一种高强度灰铸铁材料及其熔炼浇注工艺制造技术

本发明专利技术及一种高强度灰铸铁材料及其熔炼浇注工艺，本发明专利技术的高强度灰铸铁材料包括如下质量组份的各元素：碳3.05%‑3.2%，硅1.85%‑2.05%，锰0.75%‑0.95%，磷≤0.05%，硫0.08%‑0.12%，铜0.5%‑0.9%，钼0.55%‑0.80%，铬0.3%‑0.4%，镍0.2%‑0.4%，锡0.04%‑0.06%，其余量为铁和不可避免的杂质。本发明专利技术通过合理添加低合金元素及熔炼工艺，使灰铸铁材料有足够的抗拉强度和硬度及较好的金相组织，更适用于薄壁灰铸铁材料的铸件中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及铸铁材料
，特别涉及一种高强度灰铸铁材料及其熔炼浇注工艺，适用于薄壁灰铸铁铸件中。
技术介绍
现有技术中，灰铸铁生产主要使用的生铁是中、高硅铸造生铁，为保证灰铸铁达到中、高强度的力学性能，一般都需要加入一定量的合金元素进行合金化处理，而合金元素或多或少有一定的过冷倾向，此过冷倾向会造成薄壁件的金相组织差,D型、E型石墨较多，均超过10%以上，从而导致材料的机械性能较差，影响铸件整体的性能。
技术实现思路
本专利技术的针对现有技术灰铸铁材料金相组织差的问题，提供一种高强度灰铸铁材料，通过合理的添加低合金化元素，实现灰铸铁材料有足够的抗拉强度和硬度及较好的金相组织。本专利技术的目的是这样实现的，一种高强度灰铸铁材料包括如下质量组份的各元素：碳3.05%-3.2%，硅1.85%-2.05%，锰0.75%-0.95%，磷≤0.05%，硫0.08%-0.12%，铜0.5%-0.9%，钼0.55%-0.80%，铬0.3%-0.4%，镍0.2%-0.4%，锡0.04%-0.06%，其余量为铁和不可避免的杂质。作为本专利技术的一种实施主方案，所述高强度灰铸铁材料包括如下质量组份的各元素：碳3.05%，硅1.85%，锰0.75%，磷≤0.05%，硫0.08%，铜0.5%，钼0.55%，铬0.3%，镍0.2%，锡0.04%，其余量为铁和不可避免的杂质。作为本专利技术的另一种实施主方案，所述高强度灰铸铁材料包括如下质量组份的各元素：包括如下质量组份的各元素：碳3.2%，硅2.05.%，锰0.95%，磷≤0.05%，硫0.12%，铜0.9%，钼0.80%，铬0.4%，镍0.4%，锡0.06%，其量为铁和不可避免的杂质。作为本专利技术的再一种实施主方案，所述高强度灰铸铁材料包括如下质量组份的各元素：碳3.10%，硅1.93%，锰0.85%，磷≤0.05%，硫0.10%，铜0.70%，钼0.65%，铬0.35%，镍0.2%-0.4%，锡0.04%-0.06%，其余量为铁和不可避免的杂质。本专利技术的高强度灰铸铁材料，各元素按下述原则选取：碳含量的控制：灰铸铁中，过高碳当量会使石墨粗厚，体积分数增加，导致灰铸铁的强度及硬度下降，过低碳当量虽然能细化石墨，增加先共晶奥氏体量，但是倾向于提高共晶转变过冷度，并为渗碳体共晶的形成创造有利条件，使铸造性能和加工性能变差，因此，本专利技术中碳的质量含量为3.05%-3.2%；锰在铸铁中能有效降低铸铁的共晶、共析转变温度，扩大奥氏体区，锰降低了碳的活度，并使铸铁在较低温度下进行共晶转变和共析转变，同时，促进并稳定珠光体的作用，使灰铁件强度提高，本专利技术中锰的质量含量为0.75%-0.95%；磷增加铸铁的脆性，故一般灰铁件中含量越低越好；硫一方面阻碍石墨化，另一方面和锰形成化合物，可作为石墨的非均质核心，有利于石墨的析出，本专利技术中硫的质量含量为0.08%-0.12%；钼是中等稳定碳化物形成元素和阻碍石墨化的元素，并可以细化并改善石墨分布，细化珠光体并增加其含量，同时强化珠光体中的铁素体，因而能有效地提高铸件的强度、硬度，在本专利技术的高强度灰铸铁材料中，钼的质量含量为0.55%-0.80%；镍有促进石墨化、抑制碳化物形成的作用。对基体为珠光体的铸态灰铁来说，镍含量越高使其强度越低，在奥氏体化条件下，镍的含量越高，强度提高越明显，镍在珠光体为基体和奥氏体为基体时作用完全不同，镍在铁素体相中形成固溶体，但是脆相渗碳体不会吸收镍，奥氏体化铸铁中，镍会存在于奥氏体和铁素体相中虽然含量有所不同，但会使基体强度提高,具体表现为镍可以细化珠光体与石墨，提高铸件致密性和韧性，能促进不同断面硬度的均匀；因此在本专利技术的高强度灰铸铁材料中，镍的质量含量为0.2%-0.40%；共晶转变时铜提高稳定系共晶转变温度，降低亚稳定系转变温度，有较弱的石墨化作用。但因加入铜后铸铁共晶团尺寸增大，石墨有变粗倾向，铜不单独作为促进石墨化的元素，与Cr和Mo搭配可以获得全部珠光体基体组织；结合其他元素的含量，本专利技术中铜的质量含量为0.5%-0.9%；锡固溶于铁，溶入的锡原子偏聚在石墨与奥氏体界面附近，对碳的扩散起阻挡作用，抑制先共析铁素体析出，促进珠光体形成，并可以细化珠光体，减小铸铁断面敏感性。促进珠光体生成的同时并不增加白口倾向。因此本专利技术中锡的质量含量为0.04%-0.06%。铜的作用和镍相似，有弱的石墨化作用，铜可以使组织均匀化，镍可以细化晶粒，Cr提高硬度明显，但会增加碳化物生产倾向，钼是强的促进珠光体化元素。综合考虑其单独元素的添加范围，同时要考虑各元素相互中和的作用，本方案采用Cr+Mo+Cu+Ni搭配，搭配原则如下：。W(1%)的铜或镍可以中和W(0.33%)左右的Cr,W(1%)Mo的作用和W(0.33%)Cr的作用相似。本方案可以得到强度高、硬度高、组织均匀的铸件。为进一步实现本专利技术的目的，本专利技术还提供一种上述高强度灰铸铁材料的熔炼浇注工艺，包括如下过程：(1)将生铁、废钢、机铁和硅铁按5:65:30:1.6的质量比称量，首先向中频电炉中按顺序加入废钢和机铁，完全熔化后加入生铁，待生铁完全熔化后再加入硅铁，熔炼温度为1370—1380℃，（2）熔化完成后，将铁水升温至1440℃-1460℃，进行扒渣处理后,取样检测，根据检测的结果，加入各合金元素，将各合金元素含量调节至规定的范围内，然后将铁水升温至1490℃-1510℃过热保温10—15分钟；(3)取粒度为3-7mm的硅钡孕育剂进行随流孕育处理；（4）将孕育处理后的铁水在规定的时间内完成浇注。本为本专利技术的进一步改进，所述步骤（3）中硅钡孕育剂的用量为铁水质量的0.4%-0.6%。本为本专利技术的进一步改进，所述步骤（3）中随流孕育的时间为出铁时间的80%-90%。以实现均匀孕育。本为本专利技术的进一步改进，所述步骤（4）中铁水的浇注时间为10—15分钟。以避免球化孕育衰退。本专利技术的熔炼浇注方法中，添加合适量的长效的硅钡孕育剂，可以有效改善过冷的石墨，从而得到了较好的金相组织。在薄壁件中选用长效的硅钡孕育剂可以增加铁水的活性，减小过冷度，促进A型石墨的生成，同时由于薄壁件的冷却速度较快，避免出现组织粗大的现象。附图说明图1为实施例1中的附铸试块1的石墨形态和基本组织图。图2为实施例2中的附铸试块2的石墨形态和基本组织图。图3为实施例3中的附铸试块4的石墨形态和基本组织图。具体实施方式实施例1将生铁、废钢、机铁和硅铁按5:65:30:1.6的质量比称量，首先向中频电炉中按顺序加入废钢和机铁，完全熔化后加入生铁，待生铁完全熔化后再加入硅铁，熔炼温度为1370—1380℃，熔化完成后，将铁水升温至1455℃-1460℃，进行扒渣处理后,取样检测，根据检测的结果，加入各合金元素，使将各合金元素最终质量含量为：碳3.05%，硅1.85%，锰0.75%，磷≤0.05%，硫0.08%，铜0.5%，钼0.55%，铬0.3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强度灰铸铁材料，其特征在于，包括如下质量组份的各元素：碳3.05%‑3.2%，硅1.85%‑2.05%，锰0.75%‑0.95%，磷≤0.05%，硫0.08%‑0.12%，铜0.5%‑0.9%，钼0.55%‑0.80%，铬0.3%‑0.4%，镍0.2%‑0.4%，锡0.04%‑0.06%，其余量为铁和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种高强度灰铸铁材料，其特征在于，包括如下质量组份的各元素：碳3.05%-3.2%，硅1.85%-2.05%，锰0.75%-0.95%，磷≤0.05%，硫0.08%-0.12%，铜0.5%-0.9%，钼0.55%-0.80%，铬0.3%-0.4%，镍0.2%-0.4%，锡0.04%-0.06%，其余量为铁和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的高强度灰铸铁材料，其特征在于，包括碳3.05%，硅1.85%，锰0.75%，磷≤0.05%，硫0.08%，铜0.5%，钼0.55%，铬0.3%，镍0.2%，锡0.04%，其余量为铁和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的高强度灰铸铁材料，其特征在于，包括如下质量组份的各元素：碳3.2%，硅2.05.%，锰0.95%，磷≤0.05%，硫0.12%，铜0.9%，钼0.80%，铬0.4%，镍0.4%，锡0.06%，其量为铁和不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述的高强度灰铸铁材料，其特征在于，碳3.10%，硅1.93%，锰0.85%，磷≤0.05%，硫0.10%，铜0.70%，钼0.65%，铬0.35%，镍0.2%-0.4%，锡0.04%-0....

【专利技术属性】
技术研发人员：韩军，郭亮，尤国庆，
申请(专利权)人：共享装备股份有限公司，
类型：发明
国别省市：宁夏;64