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CN106929747B - 一种固溶强化铁素体蠕墨铸铁及其生产方法 - Google Patents

一种固溶强化铁素体蠕墨铸铁及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种固溶强化铁素体蠕墨铸铁及其生产方法，其基体组织包含质量百分比大于80％的铁素体，并使用硅(Si)元素对铁素体进行固溶强化，其中各组分所占的质量百分比为：碳(C)：2.9‑3.5％，硅(Si)：3.0‑4.8％，锰(Mn)：0.0001‑0.3％，磷(P)：0.0001‑0.07％，铜(Cu)：0.0001‑0.2％，铬(Cr)：0.0001‑0.1％，钼(Mo)：0.0001‑0.1％，锡(Sn)：0.0001‑0.02％，硫(S)：0.007‑0.020％，镁(Mg)：0.008‑0.030％，稀土(RE)：0.010‑0.040％，余量为铁(Fe)以及不可避免的微量元素；其中碳当量需保持在4.2‑4.6％，所述碳当量＝碳的质量百分比+(硅的质量百分比/3)；所述固溶强化铁素体蠕墨铸铁的生产方法包括配料和熔化、蠕化和孕育处理以及冷却和开箱，本发明有效地提高蠕墨铸铁的力学性能和机械加工性能，同时降低蠕墨铸铁的生产成本。

Description

一种固溶强化铁素体蠕墨铸铁及其生产方法
技术领域
本发明属于金属冶炼技术领域，具体涉及一种蠕墨铸铁及其生产方法，特别涉及一种硅固溶强化铁素体蠕墨铸铁及其生产方法。
背景技术
蠕虫状石墨铸铁简称蠕墨铸铁，其石墨形态呈蠕虫状，其内的碳元素主要以蠕虫状石墨形态析出。蠕墨铸铁的基体组织包括铁素体和珠光体：铁素体是碳溶解在α-Fe中的间隙固溶体，铸铁中铁素体以片状、块状、针状和网状存在，珠光体是铸铁中的一种由铁素体薄层和渗碳体薄层构成的层状组织。在石墨形态相同的情况下蠕墨铸铁的抗拉强度随珠光体含量增高而增高，因此在现有技术中要提高蠕墨铸铁的强度一般是靠提高珠光体含量来实现。正如现行国家标准《GB/T 26655-2011蠕墨铸铁件》中规定的那样，蠕墨铸铁牌号从RuT300、RuT350、RuT400、RuT450、RuT500逐步提升时，其基体组织由全铁素体、铁素体+珠光体、珠光体+铁素体、珠光体变化。这种靠提高珠光体含量来提升强度的方法存在的缺点是：提高珠光体含量要添加Cu、Mo、Sn、Ni等促进珠光体形成的合金元素，从而造成生产成本增加；同时随着珠光体含量增高，铸件硬度也增高，又由于铸件各部分冷却速度不一样导致珠光体含量不一样，从而导致铸件各部位的硬度差也随之增大，造成机加工困难、增加机加工成本同时也降低加工精度。
现有技术中没有对硅固溶强化技术在蠕墨铸铁上的应用进行研究和阐述。并且目前现有技术中所公开的高硅钼蠕墨铸铁的生产方法加有较高含量且价格较贵的Mo，造成其生产成本太高，限制了其在普通场合的应用。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种固溶强化铁素体蠕墨铸铁及其生产方法，该蠕墨铸铁的力学性能和机械加工性能得到提高，其生产方法的成本同时也能降低。
为实现上述目的，本发明提供了一种固溶强化铁素体蠕墨铸铁，其基体组织包含质量百分比大于80％的铁素体，并使用硅(Si)元素对铁素体进行固溶强化，其中铁素体含量通过国家标准GB/T1954-2008进行测定。
上述固溶强化铁素体蠕墨铸铁在另一种实施方式中，其中各组分所占的质量百分比为：碳(C)：2.9-3.5％，硅(Si)：3.0-4.8％，锰(Mn)：0.0001-0.3％，磷(P)：0.0001-0.07％，铜(Cu)：0.0001-0.2％，铬(Cr)：0.0001-0.1％，钼(Mo)：0.0001-0.1％，锡(Sn)：0.0001-0.02％，硫(S)：0.007-0.020％，镁(Mg)：0.008-0.030％，稀土(RE)：0.010-0.040％，余量为铁(Fe)以及不可避免的微量元素；其中碳当量需保持在4.2-4.6％，所述碳当量＝碳的质量百分比+(硅的质量百分比/3)。
所述的固溶强化铁素体的抗拉强度和硬度远大于公知技术条件下所获得同样铁素体含量的蠕墨铸铁，抗拉强度为400-550MPa，硬度为180－220HB，屈强比(屈服强度/抗拉强度)为0.85-0.95；其原理是通过硅(Si)元素对铁素体基体进行固溶强化，使铁素体的抗拉强度、硬度大于普通铁素体。
本发明还提供了一种生产固溶强化铁素体蠕墨铸铁的方法，所述方法包括如下步骤：
使用蠕化剂和孕育剂对原铁水用冲入法或喂线法进行蠕化处理和孕育处理，蠕化率控制以80-95％，然后进行浇注。
上述固溶强化铁素体蠕墨铸铁的方法在另一种实施方式中，所述原铁水中各组分所占的质量百分比为：碳(C)：2.9-3.7％，硅(Si)：2.5-4.0％，锰(Mn)：0.0001-0.3％，磷(P)：0.0001-0.07％，铜(Cu)：0.0001-0.2％，铬(Cr)：0.0001-0.1％，钼(Mo)：0.0001-0.1％，锡(Sn)：0.0001-0.02％，硫(S)：0.007-0.020％，镁(Mg)：0.0001-0.005，稀土(RE)：0.0001-0.008％，余量为铁(Fe)以及不可避免的微量元素；其中碳当量需保持在4.2-4.6％，所述碳当量＝碳的质量百分比+(硅的质量百分比/3)。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)在材质性能方面：其基体以硅固溶强化铁素体为主，因此铸件本体抗拉强度高(400-550MPa)，硬度适中(190-220HB)，而且铸件不同部位硬度差小(小于15HB)，因此易于机加工且利于保证机加工精度，同时延伸率高(大于3.0％)，特别是屈强比(屈服强度与抗拉强度之比)高(0.88-0.93)；
(2)在生产成本方面：以硅为强化合金元素，所使用的原材料硅铁容易获得且价格低廉，没有额外添加Mo、Cu、Cr、Mn、Sn等合金，因此生产成本低。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
实施例一
本实施例提供了一种硅固溶强化铁素体蠕墨铸铁，各组分所占的质量百分比为：碳(C)：3.4％，硅(Si)：3.6％，锰(Mn)：0.23％，磷(P)：0.04％，铜(Cu)：0.04％，铬(Cr)：0.04％，钼(Mo)：0.03％，锡(Sn)：0.007％，硫(S)：0.010％，镁(Mg)：0.011％，稀土(RE)：0.025％，余量为铁(Fe)以及不可避免的微量元素；其中碳当量＝碳的质量百分比+(硅的质量百分比/3)，所述碳当量＝4.6％。
实施例二
本实施例提供了一种硅固溶强化铁素体蠕墨铸铁，各组分所占的质量百分比为：碳(C)：2.9％，硅(Si)：4.8％，锰(Mn)：0.23％，磷(P)：0.04％，铜(Cu)：0.04％，铬(Cr)：0.04％，钼(Mo)：0.03％，锡(Sn)：0.007％，硫(S)：0.010％，镁(Mg)：0.012％，稀土(RE)：0.020％，余量为铁(Fe)以及不可避免的微量元素；其中碳当量＝碳的质量百分比+(硅的质量百分比/3)，所述碳当量＝4.5％。
实施例三
本实施例提供了一种硅固溶强化铁素体蠕墨铸铁，各组分所占的质量百分比为：碳(C)：3.1％，硅(Si)：4.2％，锰(Mn)：0.23％，磷(P)：0.04％，铜(Cu)：0.04％，铬(Cr)：0.04％，钼(Mo)：0.03％，锡(Sn)：0.007％，硫(S)：0.013％，镁(Mg)：0.020％，稀土(RE)：0.010％，余量为铁(Fe)以及不可避免的微量元素；其中碳当量＝碳的质量百分比+(硅的质量百分比/3)，所述碳当量＝4.5％。
实施例四
生产上述三个实施例的硅固溶强化铁素体蠕墨铸铁的生产方法，包括如下步骤：
(1).配料和熔化：将碳含量大于3.3％的铸造生铁、组分为w(C)>96％，挥发分≤1.0％，w(S)≤0.5％，w(水分)≤0.55％，粒度为1-5mm的石墨类增碳剂以及熔炼用废钢放置在中频感应电炉中熔炼，待原铁水温度达到1430-1450℃后，进行扒渣，取样化验成分，并根据成分化验结果对铁水成分进行调整，上述三个实施例所对应的原铁水中各组分所占的质量百分比为：
(2)蠕化和孕育处理：所述蠕化处理过程是将蠕化剂放置到蠕化处理包内后，待合乎要求的原铁水冲入包内与蠕化剂反应后，蠕化处理过程结束，从而得到合乎要求的蠕化处理铁水。具体步骤入下：先在蠕化处理包的蠕化反应坑中加入稀土镁的蠕化剂，加入量为铁水重量的0.15－0.20％，并用粒度为3-10mm的75SiFe孕育剂加以覆盖；然后在出铁槽内加入稀土硅蠕化剂，加入量为出铁重量的0.09-0.12％，将所述铁水通过出铁槽出铁，其中出铁温度1500-1525℃，出铁后等待稀土硅蠕化剂的蠕化反应结束后进行扒渣，然后倒包到浇注包中进行浇注，浇注温度为1390-1425℃。
(3)冷却和开箱：浇注后待铸件在砂型内自然冷却到400℃以下开箱。
其中，所述稀土镁蠕化剂中各组分所占的质量百分比为：RE：4-6％，Mg：7-9％，Si：40-45％，其余为Fe，粒度为10-25mm，所述稀土硅蠕化剂的粒度为3-8mm，其中各组分所占的质量百分比为：：RE：29.5％，Si：45.6％，其余为Fe，粒度为3-8mm。
实施例五对比实施例
通过上述对比数据可以看出：
1、固溶强化铁素体蠕铁的延伸率、屈服强度、屈强比明显高于国标要求；
2、固溶强化铁素体蠕铁硬度适中，便于机加工。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (2)

1.一种固溶强化铁素体蠕墨铸铁，其特征在于，基体组织包含质量百分比大于80%的铁素体，并使用硅元素对铁素体进行固溶强化；
其中，各组分所占的质量百分比为：碳：2.9-3.5%，硅：3.0-4.8%，锰：0.0001-0.3%，磷：0.0001-0.07%，铜：0.0001-0.2%，铬：0.0001-0.1%，钼：0.0001-0.1%，锡：0.0001-0.02%，硫：0.007-0.020%，镁：0.008-0.030%，稀土：0.010-0.040%，余量为铁以及不可避免的微量元素；其中碳当量需保持在4.2-4.6%，所述碳当量＝碳的质量百分比＋（硅的质量百分比/3）；
该固溶强化铁素体蠕墨铸铁的生产方法包括如下步骤：
使用蠕化剂和孕育剂对原铁水用冲入法或喂线法进行蠕化处理和孕育处理，蠕化率控制以80-95%，然后进行浇注。
2.一种根据权利要求1所述的固溶强化铁素体蠕墨铸铁的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括如下步骤：
使用蠕化剂和孕育剂对原铁水用冲入法或喂线法进行蠕化处理和孕育处理，蠕化率控制以80-95%，然后进行浇注。
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