CN107435117A - 一种破碎型铁素体加珠光体结构的高强韧球墨铸铁及其生产方法 - Google Patents
一种破碎型铁素体加珠光体结构的高强韧球墨铸铁及其生产方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种破碎型铁素体加珠光体结构的高强韧球墨铸铁及其生产方法。在球墨铸铁熔炼铸造过程中，将铸态球墨铸铁放置于正火炉保温，保温温度为810‑860℃，保温1‑1.5小时，空冷后即得破碎型铁素体加珠光体结构的高强韧球墨铸铁。以本发明的生产方法可获得破碎分散型的铁素体组织，并可控制破碎型铁素体含量在1％～10％，从而即可体现珠光体球墨铸铁的高强度，又能获得铁素体球墨铸铁的高塑性和高韧性。本发明提供的破碎型铁素体加珠光体高强韧球墨铸铁的性能特征为：抗拉强度830～920Mpa，伸长率6‑9％，冲击韧性50‑70J/cm‑2，布氏硬度250‑270HBW。该球墨铸铁同时具有较高的抗拉强度、高伸长率和高冲击韧性，能够普遍适用于汽车曲轴、凸轮轴、液压缸体等部件。
Description
技术领域
本发明属于金属冶金技术领域，涉及一种破碎型铁素体加珠光体结构的高强韧球墨铸铁及其生产方法。
背景技术
球墨铸铁是一种高强度铸铁材料，其综合性能接近于钢，已被广泛应用于各种动力机械曲轴、凸轮轴、连接轴、连杆、齿轮、离合器片、液压缸体等零部件。球墨铸铁按其基体组织区分，可分为铁素体型球墨铸铁、奥氏体加贝氏体型球墨铸铁和珠光体型球墨铸铁。铁素体型球墨铸铁的基体几乎完全为铁素体组织，其抗拉强度较低(200-400MPa)，但伸长率较高(20-30％)。奥氏体加贝氏体型球墨铸铁综合性能较好，抗拉强度可达到900MPa以上，伸长率可超过10％，通常需要经过等温淬火热处理，生产工艺较为复杂，成本相对较高。珠光体型球墨铸铁应用最为广泛，由于其珠光体含量一般为80％以上，“牛眼状”铁素体包围着球状石墨，使其表现出较高的抗拉强度(600-800MPa)，然而其伸长率仅为2-3％，冲击韧性也仅为20-30J/cm2。因此，在考虑生产成本的前提下，如何获得一种同时具有高强度、高伸长率和高冲击韧性的球墨铸铁就成为目前亟需解决的技术问题。
发明内容
为克服现有球墨铸铁性能的不足，本发明提供一种破碎型铁素体加珠光体结构的高强韧球墨铸铁及其生产方法，该球墨铸铁同时具有较高的抗拉强度、高伸长率和高冲击韧性，能够普遍适用于汽车曲轴、凸轮轴、液压缸体等部件。本发明提供的破碎型铁素体加珠光体球墨铸铁的组织特征为：细小圆整的石墨球、珠光体和破碎型铁素体组成，以本发明的生产方法可获得破碎分散型的铁素体组织，并可控制破碎型铁素体含量在1％～10％，从而即可体现珠光体球墨铸铁的高强度，又能获得铁素体球墨铸铁的高塑性和高韧性。本发明提供的破碎型铁素体加珠光体高强韧球墨铸铁的性能特征为：抗拉强度830～900Mpa，伸长率6-9％，冲击韧性50-70J/cm-2，布氏硬度250-270HBW。本发明提供的破碎型铁素体加珠光体结构的高强韧球墨铸铁的生产方法包括如下步骤：
(1)成分配比：按重量百分比计，C：3.5-3.9％，Si：1.7-2.1％，Mg：0.03-0.05％，Cu：0.4-0.8％，Mn：0.3-0.6％，Sb：0.006-0.02％，S≤0.025％，P≤0.06％，Re：0.012-0.015％，其他杂质总含量≤0.02-0.05％，余量为Fe；
(2)炉料选配：采用高纯生铁、低P低S废钢、回炉料和铁屑，按步骤(1)成分配比作为炉料；
(3)熔炼和精炼：采用中频感应电炉熔化炉料得到铁水，按步骤(1)成分配比加入工业锰铁、工业硅铁和电解铜均匀熔炼，经脱硫精炼后出炉，出炉温度为：1400-1480℃；
(4)球化处理：选用Z6S球化剂，加入比例为0.9％，将其与步骤(3)精炼后的铁水加入球化包中处理，得到球化后铁水；
(5)孕育处理：选用75Si-Fe孕育剂，采用随流孕育的方式，孕育剂粒度为0.2-0.5mm，加入量0.3-0.5kg/min，总量不超过0.6％；
(6)浇注和开箱：将步骤(5)所得铁水注入铁模覆砂铸型浇注成型，浇注温度为1380-1440℃，冷却后开箱，获得铸态球墨铸铁；
(7)正火热处理：将铸态球墨铸铁放置正火炉保温，保温温度为810-860℃，时间为1-1.5小时，然后取出空冷。该过程中铸态球墨铸铁被加热到奥氏体、铁素体和石墨的三相共存区保温，通过控制保温温度和时间，使铸态球墨铸铁进行部分奥氏体化转变，即在共晶团内部发生P(珠光体)→γ(奥氏体)的转变，而在“牛眼状”铁素体的晶界处发生α(铁素体)+C(石墨)→γ(奥氏体)的转变。经过1-1.5小时的保温，冷却后奥氏体将重新转变为珠光体，而铁素体不发生变化保留下来，形成破碎状或分散状。
本发明的有益效果：
(1)本发明制备的球墨铸铁具有细小圆整的石墨球、珠光体和破碎型铁素体组成的结构。以本发明的方法可获得破碎分散型的铁素体组织，并可控制破碎型铁素体含量在1％～10％，从而既可体现珠光体球墨铸铁的高强度，又能获得铁素体球墨铸铁的高塑性和高韧性。破碎型铁素体呈类似放射状或沿晶界分布，较之“牛眼状”铁素体更能保持珠光体的骨架作用，使之在具有较高的韧性时，仍能保持较高的抗拉强度。同时，当裂纹从破碎型铁素体边缘通过，裂纹会避开破碎铁素体而沿珠光体内曲折发展，相对增加了承受冲击的有效截面，提高冲击韧性。
(2)本发明提供的破碎型铁素体加珠光体结构的球墨铸铁生产方法，获得了同时具有高强度、高伸长率和高冲击韧性的球墨铸铁，抗拉强度为830～920Mpa，伸长率为6-9％，冲击韧性为50-70J/cm-2，布氏硬度为250-290HBW，易于后续加工，且制备方法简单易行。
附图说明
图1为本发明实施例1和对比例1球墨铸铁曲轴金相组织图，其中，A为实施例1，B为对比例1。
图2为本发明实施例2和对比例2球墨铸铁曲轴金相组织图，其中，A为实施例2，B为对比例2。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。实施例仅是对本发明的阐述，不限制本发明范围。下述实施例以球墨铸铁汽车曲轴生产为例。
实施例1破碎型铁素体加珠光体高强韧球墨铸铁曲轴的生产过程如下：
(1)成分配比：按重量百分比计，C：3.5-3.9％，Si：1.7-2.1％，Mg：0.03-0.05％，Cu：0.4-0.8％，Mn：0.3-0.6％，Sb：0.006-0.02％，S≤0.025％，P≤0.06％，Re：0.012-0.015％，其他杂质总含量≤0.02-0.05％，余量为Fe；
(2)炉料选配：采用低P低S废钢5％和铁屑10％，回炉料35％，其余为高纯生铁，按步骤(1)成分配比作为炉料；
(3)熔炼和精炼：采用中频感应电炉熔化炉料得到铁水，按步骤(1)成分配比加入工业锰铁0.6％、工业硅铁1.0％和电解铜0.5％均匀熔炼，经脱硫精炼后出炉，出炉温度为：1450℃；
(4)球化处理：选用Z6S球化剂，加入比例为0.9％；
(5)孕育处理：选用75Si-Fe孕育剂，采用随流孕育的方式，孕育剂粒度为0.2-0.5mm，加入量0.3-0.5kg/min，总量不超过0.6％；
(6)浇注和开箱：将步骤(5)所得铁水注入铁模覆砂曲轴铸型浇注成型，浇注温度为1380℃，冷却后开箱，获得铸态球墨铸铁曲轴；
(7)正火热处理：将铸态球墨铸铁曲轴放置于正火炉保温，保温温度为850℃，时间为1小时，而后取出空冷。
对比例1
对比例1与实施例1的区别在于，不进行(7)正火热处理的步骤，即浇注、开箱后获得铸态球墨铸铁曲轴。
经检测，获得的球墨铸铁成分为(按重量百分比计)：C：3.63％，Si：1.93％，Mg：0.05％，Cu：0.66％，Mn：0.52％，Sb：0.005％，S：0.014％，P：0.036％，Re：0.013％，余量为Fe。经实施例1获得的球墨铸铁曲轴金相组织中，铁素体成破碎分散状分布，含量约为1.5％，见图1A。实施例1获得的球墨铸铁曲轴力学性能如下：抗拉强度888MPa，伸长率6.5％，冲击韧性53J/cm-2，布氏硬度265HBW。对比例1中铸态球墨铸铁曲轴金相组织，铁素体呈“牛眼状”包围于石墨球，见图1B。铸态球墨铸铁曲轴力学性能如下：抗拉强度780MPa，伸长率2.2％，冲击韧性25J/cm-2，布氏硬度235HBW。
实施例2：
(1)成分配比：按重量百分比计，C：3.5-3.9％，Si：1.7-2.1％，Mg：0.03-0.05％，Cu：0.4-0.8％，Mn：0.3-0.6％，Sb：0.006-0.02％，S＜0.025％，P＜0.06％，Re：0.012-0.015％，其他杂质总含量≤0.02-0.05％，余量为Fe；
(2)炉料选配：采用低P低S废钢5％和铁屑10％，回炉料35％，其余为高纯生铁，按步骤(1)成分配比作为炉料；
(3)熔炼和精炼：采用中频感应电炉熔化炉料得到铁水，按步骤(1)成分配比加入工业锰铁0.6％、工业硅铁1.0％和电解铜0.5％均匀熔炼，经脱硫精炼后出炉，出炉温度为：1480℃；
(4)球化处理：选用Z6S球化剂，加入比例为0.9％；
(5)孕育处理：选用75Si-Fe孕育剂，采用随流孕育的方式，孕育剂粒度为0.2-0.5mm，加入量0.3-0.5kg/min，总量不超过0.6％；
(6)浇注和开箱：将步骤(5)所得铁水注入铁模覆砂曲轴铸型浇注成型，浇注温度为1440℃，冷却后开箱，获得铸态球墨铸铁曲轴；
(7)正火热处理：将铸态球墨铸铁曲轴放置于正火炉保温，保温温度为810℃，时间为1.5小时，而后取出空冷。
对比例2
对比例2与实施例2的区别在于，不进行(7)正火热处理的步骤，即浇注、开箱后获得铸态球墨铸铁曲轴。
经检测，获得的球墨铸铁成分为(按重量百分比计)：C：3.70％，Si：2.02％，Mg：0.041％，Cu：0.61％，Mn：0.39％，Sb：0.006％，S：0.012％，P：0.034％，Re：0.013％，余量为Fe。经实施例2获得的球墨铸铁曲轴金相组织中，铁素体成破碎分散状分布，含量约为5.5％，见图2A。力学性能如下：抗拉强度830MPa，伸长率9.7％，冲击韧性67J/cm-2，布氏硬度284HBW。对比例2中铸态球墨铸铁曲轴金相组织，铁素体呈“牛眼状”包围于石墨球，见图2B。铸态球墨铸铁曲轴力学性能如下：抗拉强度800MPa，伸长率2.0％，冲击韧性22J/cm-2，布氏硬度235HBW。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种破碎型铁素体加珠光体结构的高强韧球墨铸铁的生产方法，其特征在于，在球墨铸铁熔炼铸造过程中，将铸态球墨铸铁放置于正火炉保温，保温温度为810-860℃，保温1-1.5小时，空冷后即得破碎型铁素体加珠光体结构的高强韧球墨铸铁。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)成分配比：按重量百分比计，C：3.5-3.9％，Si：1.7-2.1％，Mg：0.03-0.05％，Cu：0.4-0.8％，Mn：0.3-0.6％，Sb：0.006-0.02％，S≤0.025％，P≤0.06％，Re：0.012-0.015％，其他杂质总含量≤0.02-0.05％，余量为Fe；
(2)炉料选配：采用高纯生铁、低P低S废钢、回炉料和铁屑，按步骤(1)成分配比作为炉料；
(3)熔炼和精炼：采用中频感应电炉熔化炉料得到铁水，按步骤(1)成分配比加入工业锰铁、工业硅铁和电解铜均匀熔炼，经脱硫精炼后出炉，出炉温度为：1400-1480℃；
(4)球化处理：选用Z6S球化剂，加入比例为0.9％，将其与步骤(3)精炼后的铁水加入球化包中处理，得到球化后铁水；
(5)孕育处理：选用75Si-Fe孕育剂，采用随流孕育的方式，孕育剂粒度为0.2-0.5mm，加入量0.3-0.5kg/min，总量不超过0.6％；
(6)浇注和开箱：将步骤(5)所得铁水注入铁模覆砂铸型浇注成型，浇注温度为1380-1440℃，冷却后开箱，获得铸态球墨铸铁；
(7)正火热处理：将铸态球墨铸铁放置正火炉保温，保温温度为810-860℃，时间为1-1.5小时，然后取出空冷。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中采用低P低S废钢5％和铁屑10％，回炉料35％，其余为高纯生铁，按步骤(1)成分配比作为炉料。
4.根据权利要求1所述的的方法，其特征在于，所述步骤(3)加入工业锰铁0.6％、工业硅铁1.0％和电解铜0.5％均匀熔炼。
5.一种破碎型铁素体加珠光体结构的高强韧球墨铸铁是按照权利要求1所述方法制备的。
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