CN115522010A - 一种低铜锡灰铁材料及其熔炼方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低铜锡灰铁材料及其熔炼方法，涉及铸造材料技术领域。其包括以下质量百分数的元素：碳2.0％‑4.0％，硅1.5％‑3.0％，Mn0.2％‑0.8％，Sb＜0.2％，P＜0.15％，S＜0.15％，Cu＜0.8％，Cr＜0.3％，Sn＜0.08％，Al＜0.02％，Zn＜0.02％，余料为纯铁。在熔炼过程中，将原料在中频感应炉中熔炼，采用锰锑合金进行合金化，利用稀土硅铁和硅钡孕育剂进行孕育处理。使其熔炼出的灰铁材料性能可达250MP‑400MPa，具有原料来源广泛，材料成本低等优势，可广泛应用于压盘、制动鼓等零件的生产。
Description
技术领域
本发明涉及铸造技术领域，具体为一种低铜锡灰铁材料及其熔炼方法。
背景技术
灰口铸铁因其良好的减振、润滑、导热性能及一定的强度，被广泛应用于成型机床床身及各种齿轮箱，动力机车的气缸体、气缸盖和减速箱体等。
碳、硅、锰、磷、硫是灰铁材料中的五大主要元素。为进一步提高灰铁材料的强度、硬度、耐磨性能等，铜、铬、钼、锡、钒、锑等合金元素均用于灰口铸铁中以促进石墨化和细化珠光体，最终获得更好的组织性能。其中铜、锡合金元素少量或微量加入即可显著增加珠光体含量，因而是灰铁材料中最被广泛使用的两种合金元素。近年来，随着铜、锡等贵金属价格进一步提高，以铜、锡为主要合金元素的灰铁铸件生产企业面临前所未有的原料价格上涨的压力。因此出现了向灰铁材料中加入锑元素的相关技术。如：专利CN201910130314.6公布了一种重型车桥主减速器壳体的制备工艺，其中加入了0.01-0.02％的锑。但其中铜元素的含量依然较高，可以达到0.3％-0.4％。专利CN201610542967.1公布了一种屏蔽泵的泵体，所用的泵锑材料以灰铁为基体，其中锑的加入量为0.1％-0.5％，其锑加入量相对较高。文献《金属锑(Sb)在灰铁制动鼓生产中的研究应用》中指出，在制动鼓的生产过程中金属锑的加入量控制在0.028-0.035之间可获得稳定的机械性能和金相组织。然而，该文献中锰、铬元素含量相对较高，分别为0.8％-0.9％和0.27％-0.3％。因此，在熔炼的灰铁原料中，如何解决不额外加入铜、锡合金元素使得基体中珠光体含量降低导致的最终产品组织性能不达标已成为低铜锡灰铁材料的关键共性问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低铜锡灰铁材料及其熔炼方法，解决现有灰铁材料因普遍采用铜、锡合金元素存在材料成本高，而不额外添加铜、锡合金元素存在产品组织性能不达标的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种低铜锡灰铁材料，包括以下质量百分数的元素：碳2.0％-4.0％，硅1.5％-3.0％，Mn 0.2％-0.8％，Sb＜0.2％，P＜0.15％，S＜0.15％，Cu＜0.8％，Cr＜0.3％，Sn＜0.08％，Al＜0.02％，Zn＜0.02％，余料为纯铁。
进一步的，由以下质量百分数的元素组成：碳2.0％，硅1.5％，Mn 0.2％，Sb0.1％，P 0.05％，S 0.05％，Cu 0.1％，Cr 0.1％，Sn 0.01％，Al 0.01％，Zn 0.01％，余料为纯铁。
进一步的，由以下质量百分数的元素组成：碳4.0％，硅3.0％，Mn 0.8％，Sb0.2％，P 0.15％，S 0.15％，Cu 0.8％，Cr 0.3％，Sn 0.08％，Al 0.02％，Zn 0.02％，余料为纯铁。
进一步的，由以下质量百分数的元素组成：碳3.0％，硅2.0％，Mn 0.5％，Sb0.15％，P 0.1％，S 0.1％，Cu 0.5％，Cr 0.2％，Sn 0.05％，Al 0.015％，Zn 0.015％，余料为纯铁。
本发明提供另一种技术方案：一种低铜锡灰铁材料的熔炼方法，包括以下步骤：
S1：原料准备：按以生铁0-15％，废钢50％-70％，回炉料30％-45％，锑合金1％-5％的质量百分比称取原材料；
S2：熔炼及合金化：将称好的原材料置于中频感应电炉中熔炼，熔炼温度控制在1500℃-1600℃，待炉料完全熔化后，取铁水进行光谱实验，检验合格后出铁水，若不合格调整铁水成分直至合格；
S3：铁水孕育：对中转包进行加热，加热温度600℃-700℃，加热时间15min-30min，加热后，向中间包加入孕育剂，孕育剂加入量为中转包铁水质量的0.1％-0.5％，将熔炼好的铁水浇入中转包，出铁水温度控制在1450℃-1550℃，待铁水进入中转包后进行扒渣；
S4：浇铸：将中转包运至自动浇铸机进行浇注，浇注温度控制在1350℃-1450℃，浇注速度控制在10g/s-20g/s。
进一步的，S1中锑合金为锰锑合金。
进一步的，S3中的孕育剂包括稀土硅铁孕育剂、硅钡孕育剂，其孕育剂可在S3中全部加入，或在S3中加入1/3-3/4，在S4浇铸过程中通过随流孕育的方式加入余量。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明提供的一种低铜锡灰铁材料及其熔炼方法，未在合金化过程中加入铜、锡及其合金，大大降低了铜锡贵金属的用量，降低了灰铁材料的制造成本。
2、本发明提供的一种低铜锡灰铁材料及其熔炼方法，通过以锰锑合金的方式添加合金元素锑，解决了直接添加锑金属单质而可能产生有毒锑蒸汽的危险，而且由于锑元素具有富集于固液界面，阻碍碳原子扩散，强烈促进和稳定珠光体形成，从而有效提高了灰口铸铁基体的性能，解决了无铜锡添加带来的材料组织性能不达标的问题。
3、本发明提供的一种低铜锡灰铁材料及其熔炼方法，仅对磷、硫、铜、铬、锡、锌、铝等元素有峰值含量控制要求，对废钢、回炉料的成分要求宽松，保证了灰铁材料具有更广的原料来源。
具体实施方式
以下将详细说明本发明实施例，然而，本发明实施例并不以此为限。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。
本发明实施例提供一种低铜锡灰铁材料，包括以下质量百分数的元素：碳2.0％-4.0％，硅1.5％-3.0％，Mn 0.2％-0.8％，Sb＜0.2％，P＜0.15％，S＜0.15％，Cu＜0.8％，Cr＜0.3％，Sn＜0.08％，Al＜0.02％，Zn＜0.02％，余料为纯铁。
熔炼方法如下：
S1：原料准备：按以生铁0-15％，废钢50％-70％，回炉料30％-45％，锑合金1％-5％的质量百分比称取原材料；其中，锑合金为锰锑合金；
S2：熔炼及合金化：将称好的原材料置于中频感应电炉中熔炼，熔炼温度控制在1500℃-1600℃，待炉料完全熔化后，取铁水进行光谱实验，检验合格后出铁水，若不合格调整铁水成分直至合格；
S3：铁水孕育：对中转包进行加热，加热温度600℃-700℃，加热时间15min-30min，加热后，向中间包加入孕育剂，孕育剂加入量为中转包铁水质量的0.1％-0.5％，将熔炼好的铁水浇入中转包，出铁水温度控制在1450℃-1550℃，待铁水进入中转包后进行扒渣；
S4：浇铸：将中转包运至自动浇铸机进行浇注，浇注温度控制在1350℃-1450℃，浇注速度控制在10g/s-20g/s。
其中，S3中的孕育剂包括稀土硅铁孕育剂、硅钡孕育剂，其孕育剂可在S3中全部加入，或在S3中加入1/3-3/4，在S4浇铸过程中通过随流孕育的方式加入余量。
由上述熔炼方法可见：本发明方法未在合金化过程中加入铜、锡及其合金，大大降低了铜锡贵金属的用量，降低了灰铁材料的制造成本；其次，本发明通过以锰锑合金的方式添加合金元素锑，解决了直接添加锑金属单质而可能产生有毒锑蒸汽的危险，而且由于锑元素具有富集于固液界面，阻碍碳原子扩散，强烈促进和稳定珠光体形成，从而有效提高了灰口铸铁基体的性能，解决了无铜锡添加带来的材料组织性能不达标的问题；另外，本发明仅对磷、硫、铜、铬、锡、锌、铝等元素有峰值含量控制要求，对废钢、回炉料的成分要求宽松，保证了灰铁材料具有更广的原料来源。
为了进一步更好的解释说明本发明，还提供如下具体的实施例加以说明：
实施例一：
对由以下质量百分数的元素组成低铜锡灰铁材料进行抗拉强度试验：其中，碳2.0％，硅1.5％，Mn 0.2％，Sb 0.1％，P 0.05％，S 0.05％，Cu 0.1％，Cr 0.1％，Sn0.01％，Al 0.01％，Zn 0.01％，余料为纯铁，将上述元素组成的材料制作成压盘，测试抗拉强度为266.89MPa。
实施例二：
对由以下质量百分数的元素组成低铜锡灰铁材料进行抗拉强度试验：其中，碳4.0％，硅3.0％，Mn 0.8％，Sb 0.2％，P 0.15％，S 0.15％，Cu 0.8％，Cr 0.3％，Sn0.08％，Al 0.02％，Zn 0.02％，余料为纯铁，将上述元素组成的材料制作成压盘，测试抗拉强度为358.67MPa。
实施例三：
对由以下质量百分数的元素组成低铜锡灰铁材料进行抗拉强度试验：其中，碳3.0％，硅2.0％，Mn 0.5％，Sb 0.15％，P 0.1％，S 0.1％，Cu 0.5％，Cr 0.2％，Sn 0.05％，Al 0.015％，Zn 0.015％，余料为纯铁，将上述元素组成的材料制作成压盘，测试抗拉强度为389.12MPa。
实施例四：
对由以下质量百分数的元素组成低铜锡灰铁材料进行抗拉强度试验：其中，碳2.0％，硅1.5％，Mn 0.2％，Sb 0.1％，P 0.05％，S 0.05％，Cu 0.1％，Cr 0.1％，Sn0.01％，Al 0.01％，Zn 0.01％，余料为纯铁，将上述元素组成的材料用于制动鼓零件的生产，测试抗拉强度为287.43MPa。
实施例五：
对由以下质量百分数的元素组成低铜锡灰铁材料进行抗拉强度试验：其中，碳4.0％，硅3.0％，Mn 0.8％，Sb 0.2％，P 0.15％，S 0.15％，Cu 0.8％，Cr 0.3％，Sn0.08％，Al 0.02％，Zn 0.02％，余料为纯铁，将上述元素组成的材料用于制动鼓零件的生产，测试抗拉强度为360.57MPa。
实施例六：
对由以下质量百分数的元素组成低铜锡灰铁材料进行抗拉强度试验：其中，碳3.0％，硅2.0％，Mn 0.5％，Sb 0.15％，P 0.1％，S 0.1％，Cu 0.5％，Cr 0.2％，Sn 0.05％，Al 0.015％，Zn 0.015％，余料为纯铁，将上述元素组成的材料用于制动鼓零件的生产，测试抗拉强度为398.85MPa。
由上述实施例一至实施例六可见：实施例三和实施例六中的元素组成的灰口铸铁材料的抗拉强度最好，可广泛应用于压盘、制动鼓等零件的生产。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种低铜锡灰铁材料，其特征在于，包括以下质量百分数的元素：碳2.0％-4.0％，硅1.5％-3.0％，Mn 0.2％-0.8％，Sb＜0.2％，P＜0.15％，S＜0.15％，Cu＜0.8％，Cr＜0.3％，Sn＜0.08％，Al＜0.02％，Zn＜0.02％，余料为纯铁。
2.如权利要求1所述的一种低铜锡灰铁材料，其特征在于，由以下质量百分数的元素组成：碳2.0％，硅1.5％，Mn 0.2％，Sb 0.1％，P 0.05％，S 0.05％，Cu 0.1％，Cr 0.1％，Sn0.01％，Al 0.01％，Zn 0.01％，余料为纯铁。
3.如权利要求1所述的一种低铜锡灰铁材料，其特征在于，由以下质量百分数的元素组成：碳4.0％，硅3.0％，Mn 0.8％，Sb 0.2％，P 0.15％，S 0.15％，Cu 0.8％，Cr 0.3％，Sn0.08％，Al 0.02％，Zn 0.02％，余料为纯铁。
4.如权利要求1所述的一种低铜锡灰铁材料，其特征在于，由以下质量百分数的元素组成：碳3.0％，硅2.0％，Mn 0.5％，Sb 0.15％，P 0.1％，S 0.1％，Cu0.5％，Cr 0.2％，Sn0.05％，Al 0.015％，Zn 0.015％，余料为纯铁。
5.一种如权利要求1所述的低铜锡灰铁材料的熔炼方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：原料准备：按以生铁0-15％，废钢50％-70％，回炉料30％-45％，锑合金1％-5％的质量百分比称取原材料；
S2：熔炼及合金化：将称好的原材料置于中频感应电炉中熔炼，熔炼温度控制在1500℃-1600℃，待炉料完全熔化后，取铁水进行光谱实验，检验合格后出铁水，若不合格调整铁水成分直至合格；
S3：铁水孕育：对中转包进行加热，加热温度600℃-700℃，加热时间15min-30min，加热后，向中间包加入孕育剂，孕育剂加入量为中转包铁水质量的0.1％-0.5％，将熔炼好的铁水浇入中转包，出铁水温度控制在1450℃-1550℃，待铁水进入中转包后进行扒渣；
S4：浇铸：将中转包运至自动浇铸机进行浇注，浇注温度控制在1350℃-1450℃，浇注速度控制在10g/s-20g/s。
6.如权利要求5所述的一种低铜锡灰铁材料的熔炼方法，其特征在于，S1中锑合金为锰锑合金。
7.如权利要求5所述的一种低铜锡灰铁材料的熔炼方法，其特征在于，S3中的孕育剂包括稀土硅铁孕育剂、硅钡孕育剂，其孕育剂可在S3中全部加入，或在S3中加入1/3-3/4，在S4浇铸过程中通过随流孕育的方式加入余量。
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