一种球墨铸铁及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种球墨铸铁及其制备方法与应用，属于合金技术领域；该球墨铸铁由以下质量分数的元素组成：C、2.0％～3.0％；Ni、1.8％～2.0％；Cu、1.1％～1.2％；Mn、0.4％～0.5％；Sn、0.45％～0.50％；Ti、0.20％～0.25％；N、0.1％～0.2％；Si、0.12％～0.15％；Mg、0.1％～0.12％；RE、0.01％～0.04％和余量为Fe。本发明专利技术的球墨铸铁通过对各制备元素的含量进行控制，从而实现了对球墨铸铁的硬度进行控制；本发明专利技术同时还通过二氧化钛在球化过程中生成氮化钛和氮化钛，上述两相为球墨铸铁中增强相，从而提高了球墨铸铁的硬度。从而提高了球墨铸铁的硬度。

【技术实现步骤摘要】
一种球墨铸铁及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于合金
，尤其涉及一种球墨铸铁及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]球墨铸铁是一种高强度铸铁材料，其综合性能接近于钢，正是基于其优异的性能。
[0003]相关技术中提供了一种球墨铸铁磨球，磨球的化学成分按质量百分比包括：C：3.6％～3.7％、Si：2.5％～2.8％、Mn：1.6％～1.8％、Sn：0.07％～0.1％、Mg：0.03％～0.05％、Re：0.02％～0.03％、S：≤0.06％、P：≤0.1％和其余为Fe；该磨球的硬度为63.4HRC，其硬度偏低。
[0004]因此，本专利技术提供了一种球墨铸铁，以解决上述
技术介绍
中提出的问题和缺陷的至少一个方面。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种球墨铸铁，以解决上述
技术介绍
中提出的问题和缺陷的至少一个方面。
[0006]本专利技术还提供了上述球墨铸铁的制备方法。
[0007]本专利技术还提供了上述球墨铸铁的应用。
[0008]具体如下，本专利技术第一方面提供了一种球墨铸铁，由以下质量分数的元素组成：
[0009]C、2.0％～3.0％；Ni、1.8％～2.0％；Cu、1.1％～1.2％；Mn、0.4％～0.5％；Sn、0.45％～0.50％；Ti、0.20％～0.25％；N、0.1％～0.2％；Si、0.12％～0.15％；Mg、0.1％～0.12％；RE、0.01％～0.04％和余量为Fe。
[0010]根据本专利技术球墨铸铁技术方案中的一种技术方案，至少具备如下有益效果：
[0011]C为生成共晶碳化物的主要元素，共晶碳化物在耐磨性方面起着重要作用。碳含量决定碳化物的数量。但碳量过高，则韧性降低。综合考虑确定碳含量为上述范围。
[0012]Ti为碳化钛和钛化氮形成元素，与碳/氮形成适量的碳化物/氮化物可提高磨球的硬度。
[0013]Cu在共晶转变时能够促进石墨化，降低奥氏体转变的临界温度，促进珠光体的形成，对减少或者消除游离渗碳体的形成有利，提升球墨铸铁的韧性。
[0014]Mn的作用为脱氧、强化基体和形成碳化物。含锰量过高，增加了奥氏体的稳定性，降低了Ms点，不利于铸态奥氏体转变；少量的锰对于屈氏体有细化作用。
[0015]Si在等温淬火转变过程中，硅能抑制碳化物的形成，形成针状铁素体的同时排出的碳可在残余奥氏体中富集，有利于无碳化物针状铁素的形成和残余奥氏体的稳定性，并对针状铁素体有细化作用；但当硅含量过高，其主要以固溶的方式存在基体中，引起晶格畸变，降低材料塑韧性。
[0016]Sn具有强烈促进珠光体转变的作用，并通过细化珠光体达到提高磨球材料韧性和强度的目的。但随着锡含量的增加，石墨的形状变成片状，不利于提高磨球的硬度。
[0017]稀土元素(RE)在原铁水中具有强烈的脱硫与脱氧作用，有利于净化铁水和球化，减少铸造缺陷，稳定生产。
[0018]镁主要对石墨起球化作用，同时脱去铁水中的部分硫。
[0019]适量的镁和稀土元素，不仅能保证石墨球化良好，还能提高球墨铸铁的强度和伸长率，但是过高则会使石墨形态恶化，降低球化率；因此为保证球化效果，需要对镁元素和稀土元素的含量进行控制。
[0020]根据本专利技术的一些实施方式，所述球墨铸铁中C的质量分数为2.5％～2.8％。
[0021]根据本专利技术的一些实施方式，所述球墨铸铁中N的质量分数为0.12％～0.15％。
[0022]根据本专利技术的一些实施方式，所述RE元素为镧元素。
[0023]本专利技术第二方面提供了上述球墨铸铁的制备方法，包括以下制备步骤：
[0024]S1、将生铁、铜、铁镍合金、锰铁合金和锡铁合金熔炼后，制得熔液；
[0025]S2、将所述熔液、氮化硅、二氧化钛和球化剂混合后，进行球化反应后孕育、浇注；
[0026]所述浇注的温度为1300℃～1500℃。
[0027]根据本专利技术制备方法技术方案中的一种技术方案，至少具备有益效果：
[0028]本专利技术通过在球化过程中，加入二氧化钛和氮化硅，利用二氧化钛和氮化硅表现出良好的润湿性，通过阻止排斥电子聚集改善合金结构的可塑性，使得制备得到的球墨铸铁材料具有极好的淬透性，淬火后硬度高，变形小，组织均匀。
[0029]同时二氧化钛在该过程中还会生成氮化钛和氮化钛，上述两相为球墨铸铁中增强相，从而提高了球墨铸铁的硬度。
[0030]根据本专利技术的一些实施方式，所述熔炼的温度为1450℃～1500℃。
[0031]根据本专利技术的一些实施方式，所述球化剂为FeSiMg6RE2。
[0032]本专利技术通过选用FeSiMg6RE2为球化剂，保证了铁液中有一定量的残留镁，还保证了球化处理时球墨铸铁中镁含量和稀土元素含量的适当比例要求，有效防止因铁液中稀土元素含量过高造成的石墨形状畸变，减小白口倾向，获得更好的球化效果。
[0033]根据本专利技术的一些实施方式，所述孕育过程中加入孕育剂，所述孕育剂为硅铁合金。
[0034]根据本专利技术的一些实施方式，所述硅铁合金中硅的质量分数为70％～80％。
[0035]本专利技术中球墨铸铁在孕育过程中选用硅铁合金，硅铁合金和氧气之间的化学亲和力很大，是非常好的扩散脱氧剂，能够显著提升球墨铸铁的强度和硬度。
[0036]根据本专利技术的一些实施方式，所述二氧化钛的D50为0.2μm～0.3μm。
[0037]本专利技术通过对二氧化钛的粒径进行控制，从而控制了增强相的颗粒大小，从而对球墨铸铁的硬度进行控制。
[0038]根据本专利技术的一些实施方式，所述浇注后得铸件；将所述铸件再进行热处理。
[0039]根据本专利技术的一些实施方式，所述热处理包括以下步骤：
[0040]将所述铸件依次进行第一次加热、第一次保温、第一次冷却、第二次冷却、第二次加热、第二次保温、第三次冷却、第四次冷却、第三次加热、第三次保温和第五次冷却。
[0041]根据本专利技术的一些实施方式，所述第一次加热的终温为800℃～850℃。
[0042]根据本专利技术的一些实施方式，所述第一次保温的时间为5h～6h。
[0043]根据本专利技术的一些实施方式，所述第一次冷却的速度为10℃/min～12℃/min。
[0044]根据本专利技术的一些实施方式，所述第一次冷却的终温为550℃～600℃。
[0045]根据本专利技术的一些实施方式，所述第二次冷却的终温为20℃～30℃。
[0046]根据本专利技术的一些实施方式，所述第二次冷却的方式为空冷。
[0047]根据本专利技术的一些实施方式，所述第二次加热的终温为630℃～680℃。
[0048]根据本专利技术的一些实施方式，所述第二次保温的时间为3h～5h。
[0049]根据本专利技术的一些实施方式，所述第三次冷却的速度为6℃/min～8℃/min。
[0050]根据本专利技术的一些本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种球墨铸铁，其特征在于，由以下质量分数的元素组成：C、2.0％～3.0％；Ni、1.8％～2.0％；Cu、1.1％～1.2％；Mn、0.4％～0.5％；Sn、0.45％～0.50％；Ti、0.20％～0.25％；N、0.1％～0.2％；Si、0.12％～0.15％；Mg、0.1％～0.12％；RE、0.01％～0.04％和余量为Fe。2.根据权利要求1所述的球墨铸铁，其特征在于，所述C的质量分数为2.5％～2.8％。3.根据权利要求1所述的球墨铸铁，其特征在于，所述N的质量分数为0.12％～0.15％。4.一种制备如权利要求1至3任一项所述的球墨铸铁的方法，其特征在于，包括以下制备步骤：S1、将生铁、铜、铁镍合金、锰铁合金和锡...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁蕾，丁放红，
申请(专利权)人：湖南长红铸造有限公司，
类型：发明
国别省市：