一种球墨铸铁及球墨铸铁铸件的制备方法 |
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| 申请号 | CN202311866972.4 | 申请日 | 2023-12-29 | 公开(公告)号 | CN117802397A | 公开(公告)日 | 2024-04-02 |
| 申请人 | 平遥同妙机车有限公司; | 发明人 | 闫及利; 王光环; 宋润根; 王世红; 郭恒圣; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种球墨 铸 铁 及球墨 铸铁 铸件的制备方法，属于球墨铸铁制备技术领域。包括：S1，将低磷低硫的 生铁 和废 钢 进行 熔化 ，得到熔化后的铁液；S2，对熔化后的铁液内各元素的含量进行检测并调整各元素的含量；S3，将熔化后的铁液、球化剂、孕育剂和纯 铜 料装入球化包内进行球化处理后，进行浇注得到铸件；S4，将铸件进行正火 热处理 ，得到球墨铸铁铸件。通过将低磷低硫的生铁和废钢进行熔化，再检测熔化后的铁液内各元素的含量并进行调整，直至达到含量要求。由于球墨铸铁铸件的制备材料中不包含镍 合金 ，因此可降低制备球墨铸铁铸件的成本。通过提高熔化后的铁液中铜的含量，配合热处理，使得球墨铸铁铸件的综合 力 学性能仍符合标准。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种球墨铸铁，其特征在于，由下述重量百分比的元素组成： |
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| 说明书全文 | 一种球墨铸铁及球墨铸铁铸件的制备方法技术领域[0001] 本发明涉及球墨铸铁制备技术领域，尤其涉及一种球墨铸铁及球墨铸铁铸件的制备方法。 背景技术[0002] QT550‑6球墨铸铁可用于制造受力较大而又承受震动和冲击的零件，大量用在汽车、农机、船舶、冶金、矿石加工等部门，使得QT550‑6球墨铸铁成为重要的铸铁材料，在《ASTM_A536‑球墨铸铁件的标准规范》中要求QT550‑6球墨铸铁的机械性能达到抗拉强度≥552Mpa、延伸率≥6％、硬度179～255HB。考虑球墨铸铁的综合力学性能时，要考虑球墨铸铁具有较高强度的同时，还使其具有高的伸长率，这样不仅能够增加球墨铸铁制成产品的可靠性，还为扩大球墨铸铁的应用范围创造了条件，满足用户零部件轻量化需求。 [0003] 现有球墨铸铁中，大多加入有镍合金，使得球墨铸铁的综合力学性能符合QT550‑6球墨铸铁的综合力学性能标准，但是添加镍合金制成的球墨铸铁成本较高，难以实现量产。 发明内容[0004] 为解决上述技术问题，本发明提供一种实现低成本制备球墨铸铁及球墨铸铁铸件的制备方法。本发明的技术方案如下： [0005] 第一方面，本发明提供了一种球墨铸铁，由下述重量百分比的元素组成：碳3.5％～3.8％，硅2.4％～2.7％，锰0.4％～0.6％，铜0.4％～0.6％，镁0.045％～0.06％，钼0.01％～0.02％，磷≤0.04％，硫≤0.018％，余量为生铁和废钢。 [0006] 可选地，所述生铁和废钢的重量比为8.8：12。 [0007] 第二方面，本发明提供了一种球墨铸铁铸件的制备方法，包括以下步骤： [0008] S1，将低磷低硫的生铁和废钢进行熔化，得到熔化后的铁液；S2，对熔化后的铁液内各元素的含量进行检测并调整各元素的含量，使各元素的含量达到如下重量百分比：碳3.5～3.8％、硅2.4～2.7％、锰0.4～0.6％、铜0.4～0.6％、镁0.045～0.06％、钼0.01～ 0.02％、磷≤0.04％、硫≤0.018％；S3，将熔化后的铁液、球化剂、孕育剂和纯铜料装入球化包内进行处理后，进行浇注得到铸件；S4，将铸件进行正火热处理，得到球墨铸铁铸件。 [0009] 可选地，所述S1在熔化低磷低硫的生铁和废钢时，包括将低磷低硫的生铁和废钢放入中频感应电炉内熔化，得到熔化后的铁液；其中，熔化温度范围为1450～1480℃。 [0010] 可选地，所述S3在将熔化后的铁液、球化剂、孕育剂和纯铜料装入球化包内进行球化处理时，包括以下步骤： [0011] S31，将所述球化剂放入所述球化包内进行紧实处理；S32，向所紧实处理后的球化剂上覆盖一部分孕育剂、一部分熔化后的铁液、纯铜料以及铁屑进行第一次球化处理和孕育处理；其中，所述孕育剂的总重量占熔化后的铁液的重量的0.4～0.6％，一部分所述孕育剂占所述孕育剂总重量的四分之三，一部分熔化后的铁液占熔化后的铁液总重量的四分之三；所述铁屑为任意一种球墨铸铁铸件的铁屑。 [0012] 可选地，所述第一次球化处理和孕育处理与进行浇注得到所述铸件之间，还包括：将另一部分所述孕育剂和另一部分熔化后的铁液装入进行所述第一次球化处理和孕育处理之后的球化包内，得到纯净铁液；其中另一部分所述孕育剂占所述孕育剂总重量的四分之一，另一部分熔化后的铁液占熔化后的铁液总重量的四分之一。 [0013] 可选地，所述S3在进行浇注得到铸件时，包括将所述纯净铁液放置在铸件造型箱的铸件位置上进行浇注，浇注过程中随着所述纯净铁液的流出再加入YJ‑T随流孕育剂，浇注完成后对铸件造型箱进行冷却再开箱，得到所述铸件；其中，所述YJ‑T随流孕育剂的总重量占所述纯净铁液重量的0.1％。 [0014] 可选地，所述S4在将铸件进行正火热处理，得到球墨铸铁铸件时，包括将所述铸件放入热处理炉内进行加热，再保温，之后将保温后的铸件从所述热处理炉内取出冷却至室温，得到所述球墨铸铁铸件；其中，所述热处理炉的加热温度为880～920℃，保温时间为3～4h。 [0015] 上述所有可选地技术方案均可任意组合，本发明不对一一组合后的结构进行详细说明。 [0016] 借由上述方案，本发明的有益效果如下： [0017] 通过将低磷低硫的生铁和废钢进行熔化，再检测熔化后的铁液内各元素的含量，如果存在熔化后的铁液内元素含量不达标的情况时根据球墨铸铁的元素组成含量调整，直至熔化后的铁液达到球墨铸铁的元素组成含量要求。由于球墨铸铁铸件的制备材料中不包含镍合金，因此可降低制备球墨铸铁铸件的成本。 [0019] 利用本发明提供的球墨铸铁铸件的制备方法制备得到的球墨铸铁铸件，在不添加镍合金的情况下，通过提高铜元素的含量，再配合热处理，不仅降低了球墨铸铁铸件的制备成本，还使得球墨铸铁铸件的综合力学性能仍符合标准。 附图说明[0021] 图1为本发明的制备方法流程图； [0022] 图2为本发明制备方法得到的球墨铸铁的金相检验的球化等级报告一； [0023] 图3为本发明制备方法得到的球墨铸铁的金相检验的球化等级报告二； [0024] 图4为本发明制备方法得到的球墨铸铁的金相检验的石墨颗粒数报告一； [0025] 图5为本发明制备方法得到的球墨铸铁的金相检验的石墨颗粒数报告二； [0026] 图6为本发明制备方法得到的球墨铸铁的金相检验的碳化物含量报告一； [0027] 图7为本发明制备方法得到的球墨铸铁的金相检验的碳化物含量报告二； [0028] 图8为本发明制备方法得到的球墨铸铁的金相检验的珠光体含量报告一； [0029] 图9为本发明制备方法得到的球墨铸铁的金相检验的珠光体含量报告二。 具体实施方式[0030] 下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。 [0031] 本发明提供的一种球墨铸铁，由下述重量百分比的元素组成：碳3.5％[0032] ～3.8％，硅2.4％～2.7％，锰0.4％～0.6％，铜0.4％～0.6％，镁0.045％～0.06％，钼0.01％～0.02％，磷≤0.04％，硫≤0.018％，余量为生铁和废钢。 [0033] 可选地，所述生铁和废钢的重量比为8.8：12。 [0034] 如图1所示，本发明还提供了一种球墨铸铁铸件的制备方法，包括以下步骤： [0035] S1，将低磷低硫的生铁和废钢进行熔化，得到熔化后的铁液；S2，对熔化后的铁液内各元素的含量进行检测并调整各元素的含量，使各元素的含量达到如下重量百分比：碳3.5～3.8％、硅2.4～2.7％、锰0.4～0.6％、铜0.4～0.6％、镁0.045～0.06％、钼0.01～ 0.02％、磷≤0.04％、硫≤0.018％；S3，将熔化后的铁液、球化剂、孕育剂和纯铜料装入球化包内进行球化处理后，进行浇注得到铸件；S4，将铸件进行正火热处理，得到球墨铸铁铸件。 [0036] 通过将低磷低硫的生铁和废钢进行熔化，再检测熔化后的铁液内各元素的含量，如果存在熔化后的铁液内元素含量不达标的情况是根据球墨铸铁的元素组成含量调整，直至熔化后的铁液达到球墨铸铁的元素组成含量要求。由于球墨铸铁铸件的制备材料中不包含镍合金，因此可降低制备球墨铸铁铸件的成本。 [0037] 现有技术在制备球墨铸铁铸件中，铜的含量为0.2％，而本发明将铜的含量提高至0.4～0.6％，再对熔化后的铁液浇注成型的铸件进行热处理，可增强球墨铸铁铸件的强度、伸长率等综合力学性能。 [0038] 可选地，所述S1在熔化低磷低硫的生铁和废钢时，包括将低磷低硫的生铁和废钢放入中频感应电炉内熔化，得到熔化后的铁液；其中，熔化温度范围为1450～1480℃。 [0039] 可选地，所述S3在将熔化后的铁液、球化剂、孕育剂和纯铜料装入球化包内进行处理时，包括以下步骤： [0040] S31，将所述球化剂放入所述球化包内进行紧实处理；S32，向所紧实处理后的球化剂上覆盖一部分孕育剂、一部分熔化后的铁液、纯铜料以及铁屑进行第一次球化处理和孕育处理；其中，所述孕育剂的总重量占熔化后的铁液的重量的0.4～0.6％，一部分所述孕育剂占所述孕育剂总重量的四分之三，一部分熔化后的铁液占熔化后的铁液总重量的四分之三；所述铁屑为任意一种球墨铸铁铸件的铁屑。 [0041] 具体地，本发明中的球化剂为FeSiMg8RE3球化剂，其中，FeSiMg8RE3球化剂中各元素的含量为如下百分比：镁7.73％、稀土2.52％、硅42.4％、钡1.52％、钙2.51％，余量为铁；粒度为10～30mm； [0043] 可选地，所述第一次球化处理和孕育处理与进行浇注得到所述铸件之间，还包括将另一部分所述孕育剂和另一部分熔化后的铁液装入进行所述第一次球化处理和孕育处理之后的球化包内，得到纯净铁液；其中另一部分所述孕育剂占所述孕育剂总重量的四分之一，另一部分熔化后的铁液占熔化后的铁液总重量的四分之一。 [0044] 可选地，所述S3在进行浇注得到铸件时，包括将所述纯净铁液放置在铸件造型箱的铸件位置上进行浇注，浇注过程中随着所述纯净铁液的流出再加入YJ‑T随流孕育剂，浇注完成后对铸件造型箱进行冷却再开箱，得到所述铸件；其中，所述YJ‑T随流孕育剂的总重量占所述纯净铁液重量的0.1％。 [0045] 具体地，本发明中的YJ‑T孕育剂中各元素的含量为如下百分比：硅70.5％、钡1.87％、钙1.45％、铝1.05％、铋1.51％，余量为铁；粒度0.4～1mm。 [0046] 具体地实施方式中，本发明中的铸件造型箱的材质为树脂砂，使得本发明的铸件造型箱适用范围更广，单件生产、小批量生产或者大批量生产均能够满足。 [0047] 可选地，所述S4在将铸件进行正火热处理，得到球墨铸铁铸件时，包括：将所述铸件放入热处理炉内进行加热，再保温，之后将保温后的铸件从所述热处理炉内取出冷却至室温，得到所述球墨铸铁铸件；其中，所述热处理炉的加热温度为880～920℃，保温时间为3～4h。 [0048] 具体地实施方式中，在浇注过程中，通常为多个铸件同时浇注成型，同时进行热处理，之后多个铸件分别从热处理炉内取出，进行独立冷却，避免多个铸件紧挨从而出现冷却不均匀的情况。 [0049] 为验证本发明提供的球墨铸铁制备方法制备得到的球磨铸铁铸件的元素含量和综合力学性能，利用本发明提供的制备方法制备得到五个球墨铸铁铸件试样，通过对五个球墨铸铁铸件试样进行检测，检测结果如下表一和表二所示。其中，表一为五个球墨铸铁铸件试样的化学元素成分检测数据表，表二为五个球墨铸铁铸件的综合力学性能测试数据表。 [0050] 同时，还将通过本发明提供的制备方法制备得到的两个偏心套，送往检测机构进行检测，检测结果如图2至图9所示。 [0051] 两个偏心套的球化等级评定级别为：球化率85％、级别3级(具体为图2)，球化率83％、级别3级(具体为图3)； [0052] 两个偏心套的石墨颗粒数评定级别为：石墨颗粒数(个/平方毫米)＝271(具体为图4)，石墨颗粒数(个/平方毫米)＝255(具体为图5)； [0053] 两个偏心套的碳化物含量评定级别为：碳5(碳化物数量＝5.36％)(具体为图6)，碳5(碳化物数量＝5.66％)(具体为图7)； [0054] 两个偏心套的珠光体含量评定级别为：珠65(珠光体数量＝100.00％)(具体为图8)，珠65(珠光体数量＝100.00％)(具体为图9)。 [0055] 表一 [0056] 序号 C(％) Si(％) Mn(％) P(％) S(％) Cu(％) Ni(％) Mo(％) Sn(％) Al(％) Mg(％)1 3.61 2.48 0.53 0.038 0.013 0.48 0.008 0.011 0.002 0.029 0.047 2 3.64 2.51 0.52 0.041 0.012 0.53 0.007 0.014 0.001 0.03 0.051 3 3.67 2.44 0.49 0.037 0.015 0.49 0.008 0.012 0.002 0.028 0.044 4 3.63 2.52 0.51 0.039 0.014 0.51 0.008 0.011 0.002 0.025 0.049 5 3.62 2.49 0.54 0.042 0.013 0.47 0.006 0.013 0.001 0.031 0.053 [0057] 表二 [0058]序号 抗拉强度(MPa) 屈服强度(MPa) 延伸率(％) 硬度(HB) 1 717 539 7.5 220 2 624 467 9.8 205 3 633 482 10.5 210 4 598 473 11.2 200 5 672 504 9.5 220 [0059] 根据表一、表二、图2至图9所示，通过对最终成型的球墨铸铁进行测试，得到球墨铸铁抗拉强度≥552MPa、屈服强度≥467MPa、延伸率≥6％、硬度≥179HB，金相基体组织为铁素体和珠光体，球化等级3级，石墨颗粒数255～271、碳化物含量碳5。 [0060] 综上，利用本发明提供的球墨铸铁铸件的制备方法制备得到的球墨铸铁铸件，在不添加镍合金的情况下，通过提高铜元素的含量，再配合热处理，降低了球墨铸铁铸件的制备成本，还使得球墨铸铁铸件的综合力学性能仍符合QT550‑6球墨铸铁的标准。 [0061] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。 |
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