CN116397157A - 一种球墨铸铁产品及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了球墨铸铁技术领域的一种球墨铸铁产品及其制备方法，所述球墨铸铁产品包括下述质量份配比的原料：C：3.5～4份；AlN：0.5～1.5份；Si：2.2～3份；Mo：0.1～0.3份；Cu：0.3～0.7份；Cr：0.01～0.05份；Ta：0.5～0.9份；Mg：0.02～0.05份；Mn：0.1～0.4份；P：0.01～0.04份；S：0.01～0.015份；Fe：80～100份；本发明通过发明一种球墨铸铁产品，控制化学成分，加入了过渡金属元素Zr和Ta，使得铸件具有很高的强度和抗压性能；然后放入了AlN，强度随温度的升高下降较慢，抗熔融金属侵蚀的能力强，具有良好的耐热冲击材料。
Description
技术领域
本发明属于球墨铸铁技术领域，具体是指一种球墨铸铁产品及其制备方法。
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，其综合性能接近于钢，正是基于其优异的性能，已成功地用于各种动力机械曲轴、凸轮轴、连接轴、连杆、齿轮、离合器片、液压缸体等零部件；球墨铸铁已迅速发展为仅次于灰铸铁的、应用十分广泛的铸铁材料。
球墨铸铁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，但是目前生产的球墨铸铁产品会出现补缩不良导致产生缩孔、缩松的缺陷，强度仍然难以适于更高的疲劳强度；产品经过淬火后变形率极高，导致抗冲击性能较差；球墨铸铁产品的制备方法大多采用冲入法，虽然易于操作，但是在操作过程中，冶金反应剧烈，环境污染较大，同时出现制备的球墨铸铁产品的高强度、高韧性合格率低的问题。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种球墨铸铁产品及其制备方法，为了解决现有球墨铸铁产品抗冲击性能较差、高强度和高韧性合格率低的问题，本发明通过发明一种球墨铸铁产品，控制化学成分，制备过程中首先控制Mo元素的含量，便于细化晶粒，强化铁素体基体，提高铸件强度；其次加入了过渡金属元素Ta，便于形成球形碳化钽，不仅可以显著提高铸件的高温强度，同时使得铸件具有很高的强度和抗压性能；然后放入了AlN，AlN作为一种陶瓷材料，抗折强度高于Al2O3陶瓷，强度随温度的升高下降较慢，抗熔融金属侵蚀的能力强，是熔铸纯铁、铝或铝合金理想材料，具有良好的耐热冲击材料；最后严格控制Mn元素、P元素、S元素含量，减少缩松倾向，减少球墨铸铁产品产生缺陷的可能。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：本发明提供了一种球墨铸铁产品，所述球墨铸铁产品包括下述质量份配比的原料：
C：3.5～4份；AlN：0.5～1.5份；Si：2.2～3份；Mo：0.1～0.3份；Cu：0.3～0.7份；Cr：0.01～0.05份；Ta：0.5～0.9份；Mg：0.02～0.05份；Mn：0.1～0.4份；P：0.01～0.04份；S：0.01～0.015份；Fe：80～100份。
进一步地，所述球墨铸铁产品包括下述质量份配比的原料：
C：3.65～3.8份；AlN：1～1.2份；Si：2.4～2.8份；Mo：0.17～0.27份；Cu：0.4～0.6份；Cr：0.02～0.04份；Ta：0.6～0.8份；Mg：0.035～0.04份；Mn：0.25～0.35份；P：0.025～0.035份；S：0.011～0.014份；Fe：85～95份。
进一步地，所述C的纯度为99.5%，粒径尺寸为30纳米；所述AlN的纯度为99.9%，粒径尺寸为50纳米；所述Si的纯度为99.9%，粒径尺寸为30纳米；所述Mo的纯度为99.9%，粒径尺寸为10微米；所述Cu的纯度为99.9%，粒径尺寸为50纳米；所述Cr的纯度为99.8%，粒径尺寸为100纳米；所述Ta的纯度为99.9%，粒径尺寸为200纳米；所述Mg的纯度为99.8%，粒径尺寸为10纳米；所述Mn的纯度为99.9%，粒径尺寸为100纳米；所述P的纯度为98.5%；所述S的纯度为99.9%；所述Fe的纯度为99.9%，粒径尺寸为10微米。
本发明还提出了一种球墨铸铁产品的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
步骤一：称取配料，选用质量份配比的原料和炉料；
步骤二：熔炼加工，使用中频感应电炉对步骤一中称取的配料进行熔炼，熔化升温至1500～1600℃，保温10～15分钟后，停电加料快速降温至出炉温度，所述出炉温度为1000～1200℃；
步骤三：球化处理和孕育处理，采用冲入盖包法工艺进行包内球化和第一次孕育处理；
步骤四：二次孕育处理，采用倒包孕育，加入孕育剂，得到二次孕育后铁液；
步骤五：浇注定型，浇注温度控制在1350～1450℃，浇注时保证铁液平稳不间断充入铸型；
步骤六：热处理，铸件快速冷却、打磨，得到所述球墨铸铁产品。
进一步地，步骤一中，所述炉料的成分按重量份配比为：
生铁：40～60份；回炉料：10～30份；废钢：15～25份；增碳剂：1～5份。
进一步地，所述增碳剂为低硫煅烧石油焦石墨化增碳剂。
进一步地，步骤二中，所述熔炼加工中伴以搅拌，搅拌速度为50～100r/min。
进一步地，步骤三中，所述球化处理中加入球化剂，所述球化剂为FeSiMg7Re1球化剂，粒度为5～20mm。
进一步地，步骤四中，所述孕育剂为硅钡钙孕育剂，粒径为0.1～0.4mm。
进一步地，步骤六中，所述热处理是将铸件进行等温淬火，所述等温淬火温度为270～300℃，所述淬火保温时间为3～5小时。
采用上述方法本发明取得的有益效果如下：
（1）本发明通过发明一种球墨铸铁产品，控制化学成分，制备过程中首先控制Mo元素的含量，便于细化晶粒，强化铁素体基体，提高铸件强度；
（2）其次加入了过渡金属元素Ta，便于形成球形碳化钽，不仅可以显著提高铸件的高温强度，同时使得铸件具有很高的强度和抗压性能；
（3）然后放入了AlN，AlN作为一种陶瓷材料，抗折强度高于Al2O3陶瓷，强度随温度的升高下降较慢，抗熔融金属侵蚀的能力强，是熔铸纯铁、铝或铝合金理想材料，具有良好的耐热冲击材料；
（4）保持低的镁的含量，能够产生满意的球状组织，并实现球化率≥85%；
（5）加入了Cu，使铸铁具有球状石墨或其他游离石墨形态，再进行了等温处理后，具有极好的强度，同时兼有良好的韧性；
（6）最后严格控制Mn元素、P元素、S元素含量，减少缩松倾向，减少球墨铸铁产品产生缺陷的可能。
附图说明
图1为本发明中实施例2制备一种球墨铸铁产品的扫描电镜图。
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。
在本发明实施例中，如无特别说明的原料或处理技术，则表明其均为本领域的常规市售原料或常规处理技术。
实施例1
本发明提供了一种球墨铸铁产品，球墨铸铁产品包括下述质量份配比的原料：
C：3.65份；AlN：1份；Si：2.4份；Mo：0.17份；Cu：0.4份；Cr：0.02份；Ta：0.6份；Mg：0.035份；Mn：0.25份；P：0.025份；S：0.011；Fe：85份。
其中，C的纯度为99.5%，粒径尺寸为30纳米；AlN的纯度为99.9%，粒径尺寸为50纳米；Si的纯度为99.9%，粒径尺寸为30纳米；Mo的纯度为99.9%，粒径尺寸为10微米；Cu的纯度为99.9%，粒径尺寸为50纳米；Cr的纯度为99.8%，粒径尺寸为100纳米；Ta的纯度为99.9%，粒径尺寸为200纳米；Mg的纯度为99.8%，粒径尺寸为10纳米；Mn的纯度为99.9%，粒径尺寸为100纳米；P的纯度为98.5%；S的纯度为99.9%；Fe的纯度为99.9%，粒径尺寸为10微米。
其中，一种球墨铸铁产品的制备方法，制备方法包括如下步骤：
步骤一：称取配料，选用质量份配比的原料和炉料；
步骤二：熔炼加工，使用中频感应电炉对步骤一中称取的配料进行熔炼，熔化升温至1500℃，保温10分钟后，停电加料快速降温至出炉温度，所述出炉温度为1000℃；
步骤三：球化处理和孕育处理，采用冲入盖包法工艺进行包内球化和第一次孕育处理；
步骤四：二次孕育处理，采用倒包孕育，加入孕育剂，得到二次孕育后铁液；
步骤五：浇注定型，浇注温度控制在1350℃，浇注时保证铁液平稳不间断充入铸型；
步骤六：热处理，铸件快速冷却、打磨，得到球墨铸铁产品。
其中，步骤一中，炉料的成分按重量份配比为：
生铁：40份；回炉料：10份；废钢：15份；增碳剂：2份。
其中，增碳剂为低硫煅烧石油焦石墨化增碳剂。
其中，步骤二中，熔炼加工中伴以搅拌，搅拌速度为80r/min。
其中，步骤三中，球化处理中加入球化剂，球化剂为FeSiMg7Re1球化剂，粒度为10mm。
其中，步骤四中，孕育剂为硅钡钙孕育剂，粒径为0.2mm。
其中，步骤六中，热处理是将铸件进行等温淬火，等温淬火温度为270℃，淬火保温时间为3小时。
实施例2
本发明提供了一种球墨铸铁产品，球墨铸铁产品包括下述质量份配比的原料：
C：3.72份；AlN：1.1份；Si：2.6份；Mo：0.22份；Cu：0.5份；Cr：0.03份；Ta：0.7份；Mg：0.038份；Mn：0.3份；P：0.03份；S：0.013份；Fe：90份。
其中，C的纯度为99.5%，粒径尺寸为30纳米；AlN的纯度为99.9%，粒径尺寸为50纳米；Si的纯度为99.9%，粒径尺寸为30纳米；Mo的纯度为99.9%，粒径尺寸为10微米；Cu的纯度为99.9%，粒径尺寸为50纳米；Cr的纯度为99.8%，粒径尺寸为100纳米；Ta的纯度为99.9%，粒径尺寸为200纳米；Mg的纯度为99.8%，粒径尺寸为10纳米；Mn的纯度为99.9%，粒径尺寸为100纳米；P的纯度为98.5%；S的纯度为99.9%；Fe的纯度为99.9%，粒径尺寸为10微米。
其中，一种球墨铸铁产品的制备方法，制备方法包括如下步骤：
步骤一：称取配料，选用质量份配比的原料和炉料；
步骤二：熔炼加工，使用中频感应电炉对步骤一中称取的配料进行熔炼，熔化升温至1550℃，保温13分钟后，停电加料快速降温至出炉温度，所述出炉温度为1100℃；
步骤三：球化处理和孕育处理，采用冲入盖包法工艺进行包内球化和第一次孕育处理；
步骤四：二次孕育处理，采用倒包孕育，加入孕育剂，得到二次孕育后铁液；
步骤五：浇注定型，浇注温度控制在1400℃，浇注时保证铁液平稳不间断充入铸型；
步骤六：热处理，铸件快速冷却、打磨，得到球墨铸铁产品。
其中，步骤一中，炉料的成分按重量份配比为：
生铁：50份；回炉料：20份；废钢：20份；增碳剂：3份。
其中，增碳剂为低硫煅烧石油焦石墨化增碳剂。
其中，步骤二中，熔炼加工中伴以搅拌，搅拌速度为80r/min。
其中，步骤三中，球化处理中加入球化剂，球化剂为FeSiMg7Re1球化剂，粒度为10mm。
其中，步骤四中，孕育剂为硅钡钙孕育剂，粒径为0.2mm。
其中，步骤六中，热处理是将铸件进行等温淬火，等温淬火温度为285℃，淬火保温时间为4小时。
实施例3
本发明提供了一种球墨铸铁产品，球墨铸铁产品包括下述质量份配比的原料：
C：3.8份；AlN：1.2份；Si：2.8份；Mo：0.27份；Cu：0.6份；Cr：0.04份；Ta：0.8份；Mg：0.04份；Mn：0.35份；P：0.035份；S：0.014份；Fe：95份。
其中，C的纯度为99.5%，粒径尺寸为30纳米；AlN的纯度为99.9%，粒径尺寸为50纳米；Si的纯度为99.9%，粒径尺寸为30纳米；Mo的纯度为99.9%，粒径尺寸为10微米；Cu的纯度为99.9%，粒径尺寸为50纳米；Cr的纯度为99.8%，粒径尺寸为100纳米；Ta的纯度为99.9%，粒径尺寸为200纳米；Mg的纯度为99.8%，粒径尺寸为10纳米；Mn的纯度为99.9%，粒径尺寸为100纳米；P的纯度为98.5%；S的纯度为99.9%；Fe的纯度为99.9%，粒径尺寸为10微米。
其中，一种球墨铸铁产品的制备方法，制备方法包括如下步骤：
步骤一：称取配料，选用质量份配比的原料和炉料；
步骤二：熔炼加工，使用中频感应电炉对步骤一中称取的配料进行熔炼，熔化升温至1600℃，保温15分钟后，停电加料快速降温至出炉温度，所述出炉温度为1200℃；
步骤三：球化处理和孕育处理，采用冲入盖包法工艺进行包内球化和第一次孕育处理；
步骤四：二次孕育处理，采用倒包孕育，加入孕育剂，得到二次孕育后铁液；
步骤五：浇注定型，浇注温度控制在1450℃，浇注时保证铁液平稳不间断充入铸型；
步骤六：热处理，铸件快速冷却、打磨，得到球墨铸铁产品。
其中，步骤一中，炉料的成分按重量份配比为：
生铁：60份；回炉料：30份；废钢：25份；增碳剂：5份。
其中，增碳剂为低硫煅烧石油焦石墨化增碳剂。
其中，步骤二中，熔炼加工中伴以搅拌，搅拌速度为80r/min。
其中，步骤三中，球化处理中加入球化剂，球化剂为FeSiMg7Re1球化剂，粒度为10mm。
其中，步骤四中，孕育剂为硅钡钙孕育剂，粒径为0.2mm。
其中，步骤六中，热处理是将铸件进行等温淬火，等温淬火温度为300℃，淬火保温时间为5小时。
性能测试
参照GB/T1348-1988的标准，测试抗拉强度、屈服强度、伸长率，测试方法为室温拉伸。
表1一种球墨铸铁产品的性能
如图1和表1所示，采用本发明提供的一种球墨铸铁产品及其制备方法，其中，实施例2中的抗拉强度、屈服强度、伸长率最优，抗拉强度达到860Mpa，屈服强度达到651Mpa，伸长率达到11.3%，由此可知引入的材料需在一定的数量内，加入过多或者过少都会对性能产生影响，说明本发明的球墨铸铁产品具有好的抗冲击性能、高强度和高韧性等综合优良性能，可实现低成本大规模生产。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的应用并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的制备方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种球墨铸铁产品，其特征在于，所述球墨铸铁产品包括下述质量份配比的原料：
C：3.5～4份；AlN：0.5～1.5份；Si：2.2～3份；Mo：0.1～0.3份；Cu：0.3～0.7份；Cr：0.01～0.05份；Ta：0.5～0.9份；Mg：0.02～0.05份；Mn：0.1～0.4份；P：0.01～0.04份；S：0.01～0.015份；Fe：80～100份。
2.根据权利要求1所述的一种球墨铸铁产品，其特征在于，所述球墨铸铁产品包括下述质量份配比的原料：
C：3.65～3.8份；AlN：1～1.2份；Si：2.4～2.8份；Mo：0.17～0.27份；Cu：0.4～0.6份；Cr：0.02～0.04份；Ta：0.6～0.8份；Mg：0.035～0.04份；Mn：0.25～0.35份；P：0.025～0.035份；S：0.011～0.014份；Fe：85～95份。
3.根据权利要求2所述的一种球墨铸铁产品，其特征在于：所述C的纯度为99.5%，粒径尺寸为30纳米；所述AlN的纯度为99.9%，粒径尺寸为50纳米；所述Si的纯度为99.9%，粒径尺寸为30纳米；所述Mo的纯度为99.9%，粒径尺寸为10微米；所述Cu的纯度为99.9%，粒径尺寸为50纳米；所述Cr的纯度为99.8%，粒径尺寸为100纳米；所述Ta的纯度为99.9%，粒径尺寸为200纳米；所述Mg的纯度为99.8%，粒径尺寸为10纳米；所述Mn的纯度为99.9%，粒径尺寸为100纳米；所述P的纯度为98.5%；所述S的纯度为99.9%；所述Fe的纯度为99.9%，粒径尺寸为10微米。
4.根据权利要求3所述的一种球墨铸铁产品的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
步骤一：称取配料，选用质量份配比的原料和炉料；
步骤二：熔炼加工，使用中频感应电炉对步骤一中称取的配料进行熔炼，熔化升温至1500～1600℃，保温10～15分钟后，停电加料快速降温至出炉温度，所述出炉温度为1000～1200℃；
步骤三：球化处理和孕育处理，采用冲入盖包法工艺进行包内球化和第一次孕育处理；
步骤四：二次孕育处理，采用倒包孕育，加入孕育剂，得到二次孕育后铁液；
步骤五：浇注定型，浇注温度控制在1350～1450℃，浇注时保证铁液平稳不间断充入铸型；
步骤六：热处理，铸件快速冷却、打磨，得到所述球墨铸铁产品。
5.根据权利要求4所述的一种球墨铸铁产品的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述炉料的成分按重量份配比为：
生铁：40～60份；回炉料：10～30份；废钢：15～25份；增碳剂：1～5份。
6.根据权利要求5所述的一种球墨铸铁产品的制备方法，其特征在于：所述增碳剂为低硫煅烧石油焦石墨化增碳剂。
7.根据权利要求6所述的一种球墨铸铁产品的制备方法，其特征在于：步骤二中，所述熔炼加工中伴以搅拌，搅拌速度为50～100r/min。
8.根据权利要求7所述的一种球墨铸铁产品的制备方法，其特征在于：步骤三中，所述球化处理中加入球化剂，所述球化剂为FeSiMg7Re1球化剂，粒度为5～20mm。
9.根据权利要求8所述的一种球墨铸铁产品的制备方法，其特征在于：步骤四中，所述孕育剂为硅钡钙孕育剂，粒径为0.1～0.4mm。
10.根据权利要求9所述的一种球墨铸铁产品的制备方法，其特征在于：步骤六中，所述热处理是将铸件进行等温淬火，所述等温淬火温度为270～300℃，所述淬火保温时间为3～5小时。
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