一种高强度高韧性铸态QT800-5球墨铸铁及其生产方法技术

本发明专利技术涉及一种高强度高韧性铸态QT800‑5球墨铸铁及利用普通粘土砂成型该球墨铸铁的方法，该方法以球墨铸铁用生铁、碳素废钢及回炉料为原材料，加入适量的铜、钼、镍、锑或锡等合金，采用感应电炉熔炼铁液，以稀土镁硅铁合金为球化剂，利用硅铁、硅钡和硅铋进行孕育处理，在微震压实造型机上以普通粘土砂造型，浇注30～60min后脱箱即得。本发明专利技术可满足市场对高强高韧铸态QT800‑5球墨铸铁件的需求，特别是汽车行业对铸件轻量化的需求。

A high strength and high toughness cast QT800-5 nodular cast iron and its production method

The invention relates to a high strength and high toughness QT800 cast iron 5 spheroidal graphite cast iron and the method of forming the spheroidal graphite cast iron with ordinary clay sand. The method uses the raw iron, carbon scrap steel and the return material of the spheroidal graphite cast iron as the raw material, adding some alloys such as copper, molybdenum, nickel, antimony or tin, and smelting iron liquid by induction furnace, with rare earth magnesium. Ferrosilicon alloy is a spheroidizing agent, which is inoculated with ferrosilicon, barium silicon and silicon bismuth, and is made by ordinary clay sand on microseismic compacting molding machine. After pouring 30 to 60min, it can be removed. The invention can meet the market demand for high strength and high toughness cast QT800 cast iron 5 nodular iron castings, especially for automobile industry.

【技术实现步骤摘要】
一种高强度高韧性铸态QT800-5球墨铸铁及其生产方法
本专利技术涉及金属铸造及金属材料
，具体涉及一种高强度高韧性铸态QT800-5球墨铸铁及利用普通粘土砂成型该球墨铸铁的方法。
技术介绍
球墨铸铁件自1947年问世以来，因其具有良好的力学性能和铸造性能得以迅速发展，已成为重要的工程材料，在工业生产中得到了广泛的应用。目前国家标准GB/T1348-2009《球墨铸铁件》规定的球墨铸铁件共有14个牌号，这些牌号的产品一般具有低强度高延伸率或高强度低延伸率的特点，虽然已经广泛的应用于各个领域并为国民经济发展做出了巨大贡献，但随着我国经济的快速发展和科技水平的不断提高，特别是汽车工业的快速发展，商用车向着重载、高速、低能耗方向发展，汽车空载轻量化的需求不断增加，催生了汽车零部件对高强度高韧性铸态球墨铸铁件的需求。对于要求高强度、高韧性及高疲劳性能的铸件，传统国标的球墨铸铁材料性能已不能满足要求。提高球墨铸铁的综合力学性能，使其具有较高强度的同时又具有高的伸长率，增加产品可靠性的同时为扩大球墨铸铁的应用范围创造了条件，从而满足汽车零部件轻量化需求。因此，高强度、高伸长率铸态球墨铸铁的研究与技术开发，一直备受关注。目前国外该类产品的研发仅有瑞士的GF公司形成系列化产品，正处于推广应用阶段。我国对高强度高韧性铸态球墨铸铁的研究刚刚起步，目前还没有能满足工业化批量生产的标准工艺。申请人为适应市场需求，积极开拓高端球墨铸铁件市场，通过产学研合作致力于高强高韧铸态球墨铸铁件的研究与开发。本专利技术利用合金元素调控基体组织、微量元素复合增韧技术，在不同冷却速度下控制球墨铸铁微观组织，实现了在铸态条件下工业化稳定、生产高强度高韧性铸态QT800-5球墨铸铁件。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高强度高韧性铸态QT800-5球墨铸铁材料及其工业化稳定生产方法，该工艺能够在普通造型线上利用普通粘土砂造型，工业化稳定的生产高强度高韧性铸态QT800-5球墨铸铁件，满足汽车零部件轻量化的要求。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：一种高强度高韧性铸态QT800-5球墨铸铁，其成分以质量百分比计包括：C3.40％～3.90％，Si2.30％～3.0％，Mn＜0.30％，P＜0.04％，S≤0.02％，Cu0.50％～1.20％，Mo＜0.30％，Sb＜0.02％，Bi＜0.01％，余量为铁及少量杂质。按照上述方案，该铸态球墨铸铁中还包括0.50％～1.50％的Ni和低于0.03％的Sn。利用普通黏土砂成型上述高强度高韧性铸态QT800-5球墨铸铁的方法，包括以下步骤：(a)以生铁、碳素废钢及球铁回炉料为原材料进行熔炼，待接近出铁温度时分析调整配料使成分合格，在1500℃～1520℃静置5～8min，扒渣出铁液；(b)向堤坝式浇包的凹坑内加入FeSiMg8Re5球化剂、硅铁、钼铁及纯铜棒，每层捣平实后覆盖珍珠岩，将炉内符合要求的铁液冲入球化包中，球化反应完毕后造渣除渣，随后倒包孕育处理，在倒包过程中加入SiBa和Sb或SiBa和Sn复合孕育剂，充分搅拌铁液加盖珍珠岩后待用；(c)利用普通粘土砂造型，将球化孕育后的纯净铁液吊入浇注位置进行浇注，期间随流加入SiBi孕育剂，最后开箱。按照上述方案，步骤(a)中所使用的生铁具体为Q12生铁，其成分为：C3.60％～3.90％，Si2.30％～2.8％，Mn＜0.30％，P＜0.04％，S≤0.02％，Cu0.50％～1.20％，Mo＜0.30％，Sb＜0.02％，余量为铁。按照上述方案，步骤(b)中依次加入1.2％-1.6％的FeSiMg8Re5球化剂、0.5％-1.1％的75硅铁、0.42％的60钼铁以及0.7％-1％的纯铜棒。按照上述方案，步骤(b)复合孕育剂中SiBa的加入量为0.35％，Sb或Sn的加入量低于0.03％，SiBi孕育剂的加入量为0.25％。按照上述方案，步骤(b)中在加入球化剂、硅铁、钼铁、纯铜棒的同时还加入了0.50％～1.50％的纯Ni。按照上述方案，步骤(c)中将普通粘土砂装入砂箱后在微震压实造型机上造型，型腔的硬度控制在75-85，浇铸完成后30-60min开箱。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：(1)制备得到的高强度高韧性铸态球墨铸铁抗拉强度Rm≥800MPa，延伸率A≥5％，金相组织为：球化等级1～2级，球径大小6～7级，珠光体含量60％～80％。(2)利用普通粘土砂进行造型，适用范围广，单件、小批量和大批量生产均能满足；生产节拍长，从浇注到脱箱需要45min以上，且砂型保温能力强，能充分利用余热淬火实现铸态生产。(3)使用Si元素调控铁素体含量，并利用Si的合金化作用强化铁素体基体，从而提高球铁的强韧性；利用Cu-Mo-Ni合金化调控珠光体含量，稳定并细化珠光体组织，强化基体组织，提高球铁的强度；使用微量元素Sb、Sn、Bi复合细化石墨球，利用开箱时间控制铸件的冷却速度。附图说明图1为本专利技术实施例3制得的高强度高韧性铸态球墨铸铁的显微组织图。具体实施方式为使本领域普通技术人员充分理解本专利技术的技术方案和有益效果，以下结合具体实施例进行进一步说明。实施例1将普通粘土湿型砂填入砂箱后在微震压实造型机上造型，砂型的硬度平均值控制在82左右。原材料采用Q12生铁，其成分为(质量分数，下同)：C3.60％～3.90％，Si2.30％～2.8％，Mn＜0.30％，P＜0.04％，S≤0.02％，Cu0.50％～1.20％，Mo＜0.30％，Sb＜0.02％，余量为铁。采用感应电炉熔炼，期间分析调整配料使成分合格，最后升温至1520℃静置5～8min扒渣出炉。在球化包内依次加入1.3％的FeSiMg8Re5球化剂、0.65％的75硅铁、0.42％的60钼铁及0.8％的纯铜棒，每层捣平实后覆盖珍珠岩，然后将炉内铁液冲入球化包内，造渣除渣后进行倒包孕育处理，在倒包过程中加入由SiBa、Sb组成的复合孕育剂(SiBa加入量0.35％，Sb加入量0.025％)，充分搅拌铁液扒净浮渣后加盖珍珠岩待用。将球化孕育后的纯净铁液吊入浇注位置进行浇注，浇注时加入SiBi孕育剂(加入量0.25％)进行随流孕育，经30min冷却后脱箱清理。本实施例生产的附铸Y型试块检测所得技术指标为：球化等级2级，石墨大小6～7级，珠光体含量为65～70％；力学性能：抗拉强度Rm816～829MPa，延伸率A5.8～7.2％。实施例2本实施例其他步骤、参数与实施例1完全相同，不同之处在于：将转包孕育剂中的Sb用Sn替代，且Sn＜0.03％；球化剂的加入量有所改变：1.4％的FeSiMg8Re5球化剂、0.76％的75硅铁、0.42％的60钼铁及0.7％的纯铜棒。本实施例生产的附铸Y型试块技术指标为：球化等级2级，石墨大小6～7级，珠光体含量为65～70％；力学性能：抗拉强度Rm814～816MPa，延伸率A5.6～6.8％。实施例3本实施例其他步骤、参数与实施例1完全相同，不同之处在于：将转包孕育剂中的Sb用Sn替代，且Sn＜0.03％；球化剂的加入量有所改变：1.5％的FeSiMg8Re5球化剂、0.95％的75硅铁、0.42％的60钼铁、1％的纯铜棒以及1％的Ni。本实施例生本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强度高韧性铸态QT800‑5球墨铸铁，其特征在于，该铸态球墨铸铁的成分以质量百分比计包括：C 3.40％～3.90％，Si 2.30％～3.0％，Mn＜0.30％，P＜0.04％，S≤0.02％，Cu 0.50％～1.20％，Mo＜0.30％，Sb＜0.02％，Bi＜0.01％，余量为铁及少量杂质。

【技术特征摘要】
1.一种高强度高韧性铸态QT800-5球墨铸铁，其特征在于，该铸态球墨铸铁的成分以质量百分比计包括：C3.40％～3.90％，Si2.30％～3.0％，Mn＜0.30％，P＜0.04％，S≤0.02％，Cu0.50％～1.20％，Mo＜0.30％，Sb＜0.02％，Bi＜0.01％，余量为铁及少量杂质。2.根据权利要求1所述的一种高强度高韧性铸态QT800-5球墨铸铁，其特征在于：该铸态球墨铸铁中还包括0.50％～1.50％的Ni和低于0.03％的Sn。3.一种利用普通黏土砂成型高强度高韧性铸态QT800-5球墨铸铁的方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)以生铁、碳素废钢及球铁回炉料为原材料进行熔炼，待接近出铁温度时分析调整配料使成分合格，在1500℃～1520℃静置5～8min，扒渣出铁液；(b)向堤坝式浇包的凹坑内加入FeSiMg8Re5球化剂、硅铁、钼铁及纯铜棒，每层捣平实后覆盖珍珠岩，将炉内符合要求的铁液冲入球化包中，球化反应完毕后造渣除渣，随后倒包孕育处理，在倒包过程中加入SiBa和Sb复合孕育剂或者SiBa和Sn复合孕育剂，充分搅拌铁液加盖珍珠岩后待用；(c)利用普通粘土砂造型，将球化孕育后的纯净铁液吊入浇注位置进行浇注，期间随流加入SiBi孕育剂，最后开箱。4.根据权利要求3所述的一种利用普通黏土砂成型高强度高韧性铸态QT8...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘生发，郭元洲，梁兵，王建明，王友福，汪国昌，丁以刚，何强，郭兴才，王德根，
申请(专利权)人：武汉理工大学，湖北丹江口志成铸造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42