一種高強度高韌性的球墨鑄鐵及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高強度高韌性的球墨鑄鐵，由以下質(zhì)量百分比的元素成分組成：C 3.2?3.5％、Si 2.8?3.3％、Mn 0.5?0.8％、Mo 0.3?0.5％、Mg 0.01?0.03％、Zr 0.02?0.05％、Cr 0.7?1.0％、Ni 0.4?0.6％、V 0.2?0.3％、Cu 0.2?0.3％、RE 0.02?0.04％，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明還公開了高強度高韌性的球墨鑄鐵的制備方法。本發(fā)明合理優(yōu)化球墨鑄鐵中的元素及配比，采用水霧和空冷交替冷卻的熱處理方式，使得熱處理后的鑄件不易變形和開裂，制得的球磨鑄鐵具有很好的機械性能，如拉伸強度、屈服強度、沖擊韌性等，并且穩(wěn)定性好。
【專利說明】
一種高強度高韌性的球墨鑄鐵及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[000? ]本發(fā)明涉及冶金鑄造領(lǐng)域，具體涉及一種尚強度尚初性的球墨鑄鐵及其制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002]在當(dāng)前高度發(fā)達的社會中，耐磨材料的消耗量巨大。在礦山，電力、水泥、農(nóng)機等行 業(yè)，全國每年也要消耗幾百萬噸的易損件，產(chǎn)值上千億元，在全球資源日趨枯竭的今天，此 乃巨大的資源消耗。長期以來，國內(nèi)外學(xué)者就致力于開發(fā)研究優(yōu)質(zhì)的新型抗磨材料以滿足 易磨損消耗件的需要，從普通白口鑄鐵、尚猛鋼，銀硬鑄鐵，尚絡(luò)白口鑄鐵等。球墨鑄鐵是20 世紀(jì)五十年代發(fā)展起來的一種高強度鑄鐵材料，其綜合性能接近于鋼。球墨鑄鐵中含碳量 至少為3%，經(jīng)球化和孕育處理后得到球狀石墨，有效地提高了球磨鑄鐵的機械性能，特別 是提高了塑性和韌性，從而得到比碳鋼還高的強度，已成功地用于鑄造一些受力復(fù)雜，強 度、韌性、耐磨性要求較高的零件。然而，隨著工業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)有球磨鑄鐵的性能指標(biāo)已不能 滿足現(xiàn)代生產(chǎn)的需求，并且熱處理過程中球墨鑄鐵存在變形和開裂等現(xiàn)象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了 一種尚強度尚初性的球墨鑄鐵及其制備方 法，制備的球磨鑄鐵具有優(yōu)異的沖擊韌性、抗拉強度等性能，且熱處理后不易變形開裂。
[0004] 為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：
[0005] -種高強度高韌性的球墨鑄鐵，由以下質(zhì)量百分比的元素成分組成<3.2_ 3.5%、Si 2·8-3·3%、Μη 0·5-0·8%、Μο 0.3-0.5%、Mg 0.01-0.03%、Zr 0.02-0.05%、Cr 0.7-1.0%、Ni 0.4-0.6%、V 0.2-0.3%、Cu 0.2-0.3%、RE 0.02-0.04%，余量為Fe及不可 避免的雜質(zhì)。
[0006] 優(yōu)選地，由以下質(zhì)量百分比的元素成分組成：C 3.4%、Si 3.1%、Mn 0.7%、M〇 0.35%、Mg 0.025%、Zr 0.03%、Cr 0.85%、Ni 0.45%、V0.25%、Cu 0.25%、RE 0.025%， 余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
[0007]尚強度尚初性的球墨鑄鐵的制備方法，包括以下步驟：
[0008] 1)配置原料，將其加入到中頻感應(yīng)爐中，升溫至1000-1020°C，保持3-5min，再升溫 至1480-1510°C進行熔融，得到原鐵液，出爐；
[0009] 2)采用包內(nèi)沖入法，將孕育劑覆蓋在球化劑表面，置于球化包包底凹槽內(nèi)，將球化 包預(yù)熱至600-650°C，將鐵液注入到球化包中進行球化及一次孕育處理，當(dāng)注入量超過2/3 時，隨流加入孕育劑進行二次孕育處理，球化孕育處理溫度控制在1430-1450°C ;
[0010] 3)將球化孕育處理后的鐵液澆注到砂型中，澆注先慢、中快、后細(xì)，得球墨鑄鐵；
[0011 ] 4)將球墨鑄鐵加熱到880-920°C，保溫2-3h，然后將其吊離地面，低速旋轉(zhuǎn)，從四個 方向向球墨鑄鐵噴射水霧，使其溫度降至600-620°C，再空冷至430-450°C，再噴射水霧至溫 度降至200-220°C，再空冷至室溫；
[0012] 5)將球磨鑄鐵回火加熱到360-380°C，保溫2-3h，空冷至室溫，即得。
[0013] 優(yōu)選地，所述步驟2)中孕育劑為硅鋇合金，加入量為鐵液質(zhì)量的0.5-1.0%，一次 孕育處理和二次孕育處理加入的孕育劑的質(zhì)量比為3-4:2。
[0014] 優(yōu)選地，所述步驟2)中球化劑為稀土鎂硅鐵球化劑，加入量為鐵液質(zhì)量的0.8- 1.3%〇
[0015] 優(yōu)選地，所述步驟3)中澆注溫度為1290-1310°C。
[0016]本發(fā)明有益效果:本發(fā)明合理優(yōu)化球墨鑄鐵中的元素及配比，滿足球墨鑄鐵的性 能要求;熔煉時對原料及球化孕育時對球化包進行預(yù)熱，增加原料完全熔融及球化孕育的 速率及程度;熱處理工藝?yán)盟F和空冷冷卻速率的不同，對不同溫段的鑄件進行交替冷 卻，步驟簡單，鑄件內(nèi)部冷卻均勻，避免了組織轉(zhuǎn)變時應(yīng)力過大引發(fā)開裂，熱處理后的鑄件 不易變形和開裂；中溫回火進一步提高其綜合性能。本發(fā)明制得的球磨鑄鐵具有很好的機 械性能，如拉伸強度、屈服強度、沖擊韌性等，并且穩(wěn)定性好。
【具體實施方式】
[0017] 為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例， 對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部 分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出 創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0018] 實施例1:
[0019] -種高強度高韌性的球墨鑄鐵，由以下質(zhì)量百分比的元素成分組成:C 3.4%、Si 3.1%、Mn 0.7%、M〇 0.35%、Mg 0.025%、Zr 0.03%、Cr 0.85%、Ni 0.45%、V 0.25%、Cu 0.25%、RE 0.025%，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
[0020] 高強度高韌性的球墨鑄鐵的制備方法，包括以下步驟：
[0021] 1)熔煉:配置原料，將其加入到中頻感應(yīng)爐中，升溫至1010°C，保持5min，再升溫至 1500°C進行熔融，得到原鐵液，出爐；
[0022] 2)球化孕育:采用包內(nèi)沖入法，將硅鋇合金孕育劑覆蓋在稀土鎂硅鐵球化劑表面， 孕育劑加入量為鐵液質(zhì)量的0.6%，球化劑加入量為鐵液質(zhì)量的1.1%，置于球化包包底凹 槽內(nèi)，將球化包預(yù)熱至630°C，將鐵液注入到球化包中進行球化及一次孕育處理，當(dāng)注入量 超過2/3時，隨流加入鐵液質(zhì)量0.4%的孕育劑進行二次孕育處理，球化孕育處理溫度控制 在 1440°C;
[0023] 3)澆注:將球化孕育處理后的鐵液澆注到砂型中，澆注先慢、中快、后細(xì)，澆注溫度 為1300 °C，得球墨鑄鐵；
[0024] 4)淬火:將球墨鑄鐵加熱到900°C，保溫2.5h，然后將其吊離地面，低速旋轉(zhuǎn)，從四 個方向向球墨鑄鐵噴射水霧，使其溫度降至610°C，再空冷至440°C，再噴射水霧至溫度降至 210 °C，再空冷至室溫；
[0025] 5)回火:將球磨鑄鐵回火加熱到370°C，保溫2.5h，空冷至室溫，即得。
[0026] 實施例2:
[0027] -種高強度高韌性的球墨鑄鐵，由以下質(zhì)量百分比的元素成分組成:C 3.3%、Si 3·2%、Μη 0·6%、Μ〇 0.4%、Mg 0.02%、Zr 0.035%、Cr 0.8%、Ni 0.55%、V 0.2%、Cu 0.2%、RE 0.03%，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
[0028] 高強度高韌性的球墨鑄鐵的制備方法，包括以下步驟：
[0029] 1)配置原料，將其加入到中頻感應(yīng)爐中，升溫至1000°C，保持4min，再升溫至1490 °C進行熔融，得到原鐵液，出爐；
[0030] 2)采用包內(nèi)沖入法，將硅鋇合金孕育劑覆蓋在稀土鎂硅鐵球化劑表面，孕育劑加 入量為鐵液質(zhì)量的0.5%，球化劑加入量為鐵液質(zhì)量的1.2%，置于球化包包底凹槽內(nèi)，將球 化包預(yù)熱至620°C，將鐵液注入到球化包中進行球化及一次孕育處理，當(dāng)注入量超過2/3時， 隨流加入鐵液質(zhì)量0.25%的孕育劑進行二次孕育處理，球化孕育處理溫度控制在1445°C;
[0031] 3)將球化孕育處理后的鐵液澆注到砂型中，澆注先慢、中快、后細(xì)，澆注溫度為 1305 °C，得球墨鑄鐵；
[0032] 4)將球墨鑄鐵加熱到910°C，保溫3h，然后將其吊離地面，低速旋轉(zhuǎn)，從四個方向向 球墨鑄鐵噴射水霧，使其溫度降至610°C，再空冷至450°C，再噴射水霧至溫度降至220°C，再 空冷至室溫；
[0033] 5)將球磨鑄鐵回火加熱到365°C，保溫2.5h，空冷至室溫，即得。
[0034] 實施例3:
[0035] 一種高強度高韌性的球墨鑄鐵，由以下質(zhì)量百分比的元素成分組成:C 3.2%、Si 3·3%、Μη 0·5%、Μ〇 0.5%、Mg 0.01%、Zr 0.05%、Cr0.7%、Ni 0.6%、V 0.2%、Cu 0.3%、RE 0.02%，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
[0036]高強度高韌性的球墨鑄鐵的制備方法，包括以下步驟：
[0037] 1)配置原料，將其加入到中頻感應(yīng)爐中，升溫至1020°C，保持3min，再升溫至1480 °C進行熔融，得到原鐵液，出爐；
[0038] 2)采用包內(nèi)沖入法，將硅鋇合金孕育劑覆蓋在稀土鎂硅鐵球化劑表面，孕育劑加 入量為鐵液質(zhì)量的0.4%，球化劑加入量為鐵液質(zhì)量的1.0%，置于球化包包底凹槽內(nèi)，將球 化包預(yù)熱至600°C，將鐵液注入到球化包中進行球化及一次孕育處理，當(dāng)注入量超過2/3時， 隨流加入鐵液質(zhì)量的0.25 %的孕育劑進行二次孕育處理，球化孕育處理溫度控制在1430 °C；
[0039] 3)將球化孕育處理后的鐵液澆注到砂型中，澆注先慢、中快、后細(xì)，澆注溫度為 1310 °C，得球墨鑄鐵；
[0040] 4)將球墨鑄鐵加熱到890°C，保溫2.5h，然后將其吊離地面，低速旋轉(zhuǎn)，從四個方向 向球墨鑄鐵噴射水霧，使其溫度降至600°C，再空冷至440°C，再噴射水霧至溫度降至210°C， 再空冷至室溫；
[0041 ] 5)將球磨鑄鐵回火加熱到360°C，保溫3h，空冷至室溫，即得。
[0042] 實施例4:
[0043] -種高強度高韌性的球墨鑄鐵，由以下質(zhì)量百分比的元素成分組成:C 3.5%、Si 2·8%、Μη 0·8%、Μ〇 0.3%、Mg 0.03%、Zr 0.02%、Crl.0%、Ni 0.4%、V 0.3%、Cu 0.2%、RE 0.04%，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
[0044] 高強度高韌性的球墨鑄鐵的制備方法，包括以下步驟：
[0045] 1)配置原料，將其加入到中頻感應(yīng)爐中，升溫至1020°C，保持4min，再升溫至1510 °C進行熔融，得到原鐵液，出爐；
[0046] 2)采用包內(nèi)沖入法，將硅鋇合金孕育劑覆蓋在稀土鎂硅鐵球化劑表面，孕育劑加 入量為鐵液質(zhì)量的0.3%，球化劑加入量為鐵液質(zhì)量的1.3%，置于球化包包底凹槽內(nèi)，將球 化包預(yù)熱至650°C，將鐵液注入到球化包中進行球化及一次孕育處理，當(dāng)注入量超過2/3時， 隨流加入鐵液質(zhì)量0.2%的孕育劑進行二次孕育處理，球化孕育處理溫度控制在1440 °C;
[0047] 3)將球化孕育處理后的鐵液澆注到砂型中，澆注先慢、中快、后細(xì)，澆注溫度為 1290 °C，得球墨鑄鐵；
[0048] 4)將球墨鑄鐵加熱到910°C，保溫2h，然后將其吊離地面，低速旋轉(zhuǎn)，從四個方向向 球墨鑄鐵噴射水霧，使其溫度降至620°C，再空冷至440°C，再噴射水霧至溫度降至200°C，再 空冷至室溫；
[0049] 5)將球磨鑄鐵回火加熱到380°C，保溫2h，空冷至室溫，即得。
[0050] 實施例5:
[0051] -種高強度高韌性的球墨鑄鐵，由以下質(zhì)量百分比的元素成分組成:C 3.3%、Si 2·9%、Μη 0·8%、Μ〇 0.45%、Mg 0.02%、Zr 0.025%、Cr 0.8%、Ni 0.4%、V 0.25%、Cu 0.2%、RE 0.02%，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
[0052] 高強度高韌性的球墨鑄鐵的制備方法，包括以下步驟：
[0053] 1)配置原料，將其加入到中頻感應(yīng)爐中，升溫至1010°C，保持4min，再升溫至1490 °C進行熔融，得到原鐵液，出爐；
[0054] 2)采用包內(nèi)沖入法，將硅鋇合金孕育劑覆蓋在稀土鎂硅鐵球化劑表面，孕育劑加 入量為鐵液質(zhì)量的0.55%，球化劑加入量為鐵液質(zhì)量的0.8%，置于球化包包底凹槽內(nèi)，將 球化包預(yù)熱至600°C，將鐵液注入到球化包中進行球化及一次孕育處理，當(dāng)注入量超過2/3 時，隨流加入鐵液質(zhì)量0.32%的孕育劑進行二次孕育處理，球化孕育處理溫度控制在1450 °C；
[0055] 3)將球化孕育處理后的鐵液澆注到砂型中，澆注先慢、中快、后細(xì)，澆注溫度為 1310 °C，得球墨鑄鐵；
[0056] 4)將球墨鑄鐵加熱到900°C，保溫2.5h，然后將其吊離地面，低速旋轉(zhuǎn)，從四個方向 向球墨鑄鐵噴射水霧，使其溫度降至610°C，再空冷至440°C，再噴射水霧至溫度降至210°C， 再空冷至室溫；
[0057] 5)將球磨鑄鐵回火加熱到365°C，保溫3h，空冷至室溫，即得。
[0058]對本發(fā)明實施例1 -5制備的高強度高韌性的球墨鑄鐵進行性能檢測試驗，試驗結(jié) 果如下：
[0059]表1實施例1-5中制得的高強度高韌性的球墨鑄鐵性能指標(biāo)
[0061 ]從表中可以看出，實施例1-5中的高強度高韌性的球墨鑄鐵的沖擊韌性、抗拉強度 和屈服強度等性能優(yōu)異。
[0062]以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例 對本發(fā)明進行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對前述各實施 例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換;而這些修改或者 替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種高強度高韌性的球墨鑄鐵，其特征在于，由以下質(zhì)量百分比的元素成分組成:c 3.2-3.5%、Si2.8-3.3%、Mn0.5-0.8%、Mo0.3-0.5%、Mg0.01-0.03%、Zr0.02- 0.05%、Cr 0.7-1.0%、Ni 0.4-0.6%、V 0.2-0.3%、Cu 0.2-0.3%、RE 0.02-0.04%，余量 為Fe及不可避免的雜質(zhì)。2. 如權(quán)利要求1所述的高強度高韌性的球墨鑄鐵，其特征在于，由以下質(zhì)量百分比的元 素成分組成：C 3.4%、Si 3.1%、Mn 0.7%、Mo0.35%、Mg 0.025%、Zr 0.03%、Cr 0.85%、 Ni 0.45%、V 0.25%、Cu 0.25%、RE 0.025%，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。3. 如權(quán)利要求1或2所述的尚強度尚初性的球墨鑄鐵的制備方法，其特征在于，包括以 下步驟： 1) 配置原料，將其加入到中頻感應(yīng)爐中，升溫至1000_1020°C，保持3-5min，再升溫至 1480-1510 °C進行熔融，得到原鐵液，出爐； 2) 采用包內(nèi)沖入法，將孕育劑覆蓋在球化劑表面，置于球化包包底凹槽內(nèi)，將球化包預(yù) 熱至600-650 °C，將鐵液注入到球化包中進行球化及一次孕育處理，當(dāng)注入量超過2/3時，隨 流加入孕育劑進行二次孕育處理，球化孕育處理溫度控制在1430-1450°C; 3) 將球化孕育處理后的鐵液澆注到砂型中，澆注先慢、中快、后細(xì)，得球墨鑄鐵； 4) 將球墨鑄鐵加熱到880-920°C，保溫2-3h，然后將其吊離地面，低速旋轉(zhuǎn)，從四個方向 向球墨鑄鐵噴射水霧，使其溫度降至600-620°(：，再空冷至430-450°(：，再噴射水霧至溫度降 至200-220 °C，再空冷至室溫； 5) 將球磨鑄鐵回火加熱到360-380°C，保溫2-3h，空冷至室溫，即得。4. 如權(quán)利要求3所述的高強度高韌性的球墨鑄鐵的制備方法，其特征在于，所述步驟2) 中孕育劑為硅鋇合金，加入量為鐵液質(zhì)量的〇. 5-1.0%，一次孕育處理和二次孕育處理加入 的孕育劑的質(zhì)量比為3-4:2。5. 如權(quán)利要求3所述的高強度高韌性的球墨鑄鐵的制備方法，其特征在于，所述步驟2) 中球化劑為稀土鎂硅鐵球化劑，加入量為鐵液質(zhì)量的〇. 8-1.3%。6. 如權(quán)利要求3所述的高強度高韌性的球墨鑄鐵的制備方法，其特征在于，所述步驟3) 中澆注溫度為1290-1310 °C。
【文檔編號】C22C37/10GK105970077SQ201610497428
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月27日
【發(fā)明人】裴德雨
【申請人】含山縣東山德雨球墨鑄造廠