一种球墨铸铁及其制备方法技术

一种球墨铸铁，其中包含的元素的质量百分比为：C：3.35％‑3.7％，Si：2.3％‑2.7％，Mn：0.35％‑0.55％，P≤0.035％，S≤0.015％，Re：0.016％‑0.018％，Mg：0.02％‑0.04％，Nb：0.55％‑0.85％，痕量元素Cu、Zn、Sn、Mo、Al、Zr的总量≤0.22％；所述球墨铸铁的抗拉强度＞750MPa，屈服强度约560MPa，断后延伸率达到7.5％以上，本发明专利技术还公开了该球墨铸铁的制备方法，该方法省掉了正火和调质热处理的过程，且制备的球墨铸铁同时具备高强度、高塑性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及铸铁研发及生产领域，具体涉及一种球墨铸铁及其制备方法。
技术介绍
球墨铸铁是我国国民经济乃至世界制造业最主要的材料之一，广泛应用在机械制造、矿山冶金、石油化工和国防工业等行业。但随着在石油钻井、汽车制造业和发动机等领域现代工业技术的高速发展，对球墨铸铁强度和塑性的要求也越来越高，例如，石油钻井的十字头要求力学性能为抗拉强度≥689MPa,屈服强度≥483MPa，延伸率≥3.0；车床的主轴、球磨机齿轴、小型水轮机主轴等，其所要求的抗拉强度达到700MPa以上，屈服强度达到420MPa以上，延伸率达到2％以上；汽车齿轮系列(正时齿轮、行星齿轮、后桥齿轮等)则要求有更高的强度与韧性。从本领域技术人员所熟知的球墨铸铁牌号表中可以看出，铸态下抗拉强度及屈服强越高时，相应的延伸率变低，这两者之间是成反比关系。现有技术中，通常采用增加Mn，Sn，Cr的用量的方法来提升珠光体含量，从而得到较高的抗拉强度及屈服强度，然而所得到的球墨铸铁的延伸率会相应降低，因此不能得到高强度高塑性的球墨铸铁。反之，现有技术中，当采用减少Mn,Sn,Cr的用量的方法来降低珠光体含量时，可得到较高的延伸率，却会导致球墨铸铁的抗拉强度及屈服强度变低，同样不能得到高强度塑性的球墨铸铁。中国专利技术专利CN103614612A公开了一种高强度高弹性模量低应力铸态球墨铸铁，它是由以下质量分数的成分组成：C：3.7-3.9％；Si：2.0-2.2％；Ce：4.50-4.65％；Mn：0.5-0.6％；P≤0.03％；S≤0.02％；Mg：0.03-0.06％；Re：0.0l-0.02％；Cu：0.5-0.7％；Sn：0.05-0.06％。该专利技术制造方法的特色是“高温纯净的基铁铁液+复合合金化+精确加入”，得到球墨铸铁的显微组织为：珠光体含量≥95％，球化率≥90％，单位面积球墨数目为200-380个/mm2，屈服强度400MPa以上，抗拉强度700MPa以上，弹性模量170GPa以上，硬度HB190-250，延伸率3％以上，铸造内应力≤50MPa。中国专利技术专利CN104388810A，公布了一种铸态球墨铸铁的制备方法，所述制备方法包括熔炼、调节铁水成分含量、加入合金元素、球化和微量合金化、孕育处理、浇注的步骤，该方法既能够稳定地将球墨铸铁的抗拉强度控制在700MPa以上，又能将断后延伸率达到4.5％左右。中国专利技术专利CN105177214A，公布了一种高强度高延展性的球墨铸铁的制造方法及其产品和应用。使用上述方法制备所得到的球墨铸铁，其抗拉强度≥700MPa，屈服强度≥450MPa，延伸率≥6％；以及该球墨铸铁在车轮支架制造上的应用。因此，研发出一种有效可行、经济实用的高强度高塑性的球墨铸铁及其制备工艺，对促进我国球墨铸铁的发展与应用具有重大的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具备高强度、高塑性水平的球墨铸铁及其制备方法。本专利技术的技术方案是：一种球墨铸铁，其中包含的元素的质量百分比为：C：3.35％-3.7％，Si：2.3％-2.7％，Mn：0.35％-0.55％，P≤0.035％，S≤0.015％，Re：0.016％-0.018％，Mg：0.02％-0.04％，Nb：0.55％-0.85％。进一步的，上述球墨铸铁中包含的痕量元素Cu、Zn、Sn、Mo、Al、Zr，上述痕量元素的总量≤0.22％，所述量基于球墨铸铁的总重量。进一步的，上述球墨铸铁的抗拉强度＞750MPa，屈服强度约560MPa，断后延伸率达到7.5％以上。本专利技术还包括上述高强、高塑性球墨铸铁的制备方法，包括以下步骤：1)熔炼：铁液采用中频感应电炉熔炼工艺，电炉中加入重量百分比为55-65％的生铁，25-35％的球铁回炉料，5-10％的废钢，电炉升温至1450-1550℃，将所述生铁、球铁回炉料、废钢的混合物熔炼成铁水；2)调节铁水成分含量：通过炉前分析，将步骤1)所得铁水中化学成分的重量百分比调节至以下范围：C：0.35％-3.7％，Si:2.3％-2.7％，Mn：0.35％-0.55％，P≤0.035％，S≤0.015％，RE：0.018％-0.016％，Mg：0.02％-0.04％，Nb：0.55％-0.85％；3)球化处理：在含痕量合金元素Cu、Zn、Sn的球化剂浇包中加入步骤2)中所得的铁水，进行球化处理；4)孕育处理：在步骤3)中所得铁水中加入含痕量合金Mo、Zr的孕育剂进行孕育处理；5)浇注：将步骤4)所得铁水转至铸件型腔中进行浇注，浇注后自然冷却，即得铸态球墨铸铁。本申请与现有技术相比，先进点如下：1)调节熔炼后铁水中各成分的含量，可以使球化剂加入量达到精确控制，达到了稳定球化率的效果，提高球墨铸铁的机械性能；2)加入了0.55％-0.85％的铌元素，少量Nb对球墨铸铁的石墨化、球化率、圆度、石墨球大小等影响不大，但能显著增加珠光体数量。Nb是一种强碳化物形成元素,在球墨铸铁中可有效细化晶粒，并且形成的富铌相可起到显著的弥散强化作用,从而提高强度、塑韧性等力学性能。3)通过一定量合金加入，痕量元素共同作用，提高力学性能，得到超固溶强化铁素体，稳定、细化的珠光体，及超细晶粒基体组织的匹配，从而同时达到高强高塑性。4)该制备方法在强度提高的同时得到高塑性，经实验测试表明，该方法既能够稳定地将球墨铸铁的抗拉强度控制在750MPa以上，屈服强度560MPa左右，又能将断后延伸率达到7.5％以上；相比于常规铸态的生产方法，本申请所得球墨铸铁能同时达到高强度、高塑性水平。本申请的铸态球墨铸铁，能够同时达到高强度和高塑性，且其力学性能稳定，而相比于常规需要正火和调质的铸造方法，本申请省去了正火和调质热处理的过程，大大减少了工作量，也缩短了铸造周期，降低了铸造成本。附图说明附图1为本专利技术实施例制备所得的铸态球墨铸铁的单铸试块的示意图；附图2为本专利技术实施例制备所得的铸态球墨铸铁的单铸试块的右视图；附图3为本专利技术实施例制备所得的铸态球墨的形状与分布100X组织图片；附图4为本专利技术实施例制备所得的铸态球墨经4％硝酸酒精腐蚀后的金相照片；图5、6为本专利技术实施例制备所得的球墨铸铁拉伸断口扫描照片。具体实施方式为了使本领域的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合具体附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。实施例1一种铸态球墨铸铁的制备方法，包括以下步骤：1)熔炼：铁液采用中频感应电炉熔炼工艺，电炉中加入重量百分比为55-65％的生铁，25-35％的球铁回炉料，5-10％的废钢，电炉升温至1450-1550℃，将所述生铁、球铁回炉料、废钢的混合物熔炼成铁水；2)调节铁水成分含量：通过炉前分析，将步骤1)所得铁水中化学成分的重量百分比调节至以下范围：C：3.35％-3.7％，Si：2.3％-2.7％，Mn：0.35％-0.55％，P≤0.035％，S≤0.015％，Re：0.016％-0.018％，Mg：0.02％-0.04％，Nb：0.55％-0.85％；3)球化处理：在含痕量合金元素Cu、Zn、Sn的球化剂浇包中加入步骤2)中所得的铁水，进行球化处理；4)孕育处理：在步骤3)中所得铁水中加入含痕量合金Mo、Zr的孕育剂进行孕育处理；5)浇注：将步骤4)所得铁水转本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种球墨铸铁，其中包含的元素的重量百分比为：C：3.35％‑3.7％，Si：2.3％‑2.7％，Mn：0.35％‑0.55％，P：≤0.035％，S：≤0.015％，Re：0.016％‑0.018％，Mg：0.02％‑0.04％，Nb：0.55％‑0.85％。

【技术特征摘要】
1.一种球墨铸铁，其中包含的元素的重量百分比为：C：3.35％-3.7％，Si：2.3％-2.7％，Mn：0.35％-0.55％，P：≤0.035％，S：≤0.015％，Re：0.016％-0.018％，Mg：0.02％-0.04％，Nb：0.55％-0.85％。2.一种如权利要求1所述的球墨铸铁，其中包含的痕量元素Cu、Zn、Sn、Mo、Al、Zr。3.一种如权利要求2所述的球墨铸铁，其中痕量元素的总量≤0.22％，所述量基于球墨铸铁的总重量。4.一种如权利要求3所述的球墨铸铁，所述球墨铸铁的抗拉强度＞750MPa，屈服强度约560MPa，断后延伸率达到7.5％以上。5.一种如权利要求1～3中任一权利要求所述的球墨铸铁的制备方法，包括以下步骤：1)熔炼：铁液采用中频感应电炉熔炼工艺，电炉中加入重量百分比为5...

【专利技术属性】
技术研发人员：常应祥，许晓嫦，黄为，王威明，
申请(专利权)人：长沙金龙铸造实业有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43