一种耐低温高韧性球墨铸铁的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种耐低温高韧性球墨铸铁的制备方法，是针对球墨铸铁在低温下韧性差的弊端，采用铁水熔炼，合金成分调整，球化处理，多次孕育处理，超声振动处理，脉冲电流处理，制成耐低温高韧性球墨铸铁，制备的耐低温球墨铸铁性能优良，伸长率达20％，在‑40℃条件下，硬度值达HB＝180，冲击功达24.3J/mm

【技术实现步骤摘要】
一种耐低温高韧性球墨铸铁的制备方法
本专利技术涉及一种耐低温高韧性球墨铸铁的制备方法，属黑色金属材料制备及应用的

技术介绍
球墨铸铁是汽车类产品结构零部件的常用材料，主要成分含有铁、碳、硅、锰等元素，主要制备过程为铁水熔炼、成分调整、球化处理、孕育处理、浇注成形等。在低温条件下，球墨铸铁的冲击韧性差，易发生脆性断裂，使球墨铸铁的应用受到了很大局限。为了提高球墨铸铁在低温条件下的应用范围，在制备过程中常掺杂合金元素，形成奥氏体球墨铸铁，同时必须采取孕育技术和热处理技术促进球墨铸铁石墨化，以提高球墨铸铁的低温力学性能。常规的孕育技术和热处理手段易造成局部渗碳体石墨化不充分，球状石墨粗化及晶间偏析和晶粒长大不足，严重限制了球墨铸铁的低温韧性。
技术实现思路
专利技术目的本专利技术的目的是针对球墨铸铁低温韧性差的情况，添加镍、铬合金元素，经铁水熔炼，成分调整，球化孕育处理，超声振动处理，脉冲电流辅助热处理，制成耐低温球墨铸铁，以满足球墨铸铁在-40℃条件下的使用要求。技术方案本专利技术使用的化学物质材料为：生铁、锰、硅、镍、铬、镍镁合金、硅铁孕育剂、硅钡孕育剂、硅锆孕育剂、无水乙醇，其准备用量如下：以克、毫升为计量单位制备方法如下：(1)铁水熔炼铁水熔炼是在中频感应熔炼炉内进行的，是在加热、调整化学成分过程中完成的；①将生铁4800g±10g置于熔炼炉的熔炼坩埚中，熔化温度1400℃-1450℃，熔化时间30min；采用光谱仪测定铁液中的硫磷元素含量，熔炼过程中控制磷含量≤0.05％，硫含量≤0.03％；②成分调整升温至1500℃-1530℃，向熔炼坩埚内依次加入锰190g±1g、硅104g±1g、铬48g±1g、镍1130g±10g；待完全熔化后，清渣，采用光谱仪测定合金液中的合金元素含量，保证合金液的成分为C2.8％-3.2％、Si1.7％-1.9％、Mn2％-4％、Ni18％-22％、Cr0.6％-1.0％；(2)球化处理合金液的球化处理是在熔炼过程中加入镍镁合金70g±1g，加入方式为包底冲入法，球化温度为1470℃-1500℃；(3)第一次孕育处理第一次孕育处理采用硅铁孕育剂孕育，为包内孕育，硅铁孕育剂颗粒尺寸为3-5mm，硅铁孕育剂的加入量为15g±1g；将硅铁孕育剂放置于浇包内底部，炉中铁水浇入浇包内，孕育温度1470℃-1500℃，静置1-2min；(4)第二次孕育处理第二次孕育处理采用硅钡孕育剂孕育，为随流孕育，硅钡孕育剂颗粒尺寸为0.5-0.8mm，硅钡孕育剂的加入量为5g±0.1g；在铁液浇入浇包过程中随流加入硅钡孕育剂，孕育温度1470℃-1500℃，静置1-2min；；(5)第三次孕育处理第三次孕育处理采用硅锆孕育剂孕育，为随流孕育，硅锆孕育剂颗粒尺寸为0.2-0.5mm，硅锆孕育剂的加入量为4.8g±0.1g；在铁液由浇包浇入铸型内腔的过程中随流加入硅锆孕育剂，孕育温度1340℃-1370℃；(6)超声振动处理在浇包底部增设超声波发射器，超声频率40-100kHz，超声振动时间自浇入浇包内起，至浇包内铁液浇入铸型内为止；(7)脉冲电流辅助热处理采用低压脉冲电流对球墨铸铁进行高密度脉冲电流辅助热处理，电压1000V，电流密度2.1×103A/mm2，升温速率为4℃/s，处理温度为800℃，处理时间为3min；(8)检测、分析、表征对制备的球墨铸铁的金相形貌、金相组织、物理性能、力学性能进行检测、分析、表征；用金相显微镜和扫面电子显微镜分析金相形貌和金相组织；用硬度计进行硬度性能分析；用万能电子试验机进行力学性能分析；结论：制备的耐低温高韧性球墨铸铁呈灰色，块体，伸长率达20％，在-40℃条件下，硬度值达HB＝180，冲击功达24.3J/mm2，可满足在-40℃低温下安全使用。有益效果本专利技术与
技术介绍
相比具有明显的先进性，是针对球墨铸铁在低温下韧性差的弊端，采用铁水熔炼，合金成分调整，球化处理，多次孕育处理，超声振动处理，脉冲电流处理，制成耐低温高韧性球墨铸铁，制备的球墨铸铁力学性能优良，伸长率达20％，在-40℃条件下，硬度值达HB＝180，冲击功达24.3J/mm2，是先进的制备耐低温球墨铸铁的方法。附图说明图1.耐低温球墨铸铁中频感应熔炼状态图；图2.耐低温球墨铸铁微观组织图；图3.耐低温球墨铸铁在-40℃条件下硬度曲线图；图4.耐低温球墨铸铁在-40℃条件下冲击性能曲线图；图中所示，附图标记清单如下：1、中频感应熔炼炉，2、炉座，3、炉腔，4、熔炼坩埚，5、中频感应加热器，6、球墨铸铁熔液，7、显示屏，8、指示灯，9、电源开关，10、中频感应加热温度控制器，11、中频感应加热时间控制器，12、工作台。具体实施方式以下结合附图对本专利技术做进一步说明：图1所示，为耐低温球墨铸铁中频感应熔炼状态图，各部位置、连接关系要正确，安装牢固。中频感应熔炼炉1为立式，在中频感应熔炼炉1的下部为炉座2，内部为炉腔3；在炉腔3内底部设有工作台12，在工作台12上部设有熔炼坩埚4，熔炼坩埚4内部为球墨铸铁熔液6，外部为中频感应加热器5；在炉座2上设有显示屏7、指示灯8、电源开关9、中频感应加热温度控制器10、中频感应加热时间控制器11。图2所示，为耐低温球墨铸铁微观组织图，图中所示：组织中石墨成球状形态均匀分布，尺寸大小≤10μm。图3所示，为耐低温球墨铸铁硬度曲线图，图中所示：在-40℃条件下，球墨铸铁的硬度值HB可达180。图4所示，为耐低温球墨铸铁冲击性能曲线图，图中所示：在-40℃条件下，球墨铸铁的冲击功可达24.3J/mm2。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐低温高韧性球墨铸铁的制备方法，其特征在于：使用的化学物质材料为：生铁、锰、硅、镍、铬、镍镁合金、硅铁孕育剂、硅钡孕育剂、硅锆孕育剂、无水乙醇，其准备用量如下：以克、毫升为计量单位

【技术特征摘要】
1.一种耐低温高韧性球墨铸铁的制备方法，其特征在于：使用的化学物质材料为：生铁、锰、硅、镍、铬、镍镁合金、硅铁孕育剂、硅钡孕育剂、硅锆孕育剂、无水乙醇，其准备用量如下：以克、毫升为计量单位制备方法如下：(1)铁水熔炼铁水熔炼是在中频感应熔炼炉内进行的，是在加热、调整化学成分过程中完成的；①将生铁4800g±10g置于熔炼炉的熔炼坩埚中，熔化温度1400℃-1450℃，熔化时间30min；采用光谱仪测定铁液中的硫磷元素含量，熔炼过程中控制磷含量≤0.05％，硫含量≤0.03％；②成分调整升温至1500℃-1530℃，向熔炼坩埚内依次加入锰190g±1g、硅104g±1g、铬48g±1g、镍1130g±10g；待完全熔化后，清渣，采用光谱仪测定合金液中的合金元素含量，保证合金液的成分为C2.8％-3.2％、Si1.7％-1.9％、Mn2％-4％、Ni18％-22％、Cr0.6％-1.0％；(2)球化处理合金液的球化处理是在熔炼过程中加入镍镁合金70g±1g，加入方式为包底冲入法，球化温度为1470℃-1500℃；(3)第一次孕育处理第一次孕育处理采用硅铁孕育剂孕育，为包内孕育，硅铁孕育剂颗粒尺寸为3-5mm，硅铁孕育剂的加入量为15g±1g；将硅铁孕育剂放置于浇包内底部，炉中铁水浇入浇包内，孕育温度1470℃-1500℃，静置1-2min；(4)第二次孕育处理第二次孕育处理采用硅钡孕育剂孕育，为随流孕育，硅钡孕育剂颗粒尺寸为0.5-0.8mm，硅钡孕育剂的加入量为5g±0.1g；在铁液浇入浇包过程中随流加入硅钡孕育剂，孕育温度1470℃-1500℃，静置...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑留伟，王渊，王红霞，张杰，范永富，
申请(专利权)人：山西华翔集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山西,14