CN115125433A - 一种高韧性铁素体球墨铸铁及其制备方法 - Google Patents

一种高韧性铁素体球墨铸铁及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115125433A
CN115125433A CN202210743849.2A CN202210743849A CN115125433A CN 115125433 A CN115125433 A CN 115125433A CN 202210743849 A CN202210743849 A CN 202210743849A CN 115125433 A CN115125433 A CN 115125433A
Authority
CN
China
Prior art keywords
cast iron
iron
toughness
inoculant
spheroidal graphite
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
CN202210743849.2A
Other languages
English (en)
Inventor
马建照
苏敏
李猛
杨冬屏
孙建国
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu Tianqi Heavy Industry Co ltd
Original Assignee
Jiangsu Tianqi Heavy Industry Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu Tianqi Heavy Industry Co ltd filed Critical Jiangsu Tianqi Heavy Industry Co ltd
Priority to CN202210743849.2A priority Critical patent/CN115125433A/zh
Publication of CN115125433A publication Critical patent/CN115125433A/zh
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C37/00—Cast-iron alloys
    • C22C37/04—Cast-iron alloys containing spheroidal graphite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C1/00—Refining of pig-iron; Cast iron
    • C21C1/10—Making spheroidal graphite cast-iron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/08—Making cast-iron alloys

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)

Abstract

本发明公开了一种高韧性铁素体球墨铸铁及其的制备方法，该高韧性铁素体球墨铸铁，按重量百分比计，包括以下组分：硅4.1～4.3％、碳2.5～3.5％、硫0.001～0.012％、镁0.020～0.032％、锰0.20～0.25％、铬0.05～0.08％、钼0.55～0.65％、锡0.008～0.010％、铜0.01～0.03％、磷0.001～0.04％、钽1～2％和余量的铁。本发明通过添加钽元素和含硒孕育剂，再经过多步热处理熔炼，制备得到的铁素体球墨铸铁具有优异的机械性能，解决了在低温条件下铁素体球墨铸铁韧性低、强度不足的问题。

Description

一种高韧性铁素体球墨铸铁及其制备方法
技术领域
本发明涉及铁素体球墨铸铁制备技术领域，尤其涉及一种高韧性铁素体球墨铸铁及其制备方法。
背景技术
球墨铸铁是20世纪五十年代发展起来的一种高强度铸铁材料，是通过球化和孕育处理得到球状石墨，有效地提高了铸铁的机械性能，特别是提高了塑性和韧性，从而得到比碳钢还高的强度，其综合性能接近于钢。正是基于其优异的性能，已成功地用于铸造一些受力复杂，强度、韧性、耐磨性要求较高的零件。球墨铸铁按基体组织不同，可分为珠光体球墨铸铁、铁素体球墨铸铁、贝氏体球墨铸铁以及铁素体、珠光体混合基体型球墨铸铁四大类。铁素体球墨铸铁是指基体中铁素体含量大于80％、其余为珠光体的球墨铸铁，其具有良好的塑性和韧性，故应用最为广泛。
随着机械设备向轻便化、低耗能能、高效率的趋势发展，人类对铁素体球墨铸铁的各种性能要求也在不断升高。铁素体球墨铸铁具有良好的初性和不容易发生脆性断裂等优点，满足大型风力发电机组轮穀、变速箱、底座等部件在常温和较低温度工作环境下的使用要求，但在低于-40℃的低温条件下，其力学性能发生显著变化容易发生脆性破坏。
CN110983166A公开了一种加Ni高强度铁素体球墨铸铁及其制备方法。该发明加Ni高强度铁素体球墨铸铁按重量百分比计，包括以下各组分：C 3.60％～3.90％，Si 2.15％～2.30％，Mn＜0.20％，Mg 0.035％～0.050％，P≤0.035％，S≤0.015％，Ni 0.4％～0.6％，余量为铁，制备时选用优质生铁、废钢，电炉熔化铁水并控制碳硅锰含量，Ni加在中间浇包中，先从熔化炉出铁水到中间包，再倒包到球化包中进行球化处理，球化包中加入一定量的预处理剂、球化剂、孕育剂进行铁水处理，球化效果好。该发明制备方法简单，制备得到的铁素体球墨铸铁的抗拉强度、屈服强度和延伸率达到并超过了要求值，且带V形缺口的-30℃冲击值也达到了要求，金相效果较好。
CN105861915A公开了一种铁素体球墨铸铁及其制备方法，所述铁素体球墨铸铁中各元素成份的质量百分比为：碳3.5％～3.8％，硅2.4％～2.7％，锰0.29％～0.35％，铈0.03％～0.04％，镁0.045％～0.06％，钇0.08％～0.1％，钼0.01％～0.02％，铼0.02％～0.03％，磷≤0.04％，硫≤0.018％，余量为铁，其制备方法具体包括以下步骤：(1)用中频感应电炉对原料进行熔化，然后进行脱硫处理；(2)将碳化硅粉末和稀土镁合金混合均匀后倒入球化包内，上面覆盖第一孕育剂，进行球化处理和第一次孕育处理，再进行第二次孕育处理，浇注，得铸件；(3)将铸件进行热处理，得铁素体球墨铸铁，该发明中的铁素体球墨铸铁球化率高，具有较高的强度及优异的韧性和冲击塑性，制备方法简单高效。
目前提高铁素体球墨铸铁韧性的研究大部分都在-30～-10℃，但在更低温条件下，保证铁素体球墨铸铁机械强度的同时，提高铁素体球墨铸铁韧性是亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明通过添加钽元素来制备铁素体球墨铸铁，解决了在低温条件下铁素体球墨铸铁机械强度的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种高韧性铁素体球墨铸铁，按重量百分比计，包括以下组分：硅4.1～4.3％、碳2.5～3.5％、硫0.001～0.012％、镁0.020～0.032％、锰0.20～0.25％、铬0.05～0.08％、钼0.55～0.65％、锡0.008～0.010％、铜0.01～0.03％、磷0.001～0.04％、钽1～2％和余量的铁。
优选的，所述的高韧性铁素体球墨铸铁，按重量百分比计，包括以下组分：硅4.24％、碳3.00％、硫0.005％、镁0.028％、锰0.22％、铬0.07％、钼0.61％、锡0.009％、铜0.02％、磷0.02％、钽1.8％和余量的铁。
本发明提供了一种高韧性铁素体球墨铸铁的制备方法，包括以下步骤：
(1)将生铁和废钢加热，调整各元素含量至符合配方要求进行熔炼，得到铁水；
(2)在步骤(1)得到的铁水中加入球化剂，随后加入孕育剂进行孕育处理，浇注成型，冷却后得预制品；
(3)对步骤(2)所述的预制品进行热处理，得所述高韧性铁素体球墨铸铁。
具体的，所述高韧性铁素体球墨铸铁的制备方法，包括以下步骤：
(1)将50～70份生铁、40～60份废钢加热至1410～1430℃，检测铁水中各元素的含量，并调整各元素含量至符合配方要求，进行熔炼处理，扒渣除去表面浮渣，随后进行脱硫处理，得到铁水；
(2)采用盖包法，在步骤(1)得到的铁水中加入铁水总重量1.3～1.8％的球化剂，随后加入孕育剂进行孕育处理，在1340～1380℃下浇注成型，冷却后得预制品；
(3)将步骤(2)所述的预制品升温至900～920℃，保温2～5h，以8～12℃/min的速度降温至600～650℃，保温2～5h，再空冷至20～30℃后升温至800～850℃，保温2～5h，以8～12℃/min的速度降温至500～600℃，空冷至20～30℃，得所述高韧性铁素体球墨铸铁。
优选的，步骤(1)所述的熔炼处理为单步热处理：升温至1470～1510℃熔炼10～30min。
铁素体具有较高的导热系数、较低的热膨胀系数和较低的成本，是一种很有前途的高温结构材料。然而，通过添加钽元素只能在一定程度上改善铁素体球墨铸铁机械性能，由于碳化物/氮化物粗化、Z相形成等析出物与基体之间的非共格作用而易导致铁素体球墨铸铁的组织不稳定。在高温条件下，由于基体和沉淀之间的界面处的扩散流动，铁素体合金在高于600℃时抗蠕变性较弱，不同金属元素在铁基体中析出，称为分级析出。热处理温度会影响析出物的尺寸、形态和空间分布，这对机械性能起着重要作用。本发明人发现，通过多部热处理熔炼，使细小的Laves相析出物引入到共格分级析出物中可以有效地提高铁素体球墨铸铁的机械性能。
进一步优选的，步骤(1)所述的熔炼处理为多步热处理：在1100～1200℃下熔炼0.4～0.6h，以8～12℃/min的速度降温至800～850℃保温5～10h，再升温至1470～1510℃。
优选的，步骤(2)所述的球化剂，粒径为30～60mm，按重量百分比计，包括以下组分：稀土2～4％，镁7～9％，钙2.0～3.5％，硅40～44％，锰0.4～0.7％，钛0.3～0.6％和余量的铁。
优选的，步骤(2)所述的孕育处理为加入铁水总重量1.4～1.6％的孕育剂进行第一次孕育处理，静置3～5min，再加入铁水总重量0.4～0.6％孕育剂进行第二次孕育处理，静置3～5min。
优选的，步骤(2)所述的孕育剂，粒径为30～50nm，按重量百分比计，包括以下组分：硅55.5～56.5％、钙1.3～1.5％、钡3.2～3.8％、铈4.7～5.2％、锑10.0～10.5％和余量的铁。
通过引入不同的孕育剂可以改善基质结构，并控制石墨结核的形状。硫，一种属于元素周期表第16族的硫属元素，在球状石墨铸铁的成核过程中起主要作用，是铸铁中石墨成核基质的良好促进剂，通常与通过孕育和/或球化过程引入的其它活性微量元素如铝、钙、铈或钡结合，使球状石墨铸铁有利于更高的球化率，抑制了碳化物和微孔形式的风险。但高硫含量会抑制石墨球化并增加浮渣形成，或者较低的硫含量会减少石墨成核的数量，直接球墨铸铁的机械性能。
同为第16族的硒元素，文献中没有证据表明硒对铸铁中石墨形成的影响，但本发明人研究发现，硒在石墨的成核过程中起着类似的作用，添加含硒的孕育剂会改变石墨颗粒的形状，从而直接影响机械性能。
进一步优选的，步骤(2)所述的孕育剂为含硒孕育剂，包括以下组分：硅55.5～56.5％、钙1.3～1.5％、钡3.2～3.8％、铈4.7～5.2％、锑10.0～10.5％、硒4.5～4.7％和余量的铁。
最优选的，步骤(2)所述的孕育剂为含硒孕育剂，包括以下组分：硅56.1％、钙1.4％、钡3.5％、铈4.9％、锑10.3％、硒4.6％和余量的铁。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一种高韧性铁素体球墨铸铁的制备方法，该方法通过添加钽元素在一定程度上改善铁素体球墨铸铁机械性能，但在高温条件下，由于基体和沉淀之间的界面处的扩散流动，不同金属元素在铁基体中析出，使得铁素体抗蠕变性较弱，限制了铁素体球墨铸铁韧性的提高。因此，本发明通过多步热处理，控制析出物的尺寸、形态和空间分布，导致具有更高溶解度的钽元素可以溶解在铸态样品的铁基体中均匀分布，使细小的钽元素Laves相析出物引入到共格分级析出物中，可以有效地提高铁素体球墨铸铁的韧性和其他机械性能。
此外，本发明还通过添加含硒孕育剂，细化晶粒结构，使形成的石墨尺寸分布更集中，粒径更小，并利用更加稳定的硒化物作为石墨的直接成核点，增加了结核数量，提高了球化率，同时减少了微收缩量，避免凝固后期的减少微孔形成，进而有利于提高铁素体球墨铸铁的机械强度。
附图说明
图1中(A)和(B)分别是本发明实施例1、实施例2制备的高韧性铁素体球墨铸铁中石墨的尺寸分布图。
图2中(a)、(b)和(c)分别是本发明实施例2、对比例2和实施例3制备的高韧性铁素体球墨铸铁微观结构图。
具体实施方式
为免赘述，以下实施例中用到的物品若无特别说明则均市售产品，用到的方法若无特别说明则均为常规方法。
实施例1
一种高韧性铁素体球墨铸铁的制备方法，步骤如下：
(1)将56kg生铁、60kg废钢加热至1420℃，检测铁水中各元素的含量后，按重量百分比计，将各元素含量调整为硅4.24％、碳3.00％、硫0.005％、镁0.028％、锰0.22％、铬0.07％、钼0.61％、锡0.009％、铜0.02％、磷0.02％、钽1.8％和余量的铁，升温至1480℃熔炼15min，扒渣除去表面浮渣，随后进行脱硫处理，得到铁水；
(2)采用盖包法，在步骤(1)得到的铁水中加入铁水总重量1.5％的球化剂，随后加入铁水总重量1.5％的孕育剂进行第一次孕育处理，静置5min后再加入铁水总重量0.5％孕育剂进行第二次孕育处理，静置5min，在1360℃下浇注成型，冷却后得预制品；
(3)将步骤(2)所述的预制品升温至900℃，保温3h，以10℃/min的速度降温至650℃，保温3h，再空冷至25℃后升温至820℃，保温3h，以10℃/min的速度降温至550℃，空冷至25℃，得所述高韧性铁素体球墨铸铁。
步骤(2)所述的球化剂，粒径为50mm，按重量百分比计，包括以下组分：稀土2.8％，镁8％，钙2.7％，硅42％，锰0.6％，钛0.5％和余量的铁；通过高速转鼓混合器将上述组分进行混合得到。
步骤(2)所述的孕育剂，粒径为30nm，按重量百分比计，包括以下组分：硅56.1％、钙1.4％、钡3.5％、铈4.9％、锑10.3％和余量的铁；通过高速转鼓混合器将上述组分进行混合得到。
实施例2
一种高韧性铁素体球墨铸铁的制备方法，步骤如下：
(1)将56kg生铁、60kg废钢加热至1420℃，检测铁水中各元素的含量后，按重量百分比计，将各元素含量调整为硅4.24％、碳3.00％、硫0.005％、镁0.028％、锰0.22％、铬0.07％、钼0.61％、锡0.009％、铜0.02％、磷0.02％、钽1.8％和余量的铁，升温至1480℃熔炼15min，扒渣除去表面浮渣，随后进行脱硫处理，得到铁水；
(2)采用盖包法，在步骤(1)得到的铁水中加入铁水总重量1.5％的球化剂，随后加入铁水总重量1.5％的孕育剂进行第一次孕育处理，静置5min后再加入铁水总重量0.5％孕育剂进行第二次孕育处理，静置5min，在1360℃下浇注成型，冷却后得预制品；
(3)将步骤(2)所述的预制品升温至900℃，保温3h，以10℃/min的速度降温至650℃，保温3h，再空冷至25℃后升温至820℃，保温3h，以10℃/min的速度降温至550℃，空冷至25℃，得所述高韧性铁素体球墨铸铁。
步骤(2)所述的球化剂，粒径为50mm，按重量百分比计，包括以下组分：稀土2.8％，镁8％，钙2.7％，硅42％，锰0.6％，钛0.5％和余量的铁；通过高速转鼓混合器将上述组分进行混合得到。
步骤(2)所述的孕育剂为含硒孕育剂，粒径为30nm，按重量百分比计，包括以下组分：硅56.1％、钙1.4％、钡3.5％、铈4.9％、锑10.3％、硒4.6％和余量的铁；通过高速转鼓混合器将上述组分进行混合得到。
实施例3
一种高韧性铁素体球墨铸铁的制备方法，步骤如下：
(1)将56kg生铁、60kg废钢加热至1420℃，检测铁水中各元素的含量后，按重量百分比计，将各元素含量调整为硅4.24％、碳3.00％、硫0.005％、镁0.028％、锰0.22％、铬0.07％、钼0.61％、锡0.009％、铜0.02％、磷0.02％、钽1.8％和余量的铁，在1190℃下熔炼0.5h，以10℃/min的速度降温至830℃保温8h，再升温至1480℃，扒渣除去表面浮渣，随后进行脱硫处理，得到铁水；
(2)采用盖包法，在步骤(1)得到的铁水中加入铁水总重量1.5％的球化剂，随后加入铁水总重量1.5％的孕育剂进行第一次孕育处理，静置5min后再加入铁水总重量0.5％孕育剂进行第二次孕育处理，静置5min，在1360℃下浇注成型，冷却后得预制品；
(3)将步骤(2)所述的预制品升温至900℃，保温3h，以10℃/min的速度降温至650℃，保温3h，再空冷至25℃后升温至820℃，保温3h，以10℃/min的速度降温至550℃，空冷至25℃，得所述高韧性铁素体球墨铸铁。
步骤(2)所述的球化剂，粒径为50mm，按重量百分比计，包括以下组分：稀土2.8％，镁8％，钙2.7％，硅42％，锰0.6％，钛0.5％和余量的铁；通过高速转鼓混合器将上述组分进行混合得到。
步骤(2)所述的孕育剂为含硒孕育剂，粒径为30nm，按重量百分比计，包括以下组分：硅56.1％、钙1.4％、钡3.5％、铈4.9％、锑10.3％、硒4.6％和余量的铁；通过高速转鼓混合器将上述组分进行混合得到。
对比例1
一种高韧性铁素体球墨铸铁的制备方法，步骤如下：
(1)将56kg生铁、60kg废钢加热至1420℃，检测铁水中各元素的含量后，按重量百分比计，将各元素含量调整为硅4.24％、碳3.00％、硫0.005％、镁0.028％、锰0.22％、铬0.07％、钼0.61％、锡0.009％、铜0.02％、磷0.02％和余量的铁，升温至1480℃熔炼15min，扒渣除去表面浮渣，随后进行脱硫处理，得到铁水；
(2)采用盖包法，在步骤(1)得到的铁水中加入铁水总重量1.5％的球化剂，随后加入铁水总重量1.5％的孕育剂进行第一次孕育处理，静置5min后再加入铁水总重量0.5％孕育剂进行第二次孕育处理，静置5min，在1360℃下浇注成型，冷却后得预制品；
(3)将步骤(2)所述的预制品升温至900℃，保温3h，以10℃/min的速度降温至650℃，保温3h，再空冷至25℃后升温至820℃，保温3h，以10℃/min的速度降温至550℃，空冷至25℃，得所述高韧性铁素体球墨铸铁。
步骤(2)所述的球化剂，粒径为50mm，按重量百分比计，包括以下组分：稀土2.8％，镁8％，钙2.7％，硅42％，锰0.6％，钛0.5％和余量的铁；通过高速转鼓混合器将上述组分进行混合得到。
步骤(2)所述的孕育剂为含硒孕育剂，粒径为30nm，按重量百分比计，包括以下组分：硅56.1％、钙1.4％、钡3.5％、铈4.9％、锑10.3％、硒4.6％和余量的铁；通过高速转鼓混合器将上述组分进行混合得到。
对比例2
一种高韧性铁素体球墨铸铁的制备方法，步骤如下：
(1)将56kg生铁、60kg废钢加热至1420℃，检测铁水中各元素的含量后，按重量百分比计，将各元素含量调整为硅4.24％、碳3.00％、硫0.005％、镁0.028％、锰0.22％、铬0.07％、钼0.61％、锡0.009％、铜0.02％、磷0.02％和余量的铁，在1190℃下熔炼0.5h，以10℃/min的速度降温至830℃保温8h，再升温至1480℃，扒渣除去表面浮渣，随后进行脱硫处理，得到铁水；
(2)采用盖包法，在步骤(1)得到的铁水中加入铁水总重量1.5％的球化剂，随后加入铁水总重量1.5％的孕育剂进行第一次孕育处理，静置5min后再加入铁水总重量0.5％孕育剂进行第二次孕育处理，静置5min，在1360℃下浇注成型，冷却后得预制品；
(3)将步骤(2)所述的预制品升温至900℃，保温3h，以10℃/min的速度降温至650℃，保温3h，再空冷至25℃后升温至820℃，保温3h，以10℃/min的速度降温至550℃，空冷至25℃，得所述高韧性铁素体球墨铸铁。
步骤(2)所述的球化剂，粒径为50mm，按重量百分比计，包括以下组分：稀土2.8％，镁8％，钙2.7％，硅42％，锰0.6％，钛0.5％和余量的铁；通过高速转鼓混合器将上述组分进行混合得到。
步骤(2)所述的孕育剂为含硒孕育剂，粒径为30nm，按重量百分比计，包括以下组分：硅56.1％、钙1.4％、钡3.5％、铈4.9％、锑10.3％、硒4.6％和余量的铁；通过高速转鼓混合器将上述组分进行混合得到。
测试例1
用光学显微镜分析实施例1～2制备的高韧性铁素体球墨铸铁的形态，通过ImageJ软件进行图像处理，并在直径为3.36～55μm的石墨颗粒中计数，测试结果见图1。
使用Ultra plus Carl Zeiss SMT的STEM模式，在30千伏时、分辨率为0.8mm时，结合X-Max 20牛津仪器EDX探测器，分辨率为127eV/mm2，分析了实施例1～2制备的高韧性铁素体球墨铸铁中石墨结核数量和微收缩量，测试结果见表1。
表1铁素体球墨铸铁性能测试结果
组别 结核数(Nod/mm<sup>2</sup>) 微收缩量(mm<sup>3</sup>)
实施例1 216 272.82
实施例2 386 6.50
如图1所示，与实施例1相比，实施例2添加含硒孕育剂制备的高韧性铁素体球墨铸铁中球状石墨的形态在微观结构和分布曲线中可以观察到明显的差异。实施例1的球状石墨的形状参差不齐，不仅具有低圆度、高纵横比和较低的球粒数，还分布不均匀。硒的加入显著改变了石墨的尺寸分布，使形成的石墨尺寸分布更集中，粒径更小。孕育剂是石墨成核的优良促进剂，通过共晶凝固的结束来扩展石墨成核，而更加稳定的硒化物可以作为石墨的直接成核点，在凝固结束时促进形成了尺寸更小更均匀的石墨，进而有利于提高铁素体球墨铸铁的机械强度。
如表1所示，与实施例1相比，实施例2添加含硒孕育剂制备的高韧性铁素体球墨铸铁中结核数量更多，微收缩量也更少，说明孔隙数量也更少。通常石墨的膨胀不足以补偿凝固时奥氏体收缩，增加了形成微孔的风险，而更精细的石墨生成更有利于抵消凝固后期的奥氏体收缩，减少微孔形成，进而有利于提高铁素体球墨铸铁的机械强度。
测试例2
采用扫描电子显微镜用于实施例2～3制备的高韧性铁素体球墨铸铁的微观结构分析。使用常规精密离子抛光系统制备样品，使用TESCAN-MIRALMH散射电子检测器、BRUKERX-flash4010能谱仪和JEM-F200型x射线能谱仪对样品进行扫描电子显微镜微观结构分析，测试结果见图2。
与实施例2和对比例2相比，实施例3通过多步热处理熔炼，使钽元素在铁基体中均匀分布，并形成了细小的laves相，能够优化晶格应变，有利于铁素体球墨铸铁通过纳米或超细颗粒的共沉淀来改善其韧性和其他机械性能。而钽元素的均匀分布，可能是由于钽元素的溶解度较高，具有更高溶解度的钽元素可以溶解在铸态样品的铁基体中。由于钽元素在铁基体中的这种均匀分布，多步热处理可以使在球体内部形成富含钽的颗粒，并形成细小laves相，会大大提高铁素体球墨铸铁的韧性和其他机械强度。
测试例3
性能测试：对实施例1～3和对比例1～2制备的铁素体球墨铸铁进行性能测试，测试结果见表2。
表2铁素体球墨铸铁性能测试结果
Figure BDA0003716109950000111
Figure BDA0003716109950000121
如表2所示，与实施例1相比，实施例2添加含硒孕育剂制备的高韧性铁素体球墨铸铁具有更高的抗拉强度、屈服强度、硬度、延伸率和冲击韧度值，这是由于含硒孕育剂促进形成了尺寸更小更均匀的石墨，减少微孔形成，提高了球化率，进而有利于提高铁素体球墨铸铁的机械强度。
由表2可知，与对比例1相比，实施例2制备的高韧性铁素体球墨铸铁的抗拉强度、屈服强度、硬度、延伸率和冲击韧度值较高，说明通过添加钽元素能够在一定程度上改善铁素体球墨铸铁韧性和其他机械性能。但在高温条件下，由于基体和沉淀之间的界面处的扩散流动，不同金属元素在铁基体中析出，使得铁素体抗蠕变性较弱，限制了铁素体球墨铸铁韧性的提高。因此，与对比例2和实施例2相比，实施例3制备的铁素体球墨铸铁具有更高韧性和机械强度，这是由于通过多步热处理熔炼金属元素，导致具有更高溶解度的钽元素可以溶解在铸态样品的铁基体中均匀分布，使细小的钽元素Laves相析出物引入到共格分级析出物中，可以有效地提高铁素体球墨铸铁的韧性和其他机械性能。

Claims (10)

1.一种高韧性铁素体球墨铸铁，其特征在于，按重量百分比计，包括以下组分：硅4.1～4.3％、碳2.5～3.5％、硫0.001～0.012％、镁0.020～0.032％、锰0.20～0.25％、铬0.05～0.08％、钼0.55～0.65％、锡0.008～0.010％、铜0.01～0.03％、磷0.001～0.04％、钽1～2％和余量的铁。
2.如权利要求1所述的高韧性铁素体球墨铸铁，其特征在于，按重量百分比计，包括以下组分：硅4.24％、碳3.00％、硫0.005％、镁0.028％、锰0.22％、铬0.07％、钼0.61％、锡0.009％、铜0.02％、磷0.02％、钽1.8％和余量的铁。
3.如权利要求1～2任一项所述高韧性铁素体球墨铸铁的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将生铁和废钢加热熔炼，调整各元素含量至符合配方要求，得到铁水；
(2)在步骤(1)得到的铁水中加入球化剂，随后加入孕育剂进行孕育处理，浇注成型，冷却后得预制品；
(3)对步骤(2)所述的预制品进行热处理，得所述高韧性铁素体球墨铸铁。
4.如权利要求3所述高韧性铁素体球墨铸铁的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的熔炼处理为单步热处理：升温至1470～1510℃熔炼10～30min。
5.如权利要求3所述高韧性铁素体球墨铸铁的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的熔炼处理为多步热处理：在1100～1200℃下熔炼0.4～0.6h，以8～12℃/min的速度降温至800～850℃保温5～10h，再升温至1470～1510℃。
6.如权利要求3所述高韧性铁素体球墨铸铁的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的球化剂，粒径为30～60mm，按重量百分比计，包括以下组分：稀土2～4％，镁7～9％，钙2.0～3.5％，硅40～44％，锰0.4～0.7％，钛0.3～0.6％和余量的铁。
7.如权利要求3所述高韧性铁素体球墨铸铁的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的孕育处理为加入铁水总重量1.4～1.6％的孕育剂进行第一次孕育处理，静置3～5min，再加入铁水总重量0.4～0.6％孕育剂进行第二次孕育处理，静置3～5min。
8.如权利要求7所述高韧性铁素体球墨铸铁的制备方法，其特征在于，所述的孕育剂，粒径为30～50nm，按重量百分比计，包括以下组分：硅55.5～56.5％、钙1.3～1.5％、钡3.2～3.8％、铈4.7～5.2％、锑10.0～10.5％和余量的铁。
9.如权利要求7所述高韧性铁素体球墨铸铁的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的孕育剂为含硒孕育剂，包括以下组分：硅55.5～56.5％、钙1.3～1.5％、钡3.2～3.8％、铈4.7～5.2％、锑10.0～10.5％、硒4.5～4.7％和余量的铁。
10.如权利要求9所述高韧性铁素体球墨铸铁的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的孕育剂为含硒孕育剂，包括以下组分：硅56.1％、钙1.4％、钡3.5％、铈4.9％、锑10.3％、硒4.6％和余量的铁。
CN202210743849.2A 2022-06-27 2022-06-27 一种高韧性铁素体球墨铸铁及其制备方法 Withdrawn CN115125433A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210743849.2A CN115125433A (zh) 2022-06-27 2022-06-27 一种高韧性铁素体球墨铸铁及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210743849.2A CN115125433A (zh) 2022-06-27 2022-06-27 一种高韧性铁素体球墨铸铁及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115125433A true CN115125433A (zh) 2022-09-30

Family

ID=83380857

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210743849.2A Withdrawn CN115125433A (zh) 2022-06-27 2022-06-27 一种高韧性铁素体球墨铸铁及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115125433A (zh)

Citations (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB718177A (en) * 1951-01-16 1954-11-10 British Cast Iron Res Ass Improvements in the production of cast iron
SE7506829L (sv) * 1974-06-14 1975-12-15 Goetzewerke Notningsbestendig gjutjernslegering med lameller till noduler grafitut skiljning
NO20024185D0 (no) * 2002-09-03 2002-09-03 Elkem Materials Fremgangsmåte for å fremstille duktilt jern
WO2008112720A1 (en) * 2007-03-12 2008-09-18 Wescast Industries, Inc. Ferritic high-silicon cast irons
CN101760689A (zh) * 2009-12-30 2010-06-30 山东汇金股份有限公司 一种抗低温冲击高强度球墨铸铁生产方法
CN102634723A (zh) * 2012-05-11 2012-08-15 郑州机械研究所 一种低温用铁素体球铁及其制造方法
CN102864368A (zh) * 2012-10-15 2013-01-09 南京信息工程大学 一种孕育铸铁及其制备方法
CN103060671A (zh) * 2013-01-28 2013-04-24 江苏一汽铸造股份有限公司 铁素体球墨铸铁及其制备
CN105039839A (zh) * 2015-08-20 2015-11-11 合肥市田源精铸有限公司 一种用于曲轴的球墨铸铁的制备方法
CN105861915A (zh) * 2016-06-27 2016-08-17 含山县兴达球墨铸铁厂 铁素体球墨铸铁及其制备方法
CN105970076A (zh) * 2016-06-27 2016-09-28 含山县兴达球墨铸铁厂 高强度耐低温球墨铸铁及其制备方法
CN106011607A (zh) * 2016-07-15 2016-10-12 江苏汽铸造股份有限公司 一种硅固熔强化铁素体球墨铸铁及其制备工艺
US9580777B1 (en) * 2016-02-08 2017-02-28 Roman Radon Hypereutectic white iron alloys comprising chromium, boron and nitrogen and articles made therefrom
CA3035769A1 (en) * 2016-09-02 2018-03-08 Harvey M. Goertz Particulate compositions and methods of use
CN108385015A (zh) * 2018-01-25 2018-08-10 华北电力大学 一种新型高性能含难熔金属铸铁配方及熔炼技术的研制
CN108441752A (zh) * 2018-06-04 2018-08-24 含山县兴达球墨铸铁厂 一种汽车制动盘用球墨铸铁及其制备方法
CN108950370A (zh) * 2018-07-26 2018-12-07 含山县兴达球墨铸铁厂 一种耐磨耐低温的球墨铸铁
CN108977725A (zh) * 2018-08-09 2018-12-11 常州钜苓铸造有限公司 高性能铸态珠光体球墨铸铁及其生产方法
CN110983166A (zh) * 2019-12-24 2020-04-10 江苏一汽铸造股份有限公司 一种加Ni高强度铁素体球墨铸铁及其制备方法
CN112342457A (zh) * 2020-11-05 2021-02-09 南通国盛机床部件有限公司 一种风电产品的大断面球墨铸铁的熔炼工艺

Patent Citations (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB718177A (en) * 1951-01-16 1954-11-10 British Cast Iron Res Ass Improvements in the production of cast iron
SE7506829L (sv) * 1974-06-14 1975-12-15 Goetzewerke Notningsbestendig gjutjernslegering med lameller till noduler grafitut skiljning
NO20024185D0 (no) * 2002-09-03 2002-09-03 Elkem Materials Fremgangsmåte for å fremstille duktilt jern
WO2008112720A1 (en) * 2007-03-12 2008-09-18 Wescast Industries, Inc. Ferritic high-silicon cast irons
CN101760689A (zh) * 2009-12-30 2010-06-30 山东汇金股份有限公司 一种抗低温冲击高强度球墨铸铁生产方法
CN102634723A (zh) * 2012-05-11 2012-08-15 郑州机械研究所 一种低温用铁素体球铁及其制造方法
CN102864368A (zh) * 2012-10-15 2013-01-09 南京信息工程大学 一种孕育铸铁及其制备方法
CN103060671A (zh) * 2013-01-28 2013-04-24 江苏一汽铸造股份有限公司 铁素体球墨铸铁及其制备
CN105039839A (zh) * 2015-08-20 2015-11-11 合肥市田源精铸有限公司 一种用于曲轴的球墨铸铁的制备方法
US9580777B1 (en) * 2016-02-08 2017-02-28 Roman Radon Hypereutectic white iron alloys comprising chromium, boron and nitrogen and articles made therefrom
CN105970076A (zh) * 2016-06-27 2016-09-28 含山县兴达球墨铸铁厂 高强度耐低温球墨铸铁及其制备方法
CN105861915A (zh) * 2016-06-27 2016-08-17 含山县兴达球墨铸铁厂 铁素体球墨铸铁及其制备方法
CN106011607A (zh) * 2016-07-15 2016-10-12 江苏汽铸造股份有限公司 一种硅固熔强化铁素体球墨铸铁及其制备工艺
CA3035769A1 (en) * 2016-09-02 2018-03-08 Harvey M. Goertz Particulate compositions and methods of use
CN108385015A (zh) * 2018-01-25 2018-08-10 华北电力大学 一种新型高性能含难熔金属铸铁配方及熔炼技术的研制
CN108441752A (zh) * 2018-06-04 2018-08-24 含山县兴达球墨铸铁厂 一种汽车制动盘用球墨铸铁及其制备方法
CN108950370A (zh) * 2018-07-26 2018-12-07 含山县兴达球墨铸铁厂 一种耐磨耐低温的球墨铸铁
CN108977725A (zh) * 2018-08-09 2018-12-11 常州钜苓铸造有限公司 高性能铸态珠光体球墨铸铁及其生产方法
CN110983166A (zh) * 2019-12-24 2020-04-10 江苏一汽铸造股份有限公司 一种加Ni高强度铁素体球墨铸铁及其制备方法
CN112342457A (zh) * 2020-11-05 2021-02-09 南通国盛机床部件有限公司 一种风电产品的大断面球墨铸铁的熔炼工艺

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
（美）乔治 E.陶敦, 上海科学技术文献出版社 *
张宇航: "铁素体球墨铸铁低温冲击韧性", 《科学技术与工程》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104775065B (zh) 一种高强韧耐磨球铁摇臂及其制备方法
CN110257716B (zh) 一种机床用高端轴承钢材料及其生产工艺
CN108396219B (zh) 一种曲轴用铸态高强度球墨铸铁及其制备方法
CN108342640A (zh) 一种高淬透性齿轮钢及其制造方法
CN101537428B (zh) 一种半钢轧辊及其制备方法
CN110157988A (zh) 一种高纯、均质稀土冷轧辊用钢合金材料及制备方法
CN110295312A (zh) 一种低温球墨铸铁及其生产工艺和应用
CN109504904A (zh) 经济型Nb、Ti、N复合强化400MPa级钢筋及制造方法
CN110129661A (zh) 高强度低温高韧性球墨铸铁的生产工艺
CN109988964A (zh) 球墨铸铁材料、其制备方法和应用
CN109680122A (zh) 一种轮毂轴承用钢及其制造方法
CN114645208B (zh) 一种采用碲处理的非调质胀断连杆用钢及其生产方法
US4971623A (en) Process for making as-cast ferritic spheroidal graphitic ductile iron
WO2018166247A1 (zh) 一种风电用高强高韧球墨铸铁的研制方法
CN115029631A (zh) 一种高强度、高韧性风电变速箱齿轮用钢及其制造方法
CN108203786B (zh) 一种硅固溶高强度塑性铁素体球墨铸铁、制造方法和铁路机车零部件
CN104862450A (zh) 纳米铁水净化变质剂用于奥铁体球铁耐磨铸件的方法
CN110284052A (zh) 一种低温球墨铸铁及其制备方法和应用
CN110129665A (zh) 一种铸态砂型铸造含铌高强高韧球墨铸铁材料及其制备方法
CN112210708B (zh) 一种球墨铸铁及利用消失模制备该球墨铸铁的方法
WO2010029564A1 (en) Nodulizer for the production of spheroidal graphite iron
CN115125433A (zh) 一种高韧性铁素体球墨铸铁及其制备方法
CN111748722A (zh) 一种球墨铸铁及其制备方法
CN104862451A (zh) 一种纳米铁水净化变质剂用于奥铁体球铁铸球的方法
CN114990428A (zh) Cr-Mo-Co-W高温轴承钢及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WW01 Invention patent application withdrawn after publication

Application publication date: 20220930

WW01 Invention patent application withdrawn after publication