一种球墨铸铁的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种球墨铸铁的制备方法，包括熔炼、球化、孕育、浇注步骤，并且孕育过程中使用含Bi孕育剂；浇注得到的球墨铸铁的化学成分按重量百分比计为:碳:3.45

【技术实现步骤摘要】
一种球墨铸铁的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种球墨铸铁的制备方法，该方法适用于高硅固溶强化型球墨铸铁，其制备得到的球墨铸铁兼顾了强度、韧性、延伸率和硬度，可以应用于车辆桥壳、差速器壳体、减速器壳体、转向节、行星架等产品。

技术介绍

[0002]随着全社会对于节能减排的要求越来越高，车辆的轻量化已经成为一个很重要的发展趋势，这就要求车辆零部件用材料必须具有较高的力学性能，才能确保零件的轻薄化。
[0003]目前车辆的桥壳、差速器壳体等材料多选用QT450
‑
10和QT500
‑
7等球墨铸铁材料。但是这些材料难以兼顾强度、延伸率和韧性，如QT450
‑
10延伸可以满足要求但强度不符合要求，QT500
‑
7材料强度满足要求但延伸相差较远，通常使用这两种材料会使零件尺寸较大，重量较高，不利于整车轻量化要求，并且二者的韧性也较低，无法满足轻量化、重载荷、大功率工况使用。添加合金化元素如Cu、Ni、Mo虽然可以提高材料的强度，但是也无法兼顾各项力学性能之间的平衡，且合金化元素通常较为昂贵。因此要求开发一种高强度、高延伸率、高韧性、硬度理想且成本低的球墨铸铁材料的制备方法，以满足零件的轻量化高性能要求。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种兼顾了强度、韧性、延伸率、硬度且成本较低的球墨铸铁的制备方法，该方法制备得到的材料可以应用于车辆桥壳、差速器壳体、减速器壳体、转向节、行星架等产品，无需添加贵重的元素Ni、Cu、Mo等，即可实现材料的高性能和零部件的轻量化。
[0005]本专利技术的技术目的是通过以下手段实现的。
[0006]一种球墨铸铁的制备方法，其特征在于，所述球墨铸铁的制备方法包括熔炼、球化、孕育、浇注步骤，并且孕育过程中使用含Bi的孕育剂；浇注得到的球墨铸铁的化学成分按重量百分比计为:碳:3.45
‑
3.70％，硅:3.6
‑
4.3％，锰:0.31
‑
0.58％，硫:0.05％以下，磷:0.05％以下，铋:0.0012
‑
0.005％，余量为Fe以及不可避免的杂质元素，并且硅含量[Si]与铋含量[Bi]满足750≤[Si]:[Bi]≤3000。
[0007]本专利技术的技术目的主要是依靠对制备过程中孕育剂的选择以及对球墨铸铁的成分及含量的调整实现的。
[0008]使用Si进行固溶强化，Si可以提高球墨铸铁的强度和硬度，但是强度的提高往往会带来延伸率的损失，而Mn也是强化和提高硬度的元素，Mn与Si的作用类似，但Mn容易生成碳化物，恶化延伸率和韧性，因此，控制Si:3.6
‑
4.3％、Mn:0.31
‑
0.58％，即采用高硅低锰的设计，这样强度、硬度的性能能够得到基本保证，并且合金化元素比较低廉。作为优选，Si为3.7
‑
4.2％，Si更优选3.75
‑
4.1％；Mn优选为0.35
‑
0.55％，Mn更优选为0.40
‑
0.50％。
[0009]但是在Si含量较高时，会导致球墨铸铁石墨碎块化，严重影响球墨铸铁的性能，现有技术认为通过采用含Bi的孕育剂，可以克服石墨碎块化的问题。本专利技术的专利技术人在生产
过程中发现，在采用含Bi孕育剂的基础上，通过将Si和Bi的含量控制在一定的比例范围内，可以在防止石墨碎块化的同时获得高的韧性和延伸率。
[0010]基于以上认识，专利技术人完成了本专利技术。通过控制球墨铸铁的碳:3.45
‑
3.70％，硅:3.6
‑
4.3％，锰:0.31
‑
0.58％来保证材料的强度和硬度，孕育过程中加入0.0012
‑
0.005％的Bi可以防止石墨的碎块化，而通过限制特定的[Si]和[Bi]比例在750
‑
3000，可以获得优异的延伸率和韧性的匹配。
[0011]通过控制孕育过程中Bi的加入量，在抑制石墨碎块化的基础上避免韧性和延伸率的降低。如果Bi的含量过高，则防止石墨碎块化的作用到达极限，并且其会急剧的恶化球墨铸铁的韧性和延伸率，对球墨铸铁的性能带来不利影响；Bi如果过低，则不能够有效的起到防止石墨碎块化倾向的效果，因此，限定Bi的含量范围为0.0012
‑
0.005％，优选0.002
‑
0.006％，更优选0.002
‑
0.004％。
[0012]通过控制原料(包括生铁等含铁原料和球化剂、孕育剂)中Si的含量以及孕育过程中Bi的加入量，控制[Si]和[Bi]比例，如果[Si]和[Bi]比例超过3000或者低于750，即使Bi处于0.0012
‑
0.005％的范围内，发现获得的球墨铸铁材料也无法兼顾满足本专利技术要求的延伸率和韧性，因此限制球墨铸铁的[Si]:[Bi]处于750
‑
3000的范围内，作为优选的技术方案，控制球墨铸铁的硅含量[Si]与铋含量[Bi]满足1000≤[Si]:[Bi]≤2000，可以获得更为优异的延伸率和韧性性能。
[0013]具体的，本专利技术的球墨铸铁的制备方法包括如下步骤：
[0014]第一步、原料准备：按照设计成分和原料成分选择原料并计算配比，原料选择生铁、废钢、回炉料等，生铁为含硫、磷、锰量低的Q10或Q12生铁；
[0015]第二步、熔炼：采用中频感应电炉熔炼铁液，熔炼温度控制在1500℃
±
20℃出炉，
[0016]第三步、球化剂处理；球化剂可以是FeSiMg8RE3球化剂，采用冲入法进行球化处理；
[0017]第四步、孕育剂处理和浇注：采用二次孕育，首先，使用75SiFe进行包内孕育，之后，浇注并进行随流孕育，在随流孕育时使用硅铁铋孕育剂，硅铁铋孕育剂中Bi含量在0.1
‑
2.5％，浇注完成得到球墨铸铁。
[0018]作为进一步的改进，控制所述球墨铸铁的碳含量[C]、硅含量[Si]与铋含量[Bi]进一步满足1500≤([C]+1/3[Si]):[Bi]≤2500，[C]+1/3[Si]实际代表了球墨铸铁的碳当量值CE，专利技术人发现，通过控制CE与[Bi]的比例，可以在确保优异延伸率和韧性性能的同时确保球墨铸铁具有优异的铸造性能和石墨化能力，铸造性能的改善可以有效的减少铸造缺陷，提高铸件的各项力学性能。
[0019]本专利技术的球墨铸铁其微观组织基体为珠光体和铁素体，优选的，珠光体的体积分数为40
‑
60％，铁素体的体积分数为40
‑
60％，球墨铸铁的球化等级为1
‑
3级，石墨大小级别为6
‑
7级。
[0020]通过成分以及含量和比例关系的优化，本专利技术获得的球墨铸铁的抗拉强度为550MPa以上，延伸率14％以上，室温冲击韧性50J/本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种球墨铸铁的制备方法，其特征在于，所述球墨铸铁的制备方法包括熔炼、球化、孕育、浇注步骤，并且孕育过程中使用含Bi孕育剂；浇注得到的球墨铸铁的化学成分按重量百分比计为:碳:3.45
‑
3.70％，硅:3.6
‑
4.3％，锰:0.31
‑
0.58％，硫:0.05％以下，磷:0.05％以下，铋:0.0012
‑
0.005％，余量为Fe以及不可避免的杂质元素，并且硅含量[Si]与铋含量[Bi]满足750≤[Si]:[Bi]≤3000。2.根据权利要求1所述的一种球墨铸铁的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：第一步、原料准备：按照设计成分和原料成分选择原料并计算配比；第二步、熔炼：采用中频感应电炉熔炼铁液；第三步、球化剂处理；第四步、孕育剂处理和浇注：采用二次孕育，首先，进行一次包内孕育，之后，浇注并进行随流孕育，在随流孕育时使用所述的含Bi孕育剂，浇注完成得到球墨铸铁。3.根据权利要求1
‑
2任一项权利要求所述的一种球墨铸铁的制备方法，其特征在于，所述球墨铸铁的铋含量为0.002
‑
0.006％。4.根据权利要求1
‑
3任...

【专利技术属性】
技术研发人员：帅德国，帅德军，
申请(专利权)人：襄阳金耐特机械股份有限公司，
类型：发明
国别省市：