CN110527899A - 一种应用于抗震高强度水冷中间壳上的球墨铸铁材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于抗震高强度水冷中间壳上的球墨铸铁材料，按重量百分比所述球墨铸铁材料由以下组份组成:碳3.600％—3.800％；硅2.500％—2.700％；锰0.300％—0.400％；硫＜0.030％；磷＜0.050％；镁0.031％—0.044％；铼0.020％—0.030％；其余为铁。本发明中，水冷中间壳的材料使用球墨铸铁材料，球墨铸铁材料的基体组织为珠光体，其中VI型石墨的比例在80％以上，球化率达到95％，该材料本体的壁厚超过100mm，硬度超过165HB，并且抗拉强度大于432Mpa，延伸率在15％左右，使得水冷中间壳的水腔可以承受较大的压力，不仅提高了中间壳体的材料强度，还保证了较高的延伸率，进而提高了抗震性能。

Description

一种应用于抗震高强度水冷中间壳上的球墨铸铁材料

技术领域

本发明涉及球墨铸铁技术技术领域，尤其涉及一种应用于抗震高强度水冷中间壳上的球墨铸铁材料。

背景技术

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。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。

中间壳一般分为常规中间壳和水冷中间壳，水冷中间壳由于采用水作为冷却介质所以散热性能优于常规的油冷中间壳。但采用水冷却也带来了新的隐患，在水腔内高达60℃-70℃的冷却水易被温度约为600℃的高温燃气气化，当中间壳水腔壁承受不了气体压力后，将会使机车水、油互通，导致整台增压器损坏，现有中间壳大都为灰铸铁材质，由于灰铸铁的抗拉强度、塑性和韧性都低于球墨铸铁，特别是塑性、韧性几乎为零。对于在大型工程机械及船用柴油机上应用的中间壳，工作环境更加恶劣，持续工作产生的巨大热量及震动性，更容易使中间壳发生断裂等故障。更需要一种适用水冷结构，且抗震高强度中间壳材料的研发。现一般球墨铸铁在中间体上应用较少，其对铸造工艺要求更高，成本率较低，其塑性和韧性仍达不到在大型工程机械及船用柴油机上应用的理想效果。

发明内容

本发明的目的在于：为了解决现有中间壳的抗震性能以及强度不足的问题，而提出的一种应用于抗震高强度水冷中间壳上的球墨铸铁材料。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种应用于抗震高强度水冷中间壳上的球墨铸铁材料，按重量百分比所述球墨铸铁材料由以下组份组成:碳3.600％—3.800％；硅2.500％—2.700％；锰0.300％—0.400％；硫＜0.030％；磷＜0.050％；镁0.031％—0.044％；铼0.020％—0.030％；其余为铁。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述球墨铸铁材料由以下组份组成:碳3.629％；硅2.531％；锰0.331％；硫0.015％；磷0.032％；镁0.035％；铼0.025％；其余为铁。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述球墨铸铁材料的基体组织为珠光体，其中VI型石墨的比例≥82％，球化率≥96％。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述球墨铸铁材料的本体壁厚≥100mm，硬度为320HB—330HB。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述球墨铸铁材料的抗拉强度≥950Mpa，延伸率为14％—16％。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述一种应用于抗震高强度水冷中间壳上的球墨铸铁材料的制备方法包括以下步骤：

1)称取炉料，按重量百分比所述炉料包括：生铁50％—60％、球铁回炉料10％—20％、废钢30％—40％、增碳剂0.5％—0.9％、硅铁0.7％—1.0％、电解铜1.3％—1.6％、铼铁0.025％—0.045％；

2)将废钢、增碳剂、球铁回炉料、硅铁和生铁依次加入电炉中熔炼，待完全熔化后加入电解铜和铼铁，将温度升高至1420℃—1440℃，对所述电炉中的铁水进行成分分析，把成分调整到符合要求后，快速升温至1480℃—1500℃，并保温3min—5min；

3)将所述电炉内的所述铁水的温度降低至1430℃～1450℃，将所述铁水快速倒入浇包内，同时进行球化孕育处理；

4)出铁结束后，扒净所述浇包内的所述铁水液面上的渣，进行铸件浇注，同步进行随流孕育；

5)浇注结束后，使所述铸件在砂型内冷却到280℃以下，然后依次进行落砂、分离、抛丸和热处理，得到所述球墨铸铁材料。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明中，水冷中间壳的材料使用球墨铸铁材料，球墨铸铁材料的基体组织为珠光体，其中VI型石墨的比例在80％以上，球化率达到95％，该材料本体的壁厚超过100mm，硬度超过165HB，并且抗拉强度大于432Mpa，延伸率在15％左右，使得水冷中间壳的水腔可以承受较大的压力，不仅提高了中间壳体的材料强度，还保证了较高的延伸率，进而提高了抗震性能。

2、本发明中，通过本材料实验可以将灰铸铁中间体替换成发明的球墨铸铁的材料，大大增强了中间体的耐热性，并且随着温度的上升，灰铸铁的减震性能下降，但对球墨铸铁影响很小，球磨铸铁其强度也远超高强度灰铸铁，在涡轮增压器使用时增加使用寿命，增加由于工作中水冷去循环遇热汽化瞬时承受高压的能力，同时高强度、高延伸率使得材料韧性更好，而良好塑性和韧性使得抗震性能更好，由于同时具备了更高的强度及韧性，此产品便减小了由于性能局限所带来的故障风险。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的试验数据，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种应用于抗震高强度水冷中间壳上的球墨铸铁材料，按重量百分比球墨铸铁材料由以下组份组成:碳3.600％—3.800％；硅2.500％—2.700％；锰0.300％— 0.400％；硫＜0.030％；磷＜0.050％；镁0.031％—0.044％；铼0.020％—0.030％；其余为铁；

本发明所提供的应用于抗震高强度水冷中间壳上的球墨铸铁材料的制备方法包括以下步骤：称取炉料，按重量百分比所述炉料包括：生铁50％—60％、球铁回炉料10％—20％、废钢30％—40％、增碳剂0.5％—0.9％、硅铁0.7％—1.0％、电解铜1.3％—1.6％、铼铁0.025％—0.045％；将废钢、增碳剂、球铁回炉料、硅铁和生铁依次加入电炉中熔炼，待完全熔化后加入电解铜和铼铁，将温度升高至1420℃—1440℃，对所述电炉中的铁水进行成分分析，把成分调整到符合要求后，快速升温至1480℃—1500℃，并保温3min—5min；将所述电炉内的所述铁水的温度降低至1430℃～1450℃，将所述铁水快速倒入浇包内，同时进行球化孕育处理；出铁结束后，扒净所述浇包内的所述铁水液面上的渣，进行铸件浇注，同步进行随流孕育；浇注结束后，使所述铸件在砂型内冷却到280℃以下，然后依次进行落砂、分离、抛丸和热处理，得到所述球墨铸铁材料。

实施例2

一种应用于抗震高强度水冷中间壳上的球墨铸铁材料，按重量百分比球墨铸铁材料由以下组份组成:碳3.638％；硅2.548％；锰0.329％；硫0.016％；磷0.033％；镁0.024％；铼0.024％；其余为铁；

本发明所提供的应用于抗震高强度水冷中间壳上的球墨铸铁材料的制备方法包括以下步骤：称取炉料，按重量百分比所述炉料包括：生铁50％—60％、球铁回炉料10％—20％、废钢30％—40％、增碳剂0.5％—0.9％、硅铁0.7％—1.0％、电解铜1.3％—1.6％、铼铁0.025％—0.045％；将废钢、增碳剂、球铁回炉料、硅铁和生铁依次加入电炉中熔炼，待完全熔化后加入电解铜和铼铁，将温度升高至1420℃—1440℃，对所述电炉中的铁水进行成分分析，把成分调整到符合要求后，快速升温至1480℃—1500℃，并保温3min—5min；将所述电炉内的所述铁水的温度降低至1430℃～1450℃，将所述铁水快速倒入浇包内，同时进行球化孕育处理；出铁结束后，扒净所述浇包内的所述铁水液面上的渣，进行铸件浇注，同步进行随流孕育；浇注结束后，使所述铸件在砂型内冷却到280℃以下，然后依次进行落砂、分离、抛丸和热处理，得到所述球墨铸铁材料。

实施例3

一种应用于抗震高强度水冷中间壳上的球墨铸铁材料，按重量百分比球墨铸铁材料由以下组份组成:碳3.635％；硅2.527％；锰0.332％；硫0.013％；磷0.037％；镁0.029％；铼0.022％；其余为铁；

本发明所提供的应用于抗震高强度水冷中间壳上的球墨铸铁材料的制备方法包括以下步骤：称取炉料，按重量百分比所述炉料包括：生铁50％—60％、球铁回炉料10％—20％、废钢30％—40％、增碳剂0.5％—0.9％、硅铁0.7％—1.0％、电解铜1.3％—1.6％、铼铁0.025％—0.045％；将废钢、增碳剂、球铁回炉料、硅铁和生铁依次加入电炉中熔炼，待完全熔化后加入电解铜和铼铁，将温度升高至1420℃—1440℃，对所述电炉中的铁水进行成分分析，把成分调整到符合要求后，快速升温至1480℃—1500℃，并保温3min—5min；将所述电炉内的所述铁水的温度降低至1430℃～1450℃，将所述铁水快速倒入浇包内，同时进行球化孕育处理；出铁结束后，扒净所述浇包内的所述铁水液面上的渣，进行铸件浇注，同步进行随流孕育；浇注结束后，使所述铸件在砂型内冷却到280℃以下，然后依次进行落砂、分离、抛丸和热处理，得到所述球墨铸铁材料。

实施例4

一种应用于抗震高强度水冷中间壳上的球墨铸铁材料，按重量百分比球墨铸铁材料由以下组份组成:碳3.629％；硅2.531％；锰0.331％；硫0.015％；磷0.032％；镁0.035％；铼0.025％；其余为铁；

本发明所提供的应用于抗震高强度水冷中间壳上的球墨铸铁材料的制备方法包括以下步骤：称取炉料，按重量百分比所述炉料包括：生铁50％—60％、球铁回炉料10％—20％、废钢30％—40％、增碳剂0.5％—0.9％、硅铁0.7％—1.0％、电解铜1.3％—1.6％、铼铁0.025％—0.045％；将废钢、增碳剂、球铁回炉料、硅铁和生铁依次加入电炉中熔炼，待完全熔化后加入电解铜和铼铁，将温度升高至1420℃—1440℃，对所述电炉中的铁水进行成分分析，把成分调整到符合要求后，快速升温至1480℃—1500℃，并保温3min—5min；将所述电炉内的所述铁水的温度降低至1430℃～1450℃，将所述铁水快速倒入浇包内，同时进行球化孕育处理；出铁结束后，扒净所述浇包内的所述铁水液面上的渣，进行铸件浇注，同步进行随流孕育；浇注结束后，使所述铸件在砂型内冷却到280℃以下，然后依次进行落砂、分离、抛丸和热处理，得到所述球墨铸铁材料。

实施例5

一种应用于抗震高强度水冷中间壳上的球墨铸铁材料，按重量百分比球墨铸铁材料由以下组份组成:碳3.640％；硅2.529％；锰0.353％；硫0.013％；磷0.029％；镁0.044％；铼0.029％；其余为铁；

本发明所提供的应用于抗震高强度水冷中间壳上的球墨铸铁材料的制备方法包括以下步骤：称取炉料，按重量百分比所述炉料包括：生铁50％—60％、球铁回炉料10％—20％、废钢30％—40％、增碳剂0.5％—0.9％、硅铁0.7％—1.0％、电解铜1.3％—1.6％、铼铁0.025％—0.045％；将废钢、增碳剂、球铁回炉料、硅铁和生铁依次加入电炉中熔炼，待完全熔化后加入电解铜和铼铁，将温度升高至1420℃—1440℃，对所述电炉中的铁水进行成分分析，把成分调整到符合要求后，快速升温至1480℃—1500℃，并保温3min—5min；将所述电炉内的所述铁水的温度降低至1430℃～1450℃，将所述铁水快速倒入浇包内，同时进行球化孕育处理；出铁结束后，扒净所述浇包内的所述铁水液面上的渣，进行铸件浇注，同步进行随流孕育；浇注结束后，使所述铸件在砂型内冷却到280℃以下，然后依次进行落砂、分离、抛丸和热处理，得到所述球墨铸铁材料。

实施例6

一种应用于抗震高强度水冷中间壳上的球墨铸铁材料，按重量百分比球墨铸铁材料由以下组份组成:碳3.633％；硅2.532％；锰0.391％；硫0.012％；磷0.029％；镁0.031％；铼0.023％；其余为铁；

本发明所提供的应用于抗震高强度水冷中间壳上的球墨铸铁材料的制备方法包括以下步骤：称取炉料，按重量百分比所述炉料包括：生铁50％—60％、球铁回炉料10％—20％、废钢30％—40％、增碳剂0.5％—0.9％、硅铁0.7％—1.0％、电解铜1.3％—1.6％、铼铁0.025％—0.045％；将废钢、增碳剂、球铁回炉料、硅铁和生铁依次加入电炉中熔炼，待完全熔化后加入电解铜和铼铁，将温度升高至1420℃—1440℃，对所述电炉中的铁水进行成分分析，把成分调整到符合要求后，快速升温至1480℃—1500℃，并保温3min—5min；将所述电炉内的所述铁水的温度降低至1430℃～1450℃，将所述铁水快速倒入浇包内，同时进行球化孕育处理；出铁结束后，扒净所述浇包内的所述铁水液面上的渣，进行铸件浇注，同步进行随流孕育；浇注结束后，使所述铸件在砂型内冷却到280℃以下，然后依次进行落砂、分离、抛丸和热处理，得到所述球墨铸铁材料。

试验

经过多次不同含量的成分试验后，当碳、硅基本恒定的情况下随锰元素的增加球墨铸铁中间体的抗拉强度由432Mpa逐渐增加至568Mpa，硬度也由165HB增加至206HB,但是其延伸率随锰的增加呈现下降趋势由19.2％降至9.8％，如表1 所示：

表1

在碳、硅、锰、硫、磷成份基本相同的条件下对球磨铸铁的球化情况进行比较得出表2和表3数值：

表2

表3

在同等条件下残留镁含量在0.031％-0.044％，RE总量在0.02％-0.03％的范围内球化率能达到2级朝上，且石墨大小及分布较为均匀。通过上述实验得到在成份范围碳3.600％-3.800％、硅2.500％-2.700％、锰0.300％-0.400％、磷＜0.050％、硫＜0.030％镁0.031％-0.044％，RE总量在0.020％-0.030％的条件下所得到的球磨铸铁在高强度下仍能保证15％左右的延伸率，按重量百分比球墨铸铁材料由以下组份组成:碳3.629％；硅2.531％；锰0.331％；硫0.015％；磷0.032％；镁0.035％；铼0.025％；其余为铁，球墨铸铁材料的本体壁厚≥100mm，硬度≥165HB，球墨铸铁材料的抗拉强度≥432Mpa，延伸率14％—16％。

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，任何熟悉本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 (6)

1.一种应用于抗震高强度水冷中间壳上的球墨铸铁材料，其特征在于，按重量百分比所述球墨铸铁材料由以下组份组成:碳3.600％—3.800％；硅2.500％—2.700％；锰0.300％—0.400％；硫＜0.030％；磷＜0.050％；镁0.031％—0.044％；铼0.020％—0.030％；其余为铁。

2.根据权利要求1所述的一种应用于抗震高强度水冷中间壳上的球墨铸铁材料，其特征在于，按重量百分比所述球墨铸铁材料由以下组份组成:碳3.629％；硅2.531％；锰0.331％；硫0.015％；磷0.032％；镁0.035％；铼0.025％；其余为铁。

3.根据权利要求1所述的一种应用于抗震高强度水冷中间壳上的球墨铸铁材料，其特征在于，所述球墨铸铁材料的基体组织为珠光体，其中VI型石墨的比例≥82％，球化率≥96％。

4.根据权利要求1所述的一种应用于抗震高强度水冷中间壳上的球墨铸铁材料，其特征在于，所述球墨铸铁材料的本体壁厚≥100mm，硬度为320HB—330HB。

5.根据权利要求1所述的一种应用于抗震高强度水冷中间壳上的球墨铸铁材料，其特征在于，所述球墨铸铁材料的抗拉强度≥950Mpa，延伸率为14％—16％。

6.一种应用于抗震高强度水冷中间壳上的球墨铸铁材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

1)称取炉料，按重量百分比所述炉料包括：生铁50％—60％、球铁回炉料10％—20％、废钢30％—40％、增碳剂0.5％—0.9％、硅铁0.7％—1.0％、电解铜1.3％—1.6％、铼铁0.025％—0.045％；

2)将废钢、增碳剂、球铁回炉料、硅铁和生铁依次加入电炉中熔炼，待完全熔化后加入电解铜和铼铁，将温度升高至1420℃—1440℃，对所述电炉中的铁水进行成分分析，把成分调整到符合要求后，快速升温至1480℃—1500℃，并保温3min—5min；

3)将所述电炉内的所述铁水的温度降低至1430℃～1450℃，将所述铁水快速倒入浇包内，同时进行球化孕育处理；

4)出铁结束后，扒净所述浇包内的所述铁水液面上的渣，进行铸件浇注，同步进行随流孕育；

5)浇注结束后，使所述铸件在砂型内冷却到280℃以下，然后依次进行落砂、分离、抛丸和热处理，得到所述球墨铸铁材料。