，Mg：0.035%-0.04%，Re：0.025%-0.03%，Cr：≤0.025％，Ti≤0.025％；

增碳剂中各种元素的质量百分比为：C＞98%，N＜0.05%，S＜0.02%；

（2）配料

按照质量百分比，原材料配比如下：低碳钢70%-80%、球墨铸铁回炉料20%-30%；

（3）熔炼：将占铁水总重量2.2%-2.3%增碳剂，低碳钢和球墨铸铁回炉料按加入比例和加入顺序分三次加入中频电炉内，当铁水温度达到1450℃-1500℃范围时，加入一次孕育硅铁、占铁水总重量0.5%-0.65%的金属铜，取样检测炉内铁水成份，根据检测结果对铁水中化学成分进行微调；

（4）孕育、球化：当步骤（3）中铁水温度达到1540-1600℃时出炉到球化包，铁水出炉同时打开二次孕育斗加入二次孕育硅铁，在球化包底部球化室放置球化剂与50%矽钢片的混合物，在混合物上覆盖另外50%矽钢片、三次孕育硅铁、碳化硅、金属锑，对铁水进行孕育、球化处理；所述铁水出炉到球化包，球化包为盖包式茶壶包，其球化室堤坝与茶壶包包梁呈30°夹角，包梁上设置二次孕育斗；

（5）造型、合箱：将温度范围为160℃-280℃的铁型与温度范围为220℃-300℃的模型进行定位、合模，其中间留有均匀空隙，使用射砂机将酚醛树脂砂射入空隙，固化后在铁型内腔形成5mm-7mm的覆砂层，将上下铁型进行合箱，形成型腔；

（6）浇注：浇注温度控制在1380℃-1440℃，浇注时通过自动孕育机随流添加四次孕育硅铁，铁水经过浇注系统充满型腔，并在每包末箱设置附铸试块；

（7）清理：铸件型内冷却10min-15min至550℃-650℃时，开箱，自动去除浇冒口，抛丸3min-5min，获得产品。

在步骤（3）中，将增碳剂，低碳钢和球墨铸铁回炉料按加入比例和加入顺序分三次加入中频电炉内，具体要求为：在炉底铺一层占低碳钢总重量20%的低碳钢，加入占增碳剂总重量50%的增碳剂；再加入占低碳钢总重量50%的低碳钢，占增碳剂总重量45%的增碳剂；最后加入占低碳钢总重量30%的低碳钢和球墨铸铁回炉料，加入占增碳剂总重量5%的增碳剂。

在步骤（2）中，所述球墨铸铁回炉料为经过抛丸处理后表面洁净的炉料。

所述球化剂的型号为QRMg8RE3，粒度为5mm-15mm，其加入量为铁水总重量的0.7%-0.8%。

所述铁水孕育过程分为4次。所述一次孕育硅铁、二次孕育硅铁、三次孕育硅铁、四次孕育硅铁的型号均为FeSi75，一次孕育硅铁粒度为15mm-25mm，加入量为铁水总重量的0.3%-0.4%；二次孕育硅铁粒度为3mm-8mm，加入量为铁水总重量的0.4%-0.5%；三次孕育硅铁粒度为10mm-20mm，加入量为铁水总重量的0.4%-0.5%；四次孕育硅铁粒度为0.2mm-0.85mm，加入量为铁水总重量的0.09%-0.11%。

在步骤（5）中，造型采用的是铁型覆砂铸造工艺。

在步骤（5）中，所述酚醛树脂砂，其粒度为70-140目，抗弯强度为3MPa-6MPa，发气量≤15ml/g。

在步骤（6）中，所述浇注系统，其横浇道与水平方向的角度为15°-20°。

在步骤（6）中，所述附铸试块为在铸件取样位置附近设置可代表铸件机械性能的附铸试块。

如图1所示，本发明将低硫、低氮的增碳剂和低铬、低钛的低碳钢分批次加入中频电炉，再加入经喷丸处理的球墨铸铁回炉料，待铁水温度升至1450℃时，将一次孕育硅铁加入中频电炉内，与铁水充分融合，出炉前加入金属铜；首先准备茶壶包体14、茶壶包包盖16，铁水包球化室堤坝13的修制与茶壶包包梁15呈一定角度，茶壶包包盖16与茶壶包体14配合紧密，包盖进铁口上沿设置二次孕育斗8，二次孕育斗8上设有漏斗开关9，准备完成后进行烫包预热，将球化剂、矽钢片、三次孕育硅铁、碳化硅、金属锑依次加入与茶壶包靠近炉体的一侧球化室，具体为：在球化包底部的球化室放置球化剂与矽钢片的混合物1，在球化剂与矽钢片混合物1上依次覆盖矽钢片2、三次孕育硅铁3、碳化硅4、金属锑5，对铁水进行孕育、球化处理；中频电炉出铁嘴6出铁时，铁水经包盖后腔11、包盖过桥7流至包盖前腔10，与茶壶包包梁15上设置的二次孕育斗8流出的硅铁融合，中频电炉出铁嘴6出铁的同时将二次孕育斗8上的漏斗开关9打开，二次孕育斗8内的二次孕育硅铁经过茶壶包包盖16的引流孔倒入铁水包前包坑12，液面高出堤坝后开始孕育、球化反应，盖包球化反应完成后，打开茶壶包包盖16，撒入高效除渣剂进行扒渣，完成后铁水表面撒一层除渣剂进行保温，转运至浇注段；进行浇注，采用阶梯上升式避渣浇注系统，设置随流四次孕育，随型附铸试块，开箱出铸件至鳞板机，充分空冷，抛丸检验后得到产品。

下文以具体实施例对本发明上述的技术方案进行更具体地说明。

实施例1：生产乘用车EC36型发动机曲轴

零件重量17.5Kg，主轴径65mm，连杆颈53.8mm，外形尺寸465×150×138mm。

（1）配料：原铁水主炉料配比为（按照质量百分比）：低碳钢73％，用光谱分析对低碳钢进行成分检测，低碳钢中各元素的质量百分比：C：0.19％，Si：0.24％，Mn：0.14％，P：0.018％，S：0.013％，Cr：0.021％，Ti：0.017％；

球墨铸铁回炉料27%，球墨铸铁回炉料中各元素的质量百分比：C：3.70％，Si：2.21％，Mn：0.15％，P：0.027%，S：0.012%，Cu：0.6％，Sb：0.01％，Mg：0.037%，Re：0.026%，Cr：0.021%，Ti：0.022%；

增碳剂中各种元素的质量百分比为：C：99.7%，N：0.019%，S：0.020%；

（2）熔炼：将上述配料加入中频电炉内，铁水重量为880Kg，铁水温度达到1450℃时，加入粒度为10mm-15mm的一次孕育硅铁3.3Kg，金属铜3.9Kg，粒度为8mm-12mm的增碳剂19.3Kg，炉前热分析仪检测铁水成份，C：3.72%，Si：1.04%，CE：4.25%；

（3）孕育、球化：铁水温度达到1557℃时出炉到球化包，二次孕育斗中加入10mm-15mm二次孕育硅铁4Kg，在球化包底部球化室放置粒度为10mm-15mm的球化剂6.7Kg与3.5Kg规格5mm×5mm×1mm的矽钢片的混合物，在混合物上依次覆盖3.5Kg矽钢片、10mm-15mm粒度的三次孕育硅铁4.1Kg、3mm-8mm粒度的碳化硅0.8Kg、110g金属锑，对铁水进行孕育、球化处理；

（4）造型、合箱：将温度为220℃的铁型与温度为240℃的模型进行定位、合模，其中间留有均匀空隙，使用射砂机将粒度为70-140目，抗弯强度为5.3MPa，发气量为12ml/g的酚醛树脂砂射入空隙，固化后在铁型内腔形成6mm的覆砂层，将上下铁型进行合箱，形成型腔；

（5）浇注：首箱浇注温度1445℃，每包浇注时通过自动孕育机随流添加粒度为0.2mm-0.85mm的四次孕育硅铁0.97Kg，铁水经过浇注系统充满型腔，并在每包末箱设置附铸试块，浇注时间233秒；

（6）清理：铸件型内冷却15min至610℃左右时，开箱，开箱机自动去除浇冒口，抛丸3min，获得产品。

铸件经检测，本体拉伸强度936MPa，延伸率7.7％。金相为石墨球化2级，石墨大小7级，基体组织为石墨+95％细片状珠光体，达到材料技术标准。

实施例2：生产智能机械手转向节构件针齿壳

零件重量8.5Kg，基本壁厚15-20mm，外廓尺寸224×224×75mm。

（1）配料：原铁水主炉料配比为（按照质量百分比）：低碳钢76％，用光谱分析对低碳钢进行成分检测，低碳钢中各元素的质量百分比：C：0.21％，Si：0.26％，Mn：0.13％，P：0.020％，S：0.014％，Cr：0.019％，Ti：0.016％；

球墨铸铁回炉料24%，球墨铸铁回炉料中各元素的质量百分比：C：3.73％，Si：2.15％，Mn：0.13％，P：0.024%，S：0.012%，Cu：0.6％，Sb：0.007％，Mg：0.036%，Re：0.025%，Cr：0.024%，Ti：0.023%；

增碳剂中各种元素的质量百分比为：C：99.5%，N：0.019%，S：0.018%；

（2）熔炼：将上述配料加入中频电炉内，铁水重量为860Kg，铁水温度达到1450℃时，加入粒度为10mm-15mm的一次孕育硅铁3.2Kg，金属铜3.9Kg，粒度为8mm-12mm的增碳剂18.8Kg，炉前热分析仪检测铁水成份，C：3.70%，Si：1.05%，CE：4.22%；

（3）孕育、球化：铁水温度达到1560℃时出炉到球化包，二次孕育斗中加入10mm-15mm二次孕育硅铁3.8Kg，在球化包底部球化室放置粒度为10mm-15mm的球化剂6.6Kg与4Kg规格5mm×5mm×1mm的矽钢片的混合物，在混合物上依次覆盖4Kg矽钢片、10mm-15mm粒度的三次孕育硅铁3.9Kg、3mm-8mm粒度的碳化硅0.8Kg、100g金属锑，对铁水进行孕育、球化处理；

（4）造型、合箱：将温度为229℃的铁型与温度为230℃的模型进行定位、合模，其中间留有均匀空隙，使用射砂机将粒度为70-140目，抗弯强度为5.0MPa，发气量为13.1ml/g的酚醛树脂砂射入空隙，固化后在铁型内腔形成5.7mm的覆砂层，将上下铁型进行合箱，形成型腔；

（5）首箱浇注温度1440℃，每包浇注时通过自动孕育机随流添加粒度为0.2mm-0.85mm的四次孕育硅铁0.95Kg，铁水经过浇注系统充满型腔，并在每包末箱设置附铸试块，浇注时间231秒；

（6）清理：铸件型内冷却12min至620℃左右时，开箱，开箱机自动去除浇冒口，抛丸3min，获得产品。

铸件经检测，本体拉伸强度952MPa，延伸率7.6％。金相为石墨球化2级，石墨大小7级，基体组织为石墨+95％细片状珠光体，达到材料技术标准。

实施例3：生产商用车X形支架

零件重量43.5Kg，基本壁厚20-25mm，外廓尺寸610×534×65mm。

（1）配料：原铁水主炉料配比为（按照质量百分比）：低碳钢80％，用光谱分析对低碳钢进行成分检测，低碳钢中各元素的质量百分比：C：0.20％，Si：0.25％，Mn：0.11％，P：0.019％，S：0.013％，Cr：0.019％，Ti：0.019％；

球墨铸铁回炉料20%，球墨铸铁回炉料中各元素的质量百分比：3.71％，Si：2.19％，Mn：0.14％，P：0.027%，S：0.01%，Cu：0.56％，Sb：0.007％，Mg：0.038%，Re：0.027%，Cr：0.021%，Ti：0.023%；

增碳剂中各种元素的质量百分比为：C：99.5%，N：0.019%，S：0.015%；

（2）熔炼：将上述配料加入中频电炉内，铁水重量为890Kg，铁水温度达到1450℃时，加入粒度为10mm-15mm的一次孕育硅铁3.4Kg，金属铜4.1Kg，粒度为8mm-12mm的增碳剂19.8Kg，炉前热分析仪检测铁水成份，C：3.69%，Si：1.01%，CE：4.21%；

（3）孕育、球化：铁水温度达到1550℃时出炉到球化包，二次孕育斗中加入10mm-15mm二次孕育硅铁4Kg，在球化包底部球化室放置粒度为10mm-15mm的球化剂6.8Kg与4.1Kg规格5mm×5mm×1mm的矽钢片的混合物，在混合物上依次覆盖4.1Kg矽钢片、10mm-15mm粒度的三次孕育硅铁4Kg、3mm-8mm粒度的碳化硅0.8Kg、95g金属锑，对铁水进行孕育、球化处理；

（4）造型、合箱：将温度为235℃的铁型与温度为228℃的模型进行定位、合模，其中间留有均匀空隙，使用射砂机将粒度为70-140目，抗弯强度为5.9MPa，发气量为13.5ml/g的酚醛树脂砂射入空隙，固化后在铁型内腔形成6mm的覆砂层，将上下铁型进行合箱，形成型腔；

（5）首箱浇注温度1440℃，每包浇注时通过自动孕育机随流添加粒度为0.2mm-0.85mm的四次孕育硅铁0.98Kg，铁水经过浇注系统充满型腔，并在每包末箱设置附铸试块，浇注时间240秒；

（6）清理：铸件型内冷却15min至620℃左右时，开箱，开箱机自动去除浇冒口，抛丸5min，获得产品。

铸件经检测，本体拉伸强度981MPa，延伸率7.4％。金相为石墨球化2级，石墨大小7级，基体组织为石墨+95％细片状珠光体，达到材料技术标准。

实施例4：生产商用车悬挂系统TN380平衡轴悬架支架

零件重量50Kg，基本壁厚25-30mm，外廓尺寸660×604×382mm。

（1）配料：原铁水主炉料配比为（按照质量百分比）：低碳钢70％，用光谱分析对低碳钢进行成分检测，低碳钢中各元素的质量百分比：C：0.19％，Si：0.27％，Mn：0.15％，P：0.021％，S：0.014％，Cr：0.022％，Ti：0.018％；

球墨铸铁回炉料30%，球墨铸铁回炉料中各元素的质量百分比：C：3.72％，Si：2.13％，Mn：0.13％，P：0.028%，S：0.012%，Cu：0.55％，Sb：0.008％，Mg：0.036%，Re：0.027%，Cr：0.023%，Ti：0.023%；

增碳剂中各种元素的质量百分比为：C：99.3%，N：0.02%，S：0.02%；

（2）熔炼：将上述配料加入中频电炉内，铁水重量为860Kg，铁水温度达到1450℃时，加入粒度为10mm-15mm的一次孕育硅铁3.3Kg，金属铜3.3Kg，粒度为8mm-12mm的增碳剂19Kg，炉前热分析仪检测铁水成份，C：3.7%，Si：1.1%，CE：4.29%；

（3）孕育、球化：铁水温度达到1570℃时出炉到球化包，二次孕育斗中加入10mm-15mm二次孕育硅铁3.9Kg，在球化包底部球化室放置粒度为10mm-15mm的球化剂6.6Kg与3Kg规格5mm×5mm×1mm的矽钢片的混合物，在混合物上依次覆盖3Kg矽钢片、10mm-15mm粒度的三次孕育硅铁3.9Kg、3mm-8mm粒度的碳化硅0.8Kg、120g金属锑，对铁水进行孕育、球化处理；

（4）造型、合箱：将温度为212℃的铁型与温度为241℃的模型进行定位、合模，其中间留有均匀空隙，使用射砂机将粒度为70-140目，抗弯强度为4.9MPa，发气量为14ml/g的酚醛树脂砂射入空隙，固化后在铁型内腔形成5mm的覆砂层，将上下铁型进行合箱，形成型腔；

（5）首箱浇注温度1443℃，每包浇注时通过自动孕育机随流添加粒度为0.2mm-0.85mm的四次孕育硅铁0.95Kg，如图3所示，铁水经过结构件浇注系统18充满型腔，并在每包末箱设置轴类件附铸试块19，浇注时间235秒；

（6）清理：铸件型内冷却15min至620℃左右时，开箱，开箱机自动去除浇冒口，抛丸5min，获得产品。

铸件经检测，本体拉伸强度945MPa，延伸率7.6％。金相为石墨球化2级，石墨大小7级，基体组织为石墨+95％细片状珠光体，达到材料技术标准。

实施例5：生产商用车PS钳式制动器

零件重量28Kg，基本壁厚18-25mm，外廓尺寸436×310×211mm。

（1）配料：原铁水主炉料配比为：低碳钢70％，用光谱分析对低碳钢进行成分检测，低碳钢中各元素的质量百分比：C：0.2％、Si：0.25％、Mn：0.17％、P：0.019％、S：0.013％、Cr：0.022％、Ti：0.019％；

球墨铸铁回炉料30%，球墨铸铁回炉料中各元素的质量百分比：C：3.73％，Si：2.22％，Mn：0.13％，P：0.024%，S：0.012%，Cu：0.55％，Sb：0.008％，Mg：0.039%，Re：0.027%，Cr：0.022%，Ti：0.024%；

增碳剂中各种元素的质量百分比为：C：99.5%，N：0.019%，S：0.015%；

（2）熔炼：将上述配料加入中频电炉内，铁水重量为800Kg，铁水温度达到1450℃时，加入粒度为10mm-15mm的一次孕育硅铁3.1Kg，金属铜3.5Kg，粒度为8mm-12mm的增碳剂18Kg，炉前热分析仪检测铁水成份，C：3.7%，Si：1.09%，CE：4.26%；

（3）孕育、球化：铁水温度达到1580℃时出炉到球化包，二次孕育斗中加入10mm-15mm二次孕育硅铁3.5Kg，在球化包底部球化室放置粒度为10mm-15mm的球化剂6Kg与4Kg规格5mm×5mm×1mm的矽钢片混合物，在混合物上依次覆盖4Kg矽钢片、10mm-15mm粒度的三次孕育硅铁3.6Kg、3mm-8mm粒度的碳化硅0.7Kg、100g金属锑，对铁水进行孕育、球化处理；

（4）造型、合箱：将温度为243℃的铁型与温度为221℃的模型进行定位、合模，其中间留有均匀空隙，使用射砂机将粒度为70-140目，抗弯强度为5.6MPa，发气量为13.3ml/g的酚醛树脂砂射入空隙，固化后在铁型内腔形成5.9mm的覆砂层，将上下铁型进行合箱，形成型腔；

（5）首箱浇注温度1447℃，每包浇注时通过自动孕育机随流添加粒度为0.2mm-0.85mm的四次孕育硅铁0.88Kg，如图3所示，铁水经过浇注系统充满型腔，并在每包末箱设置附铸试块，浇注时间221秒；

（6）清理：铸件型内冷却13min至620℃左右时，开箱，开箱机自动去除浇冒口，抛丸4min，获得产品。

铸件经检测，本体拉伸强度963MPa，延伸率7.4％。金相为石墨球化2级，石墨大小7级，基体组织为石墨+95％细片状珠光体，达到材料技术标准。

实施例1-5中各原料控制参数及工艺控制参数对比结果如表1所示：

表1 实施例1-5中各原料控制参数及工艺控制参数对比结果

对实施例1-5获得的球墨铸铁件进行以下性能检测：

（1）金相结构：采用金相显微镜检测，品牌：上海光学仪器，型号：4XC-PC；

（2）机械性能：采用万能拉力试验机检测，品牌：深圳三思纵横，型号：UTM5305；

（3）硬度：采用布式硬度机检测，品牌：莱州华银，型号：HB-3000；

（4）石墨等级：结合《GB/T 9441-2021 球墨铸铁金相检验》金相检测评级图进行评定。

性能检测结果见表2：

表2 实施例1-5获得的球墨铸铁件的力学性能测试结果

本发明采用铁型覆砂工艺铸造工艺生产球墨铸铁时，与传统的砂型铸造工艺生产球墨铸铁相比，采用铁型覆砂铸造工艺能充分利用铁型的刚性及球墨铸铁的石墨化膨胀对铸件进行自补缩，实现球墨铸铁的少、无冒口铸造，其工艺出品率可达80%以上，且得到的铸件无内部缺陷，成品率高。此外，采用铁型覆砂铸造工艺生产的球墨铸铁件的抗拉强度、延伸率和硬度都优于砂型铸造工艺。采用砂型铸造工艺生产球墨铸铁与采用铁型覆砂铸造工艺生产球墨铸铁件的对比结果如表3所示：

表3 两种工艺生产的球墨铸铁件的测试对比结果

由表1-3可以看出，本发明严格控制原料的元素含量，通过提升入炉材料的纯净，盖包球化工艺，对铁水进行四次孕育，浇注系统的合理设计，入型腔铁水双重过滤等因素，来规避孕育不当、不充分、不均匀，表面存在激冷组织（如自由渗碳体、莱氏体、针状铁素体和隐晶马氏体等），石墨化不足，石墨析出数量少，石墨球数少等不足，有效提高石墨球数，改善圆整度，增加珠光体的数量，控制珠光体层片间距，固溶强化铁素体，细化基体组织，改善成分及组织的均匀性。使用铁型覆砂工艺铸态生产出抗拉强度≥900MPa，延伸率≥7％的珠光体型球墨铸铁件。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进、部件拆分或组合等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种铸态QT900-7球墨铸铁件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）选用原材料

选用低碳钢和球墨铸铁回炉料为冶炼原料，低碳钢中各种元素的质量百分比为：C：0.1％-0.3％，Si：0.25％-0.35％，Mn：≤0.2％，P：≤0.03％，S：≤0.015％，Cr：≤0.025％，Ti≤0.025％；球墨铸铁回炉料中各种元素的质量百分比为：C：3.7%-3.76%，Si：2.1%-2.3%，Mn：≤0.15%，P：≤0.03%，S：≤0.015%，Cu：0.5%-0.65%，Sb≤0.015%，Mg：0.035%-0.04%，Re：0.025%-0.03%，Cr：≤0.025％，Ti≤0.025％；

增碳剂中各种元素的质量百分比为：C＞98%，N＜0.05%，S＜0.02%；

（2）配料

按照质量百分比，原材料配比如下：低碳钢70%-80%、球墨铸铁回炉料20%-30%；

（3）熔炼：将占铁水总重量2.2%-2.3%增碳剂，低碳钢和球墨铸铁回炉料按加入比例和加入顺序分三次加入中频电炉内，当铁水温度达到1450℃-1500℃范围时，加入一次孕育硅铁、占铁水总重量0.5%-0.65%的金属铜，取样检测炉内铁水成分 ，根据检测结果对铁水中化学成分进行微调；

（4）孕育、球化：当步骤（3）中铁水温度达到1540-1600℃时出炉到球化包，铁水出炉同时打开二次孕育斗加入二次孕育硅铁，在球化包底部球化室放置球化剂与50%矽钢片的混合物，在混合物上覆盖另外50%矽钢片、三次孕育硅铁、碳化硅、金属锑，对铁水进行孕育、球化处理；铁水出炉到球化包，所述球化包为盖包式茶壶包，其球化室堤坝与茶壶包包梁呈30°夹角，包梁上设置二次孕育斗；

（5）造型、合箱：将温度范围为160℃-280℃的铁型与温度范围为220℃-300℃的模型进行定位、合模，其中间留有均匀空隙，使用射砂机将酚醛树脂砂射入空隙，固化后在铁型内腔形成5mm-7mm的覆砂层，将上下铁型进行合箱，形成型腔；

（6）浇注：浇注温度控制在1380℃-1440℃，浇注时通过自动孕育机随流添加四次孕育硅铁，铁水经过浇注系统充满型腔，并在每包末箱设置附铸试块；

（7）清理：铸件型内冷却10min-15min至550℃-650℃时，开箱，自动去除浇冒口，抛丸3min-5min，获得产品。

2.根据权利要求1所述的一种铸态QT900-7球墨铸铁件的制备方法，其特征在于，在步骤（3）中，将增碳剂，低碳钢和球墨铸铁回炉料按加入比例和加入顺序分三次加入中频电炉内，具体要求为：在炉底铺一层占低碳钢总重量20%的低碳钢，加入占增碳剂总重量50%的增碳剂；再加入占低碳钢总重量50%的低碳钢，占增碳剂总重量45%的增碳剂；最后加入占低碳钢总重量30%的低碳钢和球墨铸铁回炉料，加入占增碳剂总重量5%的增碳剂。

3.根据权利要求1所述的一种铸态QT900-7球墨铸铁件的制备方法，其特征在于，在步骤（2）中，所述球墨铸铁回炉料为经过抛丸处理后表面洁净的炉料。

4.根据权利要求1所述的一种铸态QT900-7球墨铸铁件的制备方法，其特征在于，所述球化剂的型号为QRMg8RE3，粒度为5mm-15mm，其加入量为铁水总重量的0.7%-0.8%。

5.根据权利要求1所述的一种铸态QT900-7球墨铸铁件的制备方法，其特征在于，铁水孕育过程分为4次，所述一次孕育硅铁、二次孕育硅铁、三次孕育硅铁、四次孕育硅铁的型号均为FeSi75，一次孕育硅铁粒度为15mm-25mm，加入量为铁水总重量的0.3%-0.4%；二次孕育硅铁粒度为3mm-8mm，加入量为铁水总重量的0.4%-0.5%；三次孕育硅铁粒度为10mm-20mm，加入量为铁水总重量的0.4%-0.5%；四次孕育硅铁粒度为0.2mm-0.85mm，加入量为铁水总重量的0.09%-0.11%。

6.根据权利要求1所述的一种铸态QT900-7球墨铸铁件的制备方法，其特征在于，在步骤（5）中，造型采用的是铁型覆砂铸造工艺。

7.根据权利要求1所述的一种铸态QT900-7球墨铸铁件的制备方法，其特征在于，在步骤（5）中，所述酚醛树脂砂，其粒度为70-140目，抗弯强度为3MPa-6MPa，发气量≤15mL/g。

8.根据权利要求1所述的一种铸态QT900-7球墨铸铁件的制备方法，其特征在于，在步骤（6）中，所述浇注系统，其横浇道与水平方向的角度为15°-20°，所述附铸试块为在铸件取样位置附近设置可代表铸件机械性能的附铸试块。

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