一种高强韧球墨铸铁及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种高强韧球墨铸铁及其制备方法，属于铸铁熔炼铸造领域。针对目前砂型铸造时高强韧球墨铸铁不能同时满足较高的抗拉强度和伸长率的问题，本发明专利技术所述的一种高强韧球墨铸铁成分为C:3.6～4.2％，Si:2.0～2.5％，Mn:0.6～1.2％，P:≤0.1％，S:≤0.03％，Mg:0.03～0.08％，余量为Fe；在砂型模的上下增加钢板和冷却管的特殊模具，进行球铁的熔炼、浇铸，无需热处理工艺，可以实现珠光体含量的有效调控，获得组织致密的珠光体球墨铸铁铸件。所制备的球墨铸铁工件的铸造缺陷较少，力学性能优异，抗拉强度大于650MPa，伸长率大于8％，适合大规模生产应用。

【技术实现步骤摘要】
一种高强韧球墨铸铁及其制备方法
本专利技术提供了一种高强韧球墨铸铁及其制备方法，属于铸铁熔炼铸造领域。技术背景球墨铸铁是一种高性能的铸铁材料，以含有球状石墨为主要特征，常用来制造强度、塑性、韧性、耐磨性、尺寸稳定性要求较高的零件，广泛应用于轨道交通、冶金采矿、农业、航海等行业，尤其是高强韧球墨铸铁，可以替代铸钢和锻钢的使用，有效地降低成本，有很好的市场前景。砂型铸造球墨铸铁容易产生组织粗大、偏析、缩松，力学性能较差，需要添加合金元素并进行后续热处理，增加珠光体的数量、提高强度，这会导致生产周期长、成本高。另外，砂型铸造球墨铸铁，强度和塑性相互制约，提高强度会导致塑性大幅度降低，铸件力学性能往往达不到使用要求。通常，采用金属模具进行铸造，并结合添加合金元素和热处理，来解决上述问题。中国专利(CN111349844A)公开了一种球墨铸铁轮毂的浇注方法，铁液中其各元素成分的质量百分比为：C：3.6-4.0％，Si：1.8-2.2％，Mn：0.5-0.7％，Ni：0.1-0.3％，Mg：0.08-0.13％，Cu：0.3-0.5％，Zr：0.05-0.15％，Ti：0.04-0.08％，P：≤0.04％，S：≤0.01％，余量为Fe，包括以下步骤：(1)取浇注模具，模具外设有冷却腔；(2)首先将模具进行整体预热至200-260℃；(3)铁水浇注前进行球化处理和孕育处理，孕育处理后进行扒渣，然后进行浇注；(4)将铁液温度控制在1430-1500℃，将铁液浇注至模具内；静置20-25min后，先于冷却腔中通入冷风进行冷却，25-35min后，再于冷却腔中通入冷却水进行冷却，待铸件温度降至300-350℃后，将铸件取出，空冷至室温；最后，将冷却至室温的铸件加热至930-960℃，保温3-4.5h后，先降温至750-780℃，保温30-60min后，降温至360-410℃，保温1-2h，空冷至室温，再进行消除应力退火，制备得到球墨铸铁轮毂。该专利为了获得高强度，添加了Ni、Cu、Zr、Ti等多种合金元素，并进行了930-960℃、750-780℃和360-410℃三级温度热处理和消除应力退火。
技术实现思路
本专利技术针对高强韧球墨铸铁中容易出现的组织粗大、偏析、缩松和力学性能不可以满足要求的铸造问题，提供了一种高强韧球墨铸铁及其制备方法，无Cu、Ni等合金元素，无热处理工序，采用砂型模作为内模，在砂型模的上下增加钢板和冷却水系统，调节冷却水温度和水流大小，进而控制冷却速度，调控铸件组织，特别是调控珠光体含量，消除铸造缺陷，无需添加Cu、Ni等增加珠光体量、提高力学性能的合金元素、无热处理工序，所制备的铸件力学性能优异，实现抗拉强度和塑性同步提高。本专利技术提供一种高强韧球墨铸铁及其制备方法，在砂型模具增加钢板，钢板厚度大于等于30mm，夹紧固定后，在钢板周围环绕固定冷却水管，通过调节冷却水的温度和水流大小控制铸件的冷却速度，调控铸件组织，防止出现缩松和偏析，无需添加Cu、Ni等合金元素、无需热处理，所制备的铸件具有高强度、高伸长率。本专利技术是一种高强韧球墨铸铁及其制备方法，其特征在于，所述的一种高强韧球墨铸铁，成分为C:3.6～4.2％，Si:2.0～2.5％，Mn:0.6～1.2％，P:≤0.1％，S:≤0.03％，Mg:0.03～0.08％，余量为Fe；按照下列步骤进行：步骤一：配料按照成分百分含量(质量)进行配料，球墨铸铁中C:3.6～4.2％，Si:2.0～2.5％，Mn:0.6～1.2％，P:≤0.1％，S:≤0.03％，Mg:0.03～0.08％，余量为Fe；步骤二：模具根据所需工件的尺寸制备砂型模，在砂模的上下两侧增加钢板，钢板壁厚大于等于30mm，在钢板外围环绕固定冷却管，通入冷却水，冷却水的温度和可以调控，采用顶注式浇注系统，等待浇铸；步骤三：熔炼使用感应熔炼炉加热熔炼，首先将步骤一所配料原料装入感应熔炼炉坩埚，加热熔炼，温度为1500±10℃，直至完全熔化、合金化，得到铁水；步骤四：球化处理将步骤三制备的铁水倒入已添加球化剂和孕育剂的球化包中，进行球化处理，在反应后期加入除渣剂进行保温和聚渣，除渣剂要覆盖铁水的整个表面，铁水温度保持大于1300℃；步骤五：浇铸步骤四球化处理后，从砂型的浇口杯处浇入，在浇铸时随铁水冲入孕育剂进行孕育处理，使铁水快速冷却凝固，得到工件。本专利技术步骤二中：砂型模具的上下两侧增加钢板，钢板的壁厚大于等于30mm，在钢板和砂型外侧环绕固定冷却水管，通入冷却水，冷却水的温度和水流大小可以调节控制。本专利技术步骤三中：熔炼首先加入球墨铸铁用生铁、废钢和增碳剂，熔炼温度为1400℃，完全熔化后加入锰铁，将温度升至1500℃，出炉。原料加入顺序是球墨铸铁用生铁、废钢、增碳剂、锰铁、硅铁。本专利技术步骤四中：浇包中加入除渣剂，完全覆盖铁水表面，保温、聚渣。本专利技术的优点和积极效果1.本专利技术提供了一种高强韧球墨铸铁及其制备方法，无Cu、Ni等合金元素，无热处理工序，实现球墨铸铁强度、塑性同步提高，制备得到高强韧球墨铸铁。在砂型模的上下增加钢板，在钢板外围环绕冷却管，根据调节冷却水的温度和水流量，调节冷却速度，控制铸件组织，降低了偏析，获得珠光体含量可达到75％以上，满足生产所需的工件在具备高强度的同时具有良好的塑性要求。2.本专利技术提供了一种高强韧球墨铸铁及其制备方法，采用砂型模具、钢板和冷却管组合装置，通过调节冷却水温度和水流量，调节冷却速度，从而控制铸件组织和残余应力，不需要制备高强韧球墨铸铁的热处理工序，同时不需添加任何增加珠光体量、提高力学性能的合金元素Cu、Ni等，降低了成本，缩短了工艺流程，方法简单，防止了热处理工序可能出现的组织变化和组织不均匀现象。3.本专利技术提供了一种高强韧球墨铸铁及其制备方法，使用砂型铸造，降低了模具制备难度和成本，容易形成大批量生产；避免了金属型铸造出现的开模难、损耗大、设备投入大、成本高，并且需要后续热处理、工艺流程长等问题；所制备的铸件抗拉强度大于650MPa，伸长率大于8％，综合性能优于金属模铸造的工件。4.本专利技术提供了一种高强韧球墨铸铁及其制备方法，采用砂型模具、钢板和冷却管组合装置，可实现凝固、冷却过程调控，从而实现铸件组织、力学性能调控，缩短了工艺流程，方法简单，量产容易。附图说明图1为本专利技术设计的模具示意图。图2为实施例一所制备的球墨铸铁金相显微组织照片。具体实施方式实施例一一种高强韧球墨铸铁及其制备方法，步骤如下：(1)将原料按照成分百分含量进行配料，球墨铸铁中C含量3.8％，Si含量2.2％，Mn含量0.9％，P含量0.05％，S含量0.03％，Mg含量0.05％，余量为Fe；(2)根据所需工件的尺寸制备砂型模，在砂型的上下两侧增加钢板，钢板壁厚30mm，在钢板外侧环绕固定冷却水管，水管内径为10mm，通入冷却水，冷却水温本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强韧球墨铸铁及其制备方法，其特征在于，所述的一种高强韧球墨铸铁，成分为C:3.6～4.2％，Si:2.0～2.5％，Mn:0.6～1.2％，P:≤0.1％，S:≤0.03％，Mg:0.03～0.08％，余量为Fe；按照下列步骤进行：/n步骤一：配料/n按照成分百分含量(质量)进行配料，球墨铸铁中C:3.6～4.2％，Si:2.0～2.5％，Mn:0.6～1.2％，P:≤0.1％，S:≤0.03％，Mg:0.03～0.08％，余量为Fe；/n步骤二：模具/n根据所需工件的尺寸设计制备砂型模，在砂型模的上下两侧增加钢板，钢板壁厚大于等于30mm，在钢板外围环绕固定冷却水管，通入冷却水，冷却水的温度和水流大小可以调控，采用顶注式浇注系统，等待浇铸；/n步骤三：熔炼/n使用感应熔炼炉加热熔炼，首先将步骤一所配料原料装入感应熔炼炉坩埚，加热熔炼，温度为1500±10℃，直至完全熔化、合金化，得到铁水；/n步骤四：球化处理/n将步骤三制备的铁水倒入已添加球化剂和孕育剂的球化包中，进行球化处理，在反应后期加入除渣剂进行保温和聚渣，除渣剂要覆盖铁水的整个表面，铁水温度保持大于1300℃；/n步骤五：浇铸/n步骤四球化处理后，从砂型的浇口杯处浇入，在浇铸时随铁水冲入孕育剂进行孕育处理，使铁水快速冷却凝固，得到工件。/n...

【技术特征摘要】
1.一种高强韧球墨铸铁及其制备方法，其特征在于，所述的一种高强韧球墨铸铁，成分为C:3.6～4.2％，Si:2.0～2.5％，Mn:0.6～1.2％，P:≤0.1％，S:≤0.03％，Mg:0.03～0.08％，余量为Fe；按照下列步骤进行：
步骤一：配料
按照成分百分含量(质量)进行配料，球墨铸铁中C:3.6～4.2％，Si:2.0～2.5％，Mn:0.6～1.2％，P:≤0.1％，S:≤0.03％，Mg:0.03～0.08％，余量为Fe；
步骤二：模具
根据所需工件的尺寸设计制备砂型模，在砂型模的上下两侧增加钢板，钢板壁厚大于等于30mm，在钢板外围环绕固定冷却水管，通入冷却水，冷却水的温度和水流大小可以调控，采用顶注式浇注系统，等待浇铸；
步骤三：熔炼
使用感应熔炼炉加热熔炼，首先将步骤一所配料原料装入感应熔炼炉坩埚，加热熔炼，温度为1500±10℃，直至完全熔化、合金化，得到铁水；
步骤四：球化处理
将步骤三制备的铁水倒入已添加球化剂和孕育剂的球化包中，进行球化处理，在反应后期加入除渣剂进行保温和聚渣，除渣剂要覆盖铁水的整个表面，铁水温度保持大于1300℃；
步骤五：浇铸
步骤四球化处理后，从砂型的浇口杯处浇入，在浇铸时随铁水冲入孕育剂进行孕育处理，使铁水快速冷却凝固，得到工...

【专利技术属性】
技术研发人员：李正龙，刘祖铭，李建，尹莉，丁秋宏，
申请(专利权)人：长沙合丰耐磨材料有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43