技术领域
[0001] 本
发明涉及球墨
铸铁技术领域，具体涉及一种高强度球墨铸铁及其制备方法。
背景技术
[0002] 球墨铸铁是20世纪五十年代发展起来的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，已成功地用于
铸造一些受
力复杂，强度、韧性、
耐磨性要求较高的零件。球墨铸铁已迅速发展为仅次于
灰铸铁的、应用十分广泛的铸铁材料。所谓“以铁代钢”，主要指球墨铸铁。球墨铸铁是通过球化和孕育处理得到球状
石墨，有效地提高了铸铁的机械性能，特别是提高了塑性和韧性，从而得到比
碳钢还高的强度。铸铁是含碳量大于2.11％的铁碳
合金，由工业
生铁、废钢等钢铁及其合金材料经过高温熔融和铸造成型而得到，除Fe外，还含及其它铸铁中的碳以石墨形态析出，若析出的石墨呈条片状时的铸铁叫灰口铸铁或灰铸铁、呈蠕虫状时的铸铁叫蠕墨铸铁、呈团絮状时的铸铁叫白口铸铁或码铁、而呈球状时的铸铁就叫球墨铸铁。
[0003] 随着工业的发展，现有球磨铸铁已经被用于许多大型的机械设备中，例如：超大型起重设备、
桥梁、大型机床等。由于大型设备的重量较大，这就对球墨铸铁的强度提出了新的要求。
发明内容
[0004] 针对以上问题，本发明公开了一种高强度球墨铸铁及其制备方法，制备的球墨铸铁具有优异的硬度、
抗拉强度、冲击韧性与
屈服强度。
[0005] 为了实现上述的目的，本发明采用以下的技术方案：
[0006] 一种高强度球墨铸铁，由以下
质量百分比的元素成分组成：C 3.55-3.80％，Si 2.50-2.80％，Mn 0.55-0.80％，Zr 0.02-0.05％，Mg 0.030-0.060％，Mo 0.30-0.50％，Cu
0.015-0.018，RE 0.020-0.040％，P≤0.06％，S≤0.03％，余量为Fe及不可避免的少量杂质。
[0007] 一种高强度球墨铸铁，其制备方法包括以下步骤：
[0008] a、配置原料，将其投入到中频感应电炉中进行熔融，熔融过程中保证铁
水温度为1560-1600℃，熔融后得到原铁水，出炉；
[0009] b、采用堤坝式冲入法，将球化剂加入球化包堤坝靠炉体一侧，接着将粒度为3-8mm的孕育剂
覆盖在球化剂表面，然后放置一
块厚度为8mm的专用
压板用铁叉捣平，将铁水加入到球化包中进行球化处理及一次孕育，当铁水全部注入后，随流加入粒度为1-3mm的孕育剂进行二次孕育处理，球化处理温度保持在1510-1540℃，接着向铁液中加入扒渣剂，搅拌、扒渣；
[0010] c、将温度降至1330-1360℃后，将铁水快速浇入
砂模中，得到球墨铸铁；
[0011] d、将球墨铸铁加热到850-900℃，恒温90-120min后将球墨铸铁放入到120-150℃的盐浴中进行冷却，冷却3-5min后，取出空冷，空冷至室温后得到高强度球墨铸铁。
[0012] 优选地，步骤a中所述堤坝高度为100-200mm。
[0013] 优选地，步骤b中所述球化剂型号为FeSiMg8RE3，其加入量为铁液质量的1.0-1.2％。
[0014] 优选地，步骤b所述孕育剂型号为Si65Ba5，一次孕育中孕育剂的加量为铁液质量的0.4-0.6％，二次孕育中孕育剂的加量为铁液质量的0.2-0.3％。
[0015] 优选地，步骤d中所述盐浴为硝盐浴。
[0016] 采用上述的技术方案，本发明达到的有益效果是：
[0017] 本发明制备的球墨铸铁通过合理的配方与制备方法，制备出一种具有优良机械性能的球墨铸铁；锰与
铜的复合使用能够在降低锰偏析趋势的同时，改善球墨铸铁的硬度与强度，孕育剂中的
硅与钡在1510-1540℃下同时使用效果倍增，其中锆的加入能延缓孕育衰退时间，提高了孕育效果，通过增加钼细化了石墨，强化了基体，改善提高了强度、硬度、韧性等综合性能，采用低稀土镁合金球化剂，有效的控制了稀土的残留量，控制了碳化物的形成，提高了石墨球的圆整度和球化率；
热处理通过盐浴与空气的分级冷却能够在减少铸件内
应力的同时，防止其发生
变形和开裂。本发明制备的球墨铸铁具有优良的硬度、抗拉强度、冲击韧性与屈服强度，适宜推广使用。
具体实施方式
[0018] 为使本发明
实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0019] 实施例1：
[0020] 一种高强度球墨铸铁，由以下质量百分比的元素成分组成：C 3.55％，Si 2.60％，Mn 0.55％，Zr 0.04％，Mg 0.030％，Mo 0.5％，Cu 0.015，RE 0.035％，P≤0.06％，S≤0.03％，余量为Fe及不可避免的少量杂质。
[0021] 一种高强度球墨铸铁，其制备方法包括以下步骤：
[0022] a、配置原料，将其投入到中频感应电炉中进行熔融，熔融过程中保证铁水温度为1560℃，熔融后得到原铁水，出炉；
[0023] b、采用堤坝式冲入法，将球化剂加入球化包堤坝靠炉体一侧，接着将粒度为3-8mm的孕育剂覆盖在球化剂表面，然后放置一块厚度为8mm的专用压板用铁叉捣平，将铁水加入到球化包中进行球化处理及一次孕育，当铁水全部注入后，随流加入粒度为1-3mm的孕育剂进行二次孕育处理，球化处理温度保持在1510℃，接着向铁液中加入扒渣剂，搅拌、扒渣；
[0024] c、将温度降至1330℃后，将铁水快速浇入砂模中，得到球墨铸铁；
[0025] d、将球墨铸铁加热到850℃，恒温90min后将球墨铸铁放入到120℃的盐浴中进行冷却，冷却3min后，取出空冷，空冷至室温后得到高强度球墨铸铁。
[0026] 步骤a中所述堤坝高度为100mm。
[0027] 步骤b中所述球化剂型号为FeSiMg8RE3，其加入量为铁液质量的1.0％。
[0028] 步骤b所述孕育剂型号为Si65Ba5，一次孕育中孕育剂的加量为铁液质量的0.4％，二次孕育中孕育剂的加量为铁液质量的0.2％。
[0029] 步骤d中所述盐浴为硝盐浴。
[0030] 实施例2：
[0031] 一种高强度球墨铸铁，由以下质量百分比的元素成分组成：C 3.60％，Si 2.70％，Mn 0.60％，Zr 0.03％，Mg 0.035％，Mo 0.3％，Cu 0.016，RE 0.025％，P≤0.06％，S≤0.03％，余量为Fe及不可避免的少量杂质。
[0032] 一种高强度球墨铸铁，其制备方法包括以下步骤：
[0033] a、配置原料，将其投入到中频感应电炉中进行熔融，熔融过程中保证铁水温度为1570℃，熔融后得到原铁水，出炉；
[0034] b、采用堤坝式冲入法，将球化剂加入球化包堤坝靠炉体一侧，接着将粒度为3-8mm的孕育剂覆盖在球化剂表面，然后放置一块厚度为8mm的专用压板用铁叉捣平，将铁水加入到球化包中进行球化处理及一次孕育，当铁水全部注入后，随流加入粒度为1-3mm的孕育剂进行二次孕育处理，球化处理温度保持在1520℃，接着向铁液中加入扒渣剂，搅拌、扒渣；
[0035] c、将温度降至1340℃后，将铁水快速浇入砂模中，得到球墨铸铁；
[0036] d、将球墨铸铁加热到860℃，恒温100min后将球墨铸铁放入到130℃的盐浴中进行冷却，冷却4min后，取出空冷，空冷至室温后得到高强度球墨铸铁。
[0037] 步骤a中所述堤坝高度为150mm。
[0038] 步骤b中所述球化剂型号为FeSiMg8RE3，其加入量为铁液质量的1.2％。
[0039] 步骤b所述孕育剂型号为Si65Ba5，一次孕育中孕育剂的加量为铁液质量的0.5％，二次孕育中孕育剂的加量为铁液质量的0.2％。
[0040] 步骤d中所述盐浴为硝盐浴。
[0041] 实施例3：
[0042] 一种高强度球墨铸铁，由以下质量百分比的元素成分组成：C 3.65％，Si 2.65％，Mn 0.65％，Zr 0.02％，Mg 0.045％，Mo 0.4％，Cu 0.017，RE 0.020％，P≤0.06％，S≤0.03％，余量为Fe及不可避免的少量杂质。
[0043] 一种高强度球墨铸铁，其制备方法包括以下步骤：
[0044] a、配置原料，将其投入到中频感应电炉中进行熔融，熔融过程中保证铁水温度为1580℃，熔融后得到原铁水，出炉；
[0045] b、采用堤坝式冲入法，将球化剂加入球化包堤坝靠炉体一侧，接着将粒度为3-8mm的孕育剂覆盖在球化剂表面，然后放置一块厚度为8mm的专用压板用铁叉捣平，将铁水加入到球化包中进行球化处理及一次孕育，当铁水全部注入后，随流加入粒度为1-3mm的孕育剂进行二次孕育处理，球化处理温度保持在1530℃，接着向铁液中加入扒渣剂，搅拌、扒渣；
[0046] c、将温度降至1350℃后，将铁水快速浇入砂模中，得到球墨铸铁；
[0047] d、将球墨铸铁加热到880℃，恒温110min后将球墨铸铁放入到130℃的盐浴中进行冷却，冷却3min后，取出空冷，空冷至室温后得到高强度球墨铸铁。
[0048] 步骤a中所述堤坝高度为150mm。
[0049] 步骤b中所述球化剂型号为FeSiMg8RE3，其加入量为铁液质量的1.1％。
[0050] 步骤b所述孕育剂型号为Si65Ba5，一次孕育中孕育剂的加量为铁液质量的0.6％，二次孕育中孕育剂的加量为铁液质量的0.3％。
[0051] 步骤d中所述盐浴为硝盐浴。
[0052] 实施例4：
[0053] 一种高强度球墨铸铁，由以下质量百分比的元素成分组成：C 3.75％，Si 2.50％，Mn 0.75％，Zr 0.03％，Mg 0.050％，Mo 0.35％，Cu 0.018，RE 0.040％，P≤0.06％，S≤0.03％，余量为Fe及不可避免的少量杂质。
[0054] 一种高强度球墨铸铁，其制备方法包括以下步骤：
[0055] a、配置原料，将其投入到中频感应电炉中进行熔融，熔融过程中保证铁水温度为1590℃，熔融后得到原铁水，出炉；
[0056] b、采用堤坝式冲入法，将球化剂加入球化包堤坝靠炉体一侧，接着将粒度为3-8mm的孕育剂覆盖在球化剂表面，然后放置一块厚度为8mm的专用压板用铁叉捣平，将铁水加入到球化包中进行球化处理及一次孕育，当铁水全部注入后，随流加入粒度为1-3mm的孕育剂进行二次孕育处理，球化处理温度保持在1540℃，接着向铁液中加入扒渣剂，搅拌、扒渣；
[0057] c、将温度降至1350℃后，将铁水快速浇入砂模中，得到球墨铸铁；
[0058] d、将球墨铸铁加热到890℃，恒温115min后将球墨铸铁放入到140℃的盐浴中进行冷却，冷却5min后，取出空冷，空冷至室温后得到高强度球墨铸铁。
[0059] 步骤a中所述堤坝高度为200mm。
[0060] 步骤b中所述球化剂型号为FeSiMg8RE3，其加入量为铁液质量的1.1％。
[0061] 步骤b所述孕育剂型号为Si65Ba5，一次孕育中孕育剂的加量为铁液质量的0.6％，二次孕育中孕育剂的加量为铁液质量的0.3％。
[0062] 步骤d中所述盐浴为硝盐浴。
[0063] 实施例5：
[0064] 一种高强度球墨铸铁，由以下质量百分比的元素成分组成：C 3.80％，Si 2.80％，Mn 0.80％，Zr 0.05％，Mg 0.060％，Mo 0.45％，Cu 0.018，RE 0.030％，P≤0.06％，S≤0.03％，余量为Fe及不可避免的少量杂质。
[0065] 一种高强度球墨铸铁，其制备方法包括以下步骤：
[0066] a、配置原料，将其投入到中频感应电炉中进行熔融，熔融过程中保证铁水温度为1600℃，熔融后得到原铁水，出炉；
[0067] b、采用堤坝式冲入法，将球化剂加入球化包堤坝靠炉体一侧，接着将粒度为3-8mm的孕育剂覆盖在球化剂表面，然后放置一块厚度为8mm的专用压板用铁叉捣平，将铁水加入到球化包中进行球化处理及一次孕育，当铁水全部注入后，随流加入粒度为1-3mm的孕育剂进行二次孕育处理，球化处理温度保持在1540℃，接着向铁液中加入扒渣剂，搅拌、扒渣；
[0068] c、将温度降至1360℃后，将铁水快速浇入砂模中，得到球墨铸铁；
[0069] d、将球墨铸铁加热到900℃，恒温120min后将球墨铸铁放入到150℃的盐浴中进行冷却，冷却5min后，取出空冷，空冷至室温后得到高强度球墨铸铁。
[0070] 步骤a中所述堤坝高度为200mm。
[0071] 步骤b中所述球化剂型号为FeSiMg8RE3，其加入量为铁液质量的1.2％。
[0072] 步骤b所述孕育剂型号为Si65Ba5，一次孕育中孕育剂的加量为铁液质量的0.5％，二次孕育中孕育剂的加量为铁液质量的0.3％。
[0073] 步骤d中所述盐浴为硝盐浴。
[0074] 性能测试
[0075] 对本发明上述各实施例中制备的高强度球墨铸铁进行性能检测。具体检测结果如下表1：
[0076] 表1
[0077]
[0078] 由表中可以看出，各实施例所制备出的球墨铸铁均具有优异的硬度、抗拉强度、屈服强度与冲击韧性。
[0079] 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行
修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
