一种高强度高韧性的球墨铸铁的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高强度高韧性的球墨铸铁的制备方法，该球墨铸铁由以下质量百分比的元素成分组成：C:3.6‑3.8％、Si:3.5‑3.8％、Mn:0.4‑0.6％、Sn:0.01‑0.04％、Ni:0.4‑0.6％、Ti:0.3‑0.4%、Sb:0.004‑0.01％、RE:0.02‑0.04％、P:0.16‑0.2％，S≤0.02%、余量为Fe及不可避免的杂质。本发明专利技术的球墨铸铁的抗拉强度为1050‑1180Mpa，屈服强度为780‑820Mpa，延伸率为15‑16%，球化率为95%，各项性能优异。

Preparation method of ductile iron with high strength and toughness

The present invention discloses a preparation method of high strength and high toughness ductile iron. The ductile iron is composed of the following elements: C: 3.6_3.8%, Si: 3.5_3.8%, Mn: 0.4_0.6%, Sn: 0.01_0.04%, Ni: 0.4_0.6%, Ti: 0.3_0.4%, Sb: 0.004_0.01%, RE: 0.02_0.04%, P: 0.2. %, S is less than 0.02%, the allowance is Fe and unavoidable impurities. The ductile iron has a tensile strength of 1050_1180 Mpa, a yield strength of 780_820 Mpa, an elongation of 15_16%, a spheroidization rate of 95%, and excellent properties.

【技术实现步骤摘要】
一种高强度高韧性的球墨铸铁的制备方法
本专利技术涉及铸铁冶金
，特别是涉及了一种高强度高韧性的球墨铸铁的制备方法。
技术介绍
球墨铸铁是经过孕育和球化处理得到的具有球状石墨的铸铁材料，具有优良的力学性能、加工性能、耐磨性能、吸震性能及生产成本较低等优点，它的综合性能类似于钢，正是因为其优异的性能，使其成功地用于铸造一些受力复杂，强度、韧性、耐磨性要求较高的零件如汽车零配件、铸铁管件、风电零部件、机床配件、发动机曲轴等。中国专利CN104120332A公开了一种高强度高韧性球墨铸铁600-10，所述高强度高韧性球墨铸铁600-10的各元素质量百分比为：C：3.48％-3.7％，Si：2.5％-2.7％，Mn：0.7％-1.0％，P：0.019％-0.04％，S：0.009％-0.02％，ΣRE：0.054％-0.0648％，Mg：0.04％-0.05％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。本专利技术还公开了一种生产高强度高韧性球墨铸铁600-10的生产工艺。本专利技术的高强度高韧性球墨铸铁600-10具有强度高，韧性好，铸造工艺简单，易于成型等特点。其各种技术指标如下：抗拉强度600MPa-700MPa，屈服强度：400MPa-450MPa，延伸率：10.0％-12.0％，球化率：85％-90％，石墨大小：七级。中国专利CN105970077A公开了一种高强度高韧性的球墨铸铁的制备方法，由以下质量百分比的元素成分组成：C3.2-3.5％、Si2.8-3.3％、Mn0.5-0.8％、Mo0.3-0.5％、Mg0.01-0.03％、Zr0.02-0.05％、Cr0.7-1.0％、Ni0.4-0.6％、V0.2-0.3％、Cu0.2-0.3％、RE0.02-0.04％，余量为Fe及不可避免的杂质。本专利技术还公开了高强度高韧性的球墨铸铁的制备方法。本专利技术合理优化球墨铸铁中的元素及配比，采用水雾和空冷交替冷却的热处理方式，使得热处理后的铸件不易变形和开裂，制得的球墨铸铁具有很好的机械性能，如拉伸强度、屈服强度、冲击韧性等，并且稳定性好。但是上述专利技术专利制备的球墨铸铁的抗拉强度和屈服强度不够高，不适用于对材料有更高强度的要求。
技术实现思路
为了弥补已有技术的缺陷，本专利技术提供一种高强度高韧性的球墨铸铁的制备方法。本专利技术所要解决的技术问题通过以下技术方案予以实现：一种高强度高韧性的球墨铸铁的制备方法，该球墨铸铁由以下质量百分比的元素成分组成：C:3.6-3.8％、Si:3.5-3.8％、Mn:0.4-0.6％、Sn:0.01-0.04％、Ni:0.4-0.6％、Ti:0.3-0.4%、Sb:0.004-0.01％、RE:0.02-0.04％、P:0.16-0.2％，S≤0.02%、余量为Fe及不可避免的杂质。对于铸铁材料而言，其中不同组分间具体成分含量的不同，对实际产生的金相组织形态、材料应用性能、加工难度及成品质量的影响是极大的。硅在球墨铸铁中是有重要影响的元素，它不仅可以有效地减小白口倾向，而且具有细化共晶团，提高石墨球圆整度的作用；同时又形成二氧化硅氧化膜层，阻碍氧的侵入，增加铸件抗氧化能力。但是硅含量高铸件脆性增加。因此，硅含量不宜过高，通常硅含量不超过3.3%。本专利技术中，增加了硅含量，硅的质量百分比达到3.5-3.8％，促进了石墨化，实现了较高的强度，通过增加镍和钛，促进凝固组织的细化，增加石墨球数量，强化了基体，解决了由于硅含量的增加所带来的脆性的影响，提高了铸件的韧性。一般来说，磷对铸铁来说是有害元素，通常铸铁中磷的含量小于0.05％。这是由于当在含磷量大于0.05％时，由于磷的偏析，会形成磷共晶，磷共晶常以不连续网状或孤岛状的形式分布于原共晶团间的位置，磷共晶主要以两种形式存在：二元磷共晶和三元磷共晶。二元磷共晶是α-Fe与Fe3P的共晶混合物，硬度为750-800Hm，三元磷共晶是由α-Fe+Fe3P+Fe3C组成，硬度为900-950Hm。对于球墨铸铁来说，磷共晶会增加球墨铸铁的脆性，严重降低球墨铸铁的塑性、韧性和强度。特别是粗大的不连续网状或孤岛状的三元磷共晶硬度较高。故在铸造生产中，一般都将磷作为有限害元素加以限制。本专利技术中，专利技术人经过大量研究发现，只要能够避免产生粗大的、分布不均的三元磷共晶，适量的含磷量可增加球墨铸铁的耐磨性，提高产品使用寿命。本专利技术中，一方面，提高碳量，以阻碍三元磷共晶的析出；另一方面，改进球化剂、孕育剂的配方以及球化孕育处理工序，利用球化剂及孕育剂中的锰和稀土元素，减少磷的偏析，对磷共晶组织起到变质作用，细化磷共晶组织，改善磷共晶的形态、分布、大小，使三元磷共晶转变成二元磷共晶，减少磷共晶的数量，改善球墨形状，获得均匀、连续分布、硬度高的二元磷共晶组织，提高铸铁的综合性能。进一步地，制备方法包括如下步骤：S1.以废钢、生铁、废机铁、回炉料、硅铁、锰铁、钛铁、镍锭、磷铁、增碳剂为原料，将原料熔炼为铁液；S2.在球化包包底的一侧放入球化剂，在球化剂上覆盖一层碳化硅粉，碳化硅粉上覆盖第一孕育剂，将铁屑均匀的覆盖在第一孕育剂上，铁屑的上面均匀覆盖铸造用珍珠岩并捣实；采用冲入法将铁液沿球化包另一侧注入球化包中，铁液温度为1400-1430℃，进行球化处理和包内孕育处理；当球化包中冲入铁液的量占铁液总质量2/3时，加入第二孕育剂进行型内孕育处理，并继续冲入剩余铁液；S3.进行浇注，在浇注的同时随流加入第三孕育剂进行随流孕育；S4.热处理：将浇注完成后的铸铁冷却后进行退火热处理，退火温度为900℃，保温时间为3小时，退火处理后以10-12℃/min的速度降温至580℃，然后空冷至室温，得到球墨铸铁。进一步地，步骤S1的具体操作为：（1）配料：采用原料以及配比如下：废钢50-55%、生铁20-25%、废机铁10-20%、回炉料10-15%、硅铁1.1-2.0%、锰铁0.8-1%、钛铁0.8-1.2%、镍锭0.5-1%、磷铁0.5-0.8%、增碳剂0.4-0.6%；（2）熔炼：将废钢、生铁、废机铁、回炉料加入至中频炉进行加热，在温度升至750℃之前将增碳剂分三次加入至中频炉内；在中频炉内温度高于1400℃之后，加入硅铁、锰铁、钛铁、镍锭及磷铁；升温至1510℃～1530℃，熔炼至全部熔化，得到铁液。现有技术中，铸造球墨铸铁的主要原料为生铁、废钢和回炉料，在配料方面，生铁的比例不低于45%，保证原铁液有足够的形核核心；废钢的比例控制在30%左右，使得铁液中有足够的含氮量，铸铁中的氮通过改变铸铁组织中的石墨结构而促进铸态珠光体含量的增加。随着铸造行业人工成本的提高，铸造生铁价格成倍增长（目前生铁价格3250元/吨），铸造球墨铸铁的成本价格达到6800元/吨，而废钢价格逐步下降，若用废钢完全替代生铁可以降低原材料的成本，但是随着废钢原料加入量的增加，使得增碳剂的加入量也增加，也会使得铁液中游离碳增多，恶化了铁液的质量，进而使得球墨铸铁的机械性能降低。专利技术人经过研究发现，以废机铁替代部分生铁，采用的废钢的用量达到原料总量的50%-55%，大大降低了原料成本，而且通过优化工艺条件，与现有制备方法得到的球墨铸铁相比，抗拉强度和屈服强度比现有水平还高。本专利技术中，将废钢、生铁、废机铁、回炉料放入到中频炉本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强度高韧性的球墨铸铁的制备方法，所述球墨铸铁由以下质量百分比的元素成分组成：C:3.6‑3.8％、Si:3.5‑3.8％、Mn:0.4‑0.6％、Sn:0.01‑0.04％、Ni:0.4‑0.6％、Ti:0.3‑0.4%、Sb:0.004‑0.01％、RE:0.02‑0.04％、P:0.16‑0.2％，S≤0.02%、余量为Fe及不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种高强度高韧性的球墨铸铁的制备方法，所述球墨铸铁由以下质量百分比的元素成分组成：C:3.6-3.8％、Si:3.5-3.8％、Mn:0.4-0.6％、Sn:0.01-0.04％、Ni:0.4-0.6％、Ti:0.3-0.4%、Sb:0.004-0.01％、RE:0.02-0.04％、P:0.16-0.2％，S≤0.02%、余量为Fe及不可避免的杂质。2.如权利要求1所述的球墨铸铁的制备方法，其特征在于，其制备方法包括如下步骤：S1.以废钢、生铁、废机铁、回炉料、硅铁、锰铁、钛铁、镍锭、磷铁、增碳剂为原料，将原料熔炼为铁液；S2.在球化包包底的一侧放入球化剂，在球化剂上覆盖一层碳化硅粉，碳化硅粉上覆盖第一孕育剂，将铁屑均匀的覆盖在第一孕育剂上，铁屑的上面均匀覆盖铸造用珍珠岩并捣实；采用冲入法将铁液沿球化包另一侧注入球化包中，铁液温度为1400-1430℃，进行球化处理和包内孕育处理；当球化包中冲入铁液的量占铁液总质量2/3时，加入第二孕育剂进行型内孕育处理，并继续冲入剩余铁液；S3.进行浇注，在浇注的同时随流加入第三孕育剂进行随流孕育；S4.热处理：将浇注完成后的铸铁冷却后进行退火热处理，退火温度为900℃，保温时间为3小时，退火处理后以10-12℃/min的速度降温至580℃，然后空冷至室温，得到球墨铸铁。3.如权利要求2所述的球墨铸铁的制备方法，其特征在于，步骤S1的具体操作为：（1）配料：采用原料以及配比如下：废钢50-55%、生铁20-25%、废机铁10-20%、回炉料10-15%、硅铁1.1-2.0%、锰铁0.8-1%、钛铁0.8-1.2%、镍锭0.5-1%、磷铁0.5-0.8%、增碳剂0.4-0.6%；（2）熔炼：将废钢、生铁、废机铁、回炉料加入至中频炉进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶展亮，
申请(专利权)人：佛山市高明康得球铁有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44