CN111926240B - 一种高强度、高延伸率球墨铸铁合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强度、高延伸率球墨铸铁合金，所述合金采用特殊的组分配比；所述合金具有由奥氏体和珠光体构成的金相组织。本发明还公开了上述合金的制备方法，经原料选择、模具准备、熔炼、成分调整、球化处理、浇筑和热处理，制备出具有由奥氏体和珠光体构成的金相组织为基体组织的球墨铸铁合金。本发明具有强度高、韧性好，以及优良的疲劳强度和冲击韧性和良好的加工性能，室内温抗拉强度可达到900MPa以上、屈服强度可达到600MPa以上、延伸率可达到10％以上，制造成本也较为低廉。

Description

一种高强度、高延伸率球墨铸铁合金及其制备方法

技术领域

本发明属于铸造合金技术领域，具体涉及一种高强度、高延伸率球墨铸铁合金及其制备方法。

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。球铁铸件已在所有主要工业部门中得到应用，这些部门要求高的强度、塑性、韧性、耐磨性、耐严重的热和机械冲击、耐高温或低温、耐腐蚀以及尺寸稳定性等。为了满足使用条件的这些变化、球墨铸铁有许多牌号，提供了机械性能和物理性能的一个很宽的范围。

而由于近年来提出的对车辆或其它机械设备等轻量化的需要，所使用的材料逐步向高强韧化发展。目前，已经有文献报道，采用铸态和热处理态等方法，研发出QT800-5的球墨铸铁合金材料，并在工业产品上进行了应用。上述材料的室温抗拉强度可达到800MPa以上、延伸率可达到5％以上，性能已经远远超出了现有传统的球墨铸铁合金材料。但上述材料仍然存在问题：首先是铸态材料不够稳定、机械性能偏差大；其次是热处理态成本提升太高、性价比较差；最后是目前工艺水平已经达到上限，材料性能很难有再提升的空间，难以满足更高的需求。

特别是近年来汽车部分零部件因轻量化，需要高强度、高延伸率球墨铸铁合金铁件材料。要保证具有良好的韧性、极高的抗拉强度和屈服强度，需要满足室温抗拉强度达到900MPa以上，延伸率可达到10％以上，实现最大程度的轻量化，同时需要制造成本能够尽可能满足市场需求。而现有的球墨铸铁合金材料很难同时满足高强度和高延伸率的性能指标。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的至少一种问题，提供一种高强度、高延伸率球墨铸铁合金及其制备方法，抗拉强度能够达到900MPa以上，延伸率可达到10％以上，且制造成本较为低廉。

为解决上述问题，本发明的技术方案如下：

本发明保护一种高强度、高延伸率球墨铸铁合金，所述合金各组分质量分数为C3.5～3.8％、Si2.75～2.8％、Mn0.5～0.55％、P0.04％以下、S0.02％以下、Mg0.055～0.058％、Cr0.09～0.10％、Ni0.06～0.07％、Mo0.12～0.15％、Cu0.7～0.8％、Sn0.01～0.02％、Al0.01～0.02％、Ti0.035～0.038％、V0.008～0.01％、Ba0.002～0.003％、Ca0.002～0.003％、RE0.0018～0.002％、N0.0025～0.003％、O0.0012～0.0015％，余下为Fe和无法去除的杂质；所述合金具有由奥氏体和珠光体构成的金相组织。

进一步，所述合金各组分质量分数为C3.75％、Si2.76％、Mn0.52％、P0.035％、S0.018％、Mg0.056％、Cr0.095％、Ni0.065％、Mo0.15％、Cu0.75％、Sn0.02％、Al0.015％、Ti0.036％、V0.01％、Ba0.0025％、Ca0.0025％、RE0.002％、N0.003％、O0.0015％，余下为Fe和无法去除的杂质。

进一步，所述合金具有由奥氏体骨架和片间距细密、组织偏析微小的珠光体构成的金相组织。

本发明还保护上述重在牵引车平衡桥支架的制备方法，包括以下步骤：

S1原料选择：选用含碳量为4.2～4.8％的生铁和低碳素合金低杂质压块废钢作为主要原料；选用碳化硅作为石墨形核生成剂，石墨型低硫增碳剂、优质长效专用孕育剂、高镁球化丝、珠光体型孕育丝和高强韧性球墨铸铁合金添加剂作为主要辅料；

S2模具准备：准备带可调温控覆膜砂箱作为模具；

S3熔炼：将步骤S1的主要原料和主要辅料用频率为2500Hz的中频感应电炉熔炼，而后精炼；

S4成分调整：对步骤S3精炼后的铁水除渣后在铁水包内加入首次孕育硅和合金包，调整铁水成分，将除硅外的其它元素调整至配比量；

S5球化处理：向步骤S4得到的铁水中添加剩余硅，并进行球化孕育处理，得到球化铁水；

S6浇筑：将步骤S5制得的球化铁水浇铸至步骤S2的模具中，同时控温辅助以同步浇铸孕育，制得铸件；

S7热处理：将步骤S6制得的铸件在热处理炉内进行两段化热处理，先奥氏体化，而后在380℃的恒温介质中淬火，制得合金铸件。

进一步，所述步骤S1和步骤S4中，生铁和废钢的比例、碳化硅的添加量、石墨型低硫增碳剂和首次孕育硅的添加量需要满足步骤S4成分调整后的铁水中C的质量分数控制在3.5～3.8％，Si的质量分数控制在1.45～1.50％。

进一步，所述步骤S5中，硅的添加量为1.3％。

进一步，所述步骤S5中，采用双丝法进行球化孕育处理，所述球化孕育处理需使球化率达到95％以上。

进一步，所述步骤S6中，浇铸需要在15秒内完成。

进一步，所述步骤S6中，浇铸后需要将铸件冷却至室温。

进一步，所述步骤S7中，奥氏体化过程需先升温至880℃以上，完全奥氏体化后，在300℃～340℃温度下保温2.5～3.5h。

本发明的有益效果是：本发明在优化C、Si、Mn、S、P五大主元素的基础上，通过添加碳化硅、Cr、Ni、Mo、Cu、Sn等合金元素，精确控制Mg的最终含量，调整Si在不同阶段的含量，采取精炼、静置、中和等工艺方法精确控制Ai、Ti、V、Ba、Ca、N、O等元素的含量，采用可调温砂箱和局部加保温板技术对铁水凝固过程进行凝固速度干预，采用两段法热处理工艺对铸态铸件进行热处理，有效促进了铁水洁净、石墨形态良好、金属基体组织晶粒细化、使奥氏体骨架强大、珠光体片间距细密、组织偏析微小，有效提高了材料的强度、韧性等综合机械性能；本发明具有强度高、韧性好，以及优良的疲劳强度和冲击韧性和良好的加工性能，室内温抗拉强度可达到900MPa以上、屈服强度可达到600MPa以上、延伸率可达到10％以上；本发明的应用范围极广，可用于制造成型各种形状复杂的汽车受力结构件，如平衡桥支架、发动机悬置支架、驾驶室悬置支架等。

具体实施方式

以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

本发明的一种高强度、高延伸率球墨铸铁合金，所述合金各组分质量分数为C3.5～3.8％、Si2.75～2.8％、Mn0.5～0.55％、P0.04％以下、S0.02％以下、Mg0.055～0.058％、Cr0.09～0.10％、Ni0.06～0.07％、Mo0.12～0.15％、Cu0.7～0.8％、Sn0.01～0.02％、Al0.01～0.02％、Ti0.035～0.038％、V0.008～0.01％、Ba0.002～0.003％、Ca0.002～0.003％、RE0.0018～0.002％、N0.0025～0.003％、O0.0012～0.0015％，余下为Fe和无法去除的杂质；所述合金具有由奥氏体和珠光体构成的金相组织。

本发明的最优选合金配比如下：所述合金各组分质量分数为C3.75％、Si2.76％、Mn0.52％、P0.035％、S0.018％、Mg0.056％、Cr0.095％、Ni0.065％、Mo0.15％、Cu0.75％、Sn0.02％、Al0.015％、Ti0.036％、V0.01％、Ba0.0025％、Ca0.0025％、RE0.002％、N0.003％、O0.0015％，余下为Fe和无法去除的杂质。

本发明的核心在于合金的金相组织，本发明优选通过热处理工艺和配比调整，使得所述合金具有由奥氏体骨架和片间距细密、组织偏析微小的珠光体构成的金相组织。

本发明合金中各元素的选择和添加量的确定是基于以下因素综合考量的结果。

Mn是碳化物形成元素，其稳定珠光体的作用十分明显，但又极易使组织产生偏析，且偏析富集在共晶团边界上，使晶料形状变差。它能够提高强度、硬度，也能降低韧性和塑性，最佳含量确定在0.52％。

Cu是生产铸态珠光体球墨铸铁最常用的元素，在共晶转变时促进石墨化，共析转变时则促进珠光体的形成，对细化珠光体片间距有良好的作用，因此可以改善断面组织与性能的均匀性，提高疲劳强度。最佳含量确定在0.75％。

Sn有强烈促进珠光体形成的元素，其能力是Cu的十倍，但它不会促进碳化物的出现，最佳含量确定在0.02％。

Ni溶与液体铁及铁素体，共晶期间促进石墨化，其作用相当于1/3Si，降低奥氏体转变温度，扩大奥氏体区，能细化并增加珠光体，稳定铁素体含量，最佳含量确定在0.065％。

Cr反石墨化作用属中强，共析转变时稳定珠光体，铬是缩小γ区的元素，能使基体的力学性能有所提高，最佳含量确定在0.095％。

Mo细化珠光体，亦能细化石墨，对铸铁的强化作用较大，Mo能使“C”曲线右移，并有使形成两个“凸点”的作用，故易得贝氏体，最佳含量确定在0.15％。

铸铁中硅是促进石墨化作用最强的合金元素，硅促进石墨化的能力，是镍的3倍，铜的5倍。液态铸铁中含有硅，就会使碳的溶解度降低。铁液中硅的含量愈高，碳含量相应地愈低，就会有更多的碳被排挤出来。共晶转变时，硅富集于早期结晶的共晶奥氏体中，抑制碳与铁化合成渗碳体，增强碳在奥氏体中的扩散速度，促使碳以共晶石墨的形态析出。共析转变时，固溶于奥氏体中的硅，仍然抑制碳与铁形成渗碳体，增强碳在奥氏体中的扩散速度，促使碳以共析石墨的形态析出。碳和硅是影响石墨形态、数量的主要元素。在其热处理过程中，硅促进碳在奥氏体中扩散。铸铁中的氧和氮都有稳定碳化物的作用。铸铁中含有的硅，可以使其中的氧、氮含量降低，这样，又间接地增强了硅对石墨化的作用。硅在铁素体中的固溶强化作用，在固态的铸铁中，硅几乎全部固溶于奥氏体和铁素体，不进入碳化物。硅原子与铁原子可以结合成具有强共价键的含硅铁素体，不仅促进铁素体形成，而且使铁素体强化的作用很强。最佳含量确定在2.76％。

Mg主要是促进球化的元素，适量的残余Mg是保证球化持续的核心，最佳含量确定在0.056％，

Al主要用来脱氧和细化晶粒。在铁素体及珠光体材料中，铝含量较高时，会降低其高温强度和韧性，并给冶炼、浇注等方面带来若干困难，最佳含量确定在0.015％。

RE稀土元素，稀土元素能提高材料的塑性和冲击韧性，可以提高钢的抗氧化性和抗腐蚀性。能改善铁水的流动性，减少非金属夹杂，使基体的组织致密、纯净，最佳含量确定在0.002％。

Ti、V0.01％0是反球化元素，但也有促进金属基体组织的作用，最佳含量确定分别在0.036％和0.01％。

Ba、Ca是稳定球化效果的元素，最佳含量确定分别在0.0025％和0.0025％。

适量的N、O参与球化过程可以促进充分的球化反应，最佳含量确定分别在0.003％和0.0015％。

上述最佳含量，是在添加元素确定后，基于单元素实验和多元素配比实验后，根据强度、延展性的需要，依据发明人的经验最终选择确定的。

而本发明的核心在于要获得一定残余量奥氏体和珠光体所构成的金相组织。而最优目标是获得由奥氏体骨架和片间距细密、组织偏析微小的珠光体构成的金相组织。

本发明需要制备出室内温抗拉强度可达到900MPa以上、屈服强度可达到600MPa以上、延伸率可达到10％以上的球墨铸铁合金材料。

依据现有的国家标准GBT1348-2009，现有球墨铸铁分为多个牌号，强度越高，延伸率越低。目前国标中强度最高的QT900-2牌号的球墨铸铁能够达到本发明需要的抗拉强度和屈服强度，然而延伸率只有2％，远远低于本发明的技术需要。对于球墨铸铁而言，同时提升其强度和延伸率是极为困难的。

同时，依据国标的记载，现有球墨铸铁的基体组织以铁素体、珠光体为主，高强度的球墨铸铁的基体组织会存在索氏体、马氏体和屈氏体。由于球墨铸铁的特殊性和硬度要求，因此在球墨铸铁的制备过程中需要去奥氏体化。这是因为奥氏体是一种层片状的金相组织，强度较低。目前的普遍认知是奥氏体的存在会大幅影响球墨铸铁的强度性能。

而本发明的发明人发现，采用特殊的工艺，可以使球墨铸铁能够形成以少量参与奥氏体为骨架，珠光体为主要金相组织的基体组织形态。能够同时提升球墨铸铁的强度和延伸率。本发明的合金配比即是为了更好的实现上述特殊工艺的。

本发明的制造方法包括以下步骤：

S1原料选择：选用含碳量为4.2～4.8％的生铁和低碳素合金低杂质压块废钢作为主要原料；选用碳化硅作为石墨形核生成剂，石墨型低硫增碳剂、优质长效专用孕育剂、高镁球化丝、珠光体型孕育丝和高强韧性球墨铸铁合金添加剂作为主要辅料；

S2模具准备：准备带可调温控覆膜砂箱作为模具；

S3熔炼：将步骤S1的主要原料和主要辅料用频率为2500Hz的中频感应电炉熔炼，而后精炼；

S4成分调整：对步骤S3精炼后的铁水除渣后在铁水包内加入首次孕育硅和合金包，调整铁水成分，将除硅外的其它元素调整至配比量；

S5球化处理：向步骤S4得到的铁水中添加剩余硅，并进行球化孕育处理，得到球化铁水；

S6浇筑：将步骤S5制得的球化铁水浇铸至步骤S2的模具中，同时控温辅助以同步浇铸孕育，制得铸件；

S7热处理：将步骤S6制得的铸件在热处理炉内进行两段化热处理，先奥氏体化，而后在380℃的恒温介质中淬火，制得合金铸件。

本发明方法中，材料选择和具体工艺参数选择基于以下综合因素的考虑。

生铁对铸件最终性能的影响，除微量元素的影响外，生铁内部的夹杂物、熔渣、气体等均对性能产生影响，要获得高品质的球墨铸铁件，生铁的品质影响是毋庸置疑的。釆用高纯生铁生产高强韧性球墨铸铁件，其断后伸长率可达到10％,充分的发掘了球墨铸铁的韧性优势。

废钢中的杂质元素较少、成分稳定、经过多轮高温锻炼，已消除了铸造用生铁的遗传效应，用大比例废钢熔炼出的铁液具有较高品质的潜质。采用废钢加増碳剂生产球墨铸铁，铸件的基体晶粒组织会更均匀，可以使球墨铸铁的韧性和强度均得到提高，性能提升。选用优质的碳素结构08AL废钢作为原材料，并压制成适合炉尺寸的压块。

增碳剂是需经过髙温持续电热处理，使硫、水分、灰分、挥发物及气体杂质被分离岀去，具有很高的化学纯度及石墨晶体形态。増碳剂应具有低的含硫量，高而稳定的増碳率，并具有很好的促进石墨化倾向及孕育功能。

预处理剂用于对铁液进行预处理，消除生铁中粗大石墨的遗传性，降低铁水过冷度，避免组织中出现B型、D型和E型石墨，铁水得到充分洁净，石墨细化，石墨分布状态优良，提高球化率，降低铸件缩松倾向，组织和力学性能及机械性能得到优化，减少球化剂加入量，减少夹渣和气孔缺陷。

使用工业级碳化硅作为石墨形核生成剂，随金属炉料同时加入感应电炉内同时熔炼，在熔炼阶段预先加入变质处理剂，在铁液中形成异质核心，使铁液在共晶凝固阶段得到足够多的产生球形石墨的核心，促进球化等级提高，细化、分散晶间偏析物，降低铁液凝固过程中的激冷倾向。

优选的，所述步骤S1和步骤S4中，生铁和废钢的比例、碳化硅的添加量、石墨型低硫增碳剂和首次孕育硅的添加量需要满足步骤S4成分调整后的铁水中C的质量分数控制在3.5～3.8％，Si的质量分数控制在1.45～1.50％。

优选的，所述步骤S5中，硅的添加量为1.3％。

合理分配炉前硅和孕育剂中所含硅的比例，最佳终硅量2.76％，炉前硅量1.46％、占比53％，孕育剂纯硅量1.3％、占比47％。发挥炉前硅与铁等元素在熔炼阶段形成化合物，以促使其在凝固过程中的相应阶段与Cu、Mn等元素共同作用构成强壮的奥氏体骨架，起到强化的作用。发挥孕育硅作为孕育剂主体对稳定球化效果、促进石墨球圆整、组织细化的作用。

优选的，所述步骤S5中，采用双丝法进行球化孕育处理，所述球化孕育处理需使球化率达到95％以上。

采用球化丝、孕育丝双丝喂丝球化孕育工艺，可以采用工业计算机进行智能化控制，***中置入拟出铁水的温度、重量、化学成分和球化丝、孕育丝进给量的标准参数，每次出铁水时根据瞬间变量由计算机***进行动态调整。孕育丝进给时按比例调节进给提前量和滞后量，确保孕育过程提前参与和滞后结束，可以促进球化效果。

优选的，所述步骤S6中，浇铸需要在15秒内完成。

优选的，所述步骤S6中，浇铸后需要将铸件冷却至室温。

本发明采用温度可调节的砂箱作为模具。能够在砂箱内部设置用于加热的电加热管和用于冷却的循环冷却回路，并由智能控制***进行智能控制，根据支架不同部位的厚度、强度和韧性要求，进行动态调整，确保在支架铸件的不同部位的强度和韧性达到一致。

优选的，所述步骤S7中，奥氏体化过程需先升温至880℃以上，完全奥氏体化后，在300℃～340℃温度下保温2.5～3.5h。

两段热处理，将球墨铸铁升温至880℃完全奥氏体化后，进行320℃左右保温3小时，进行奥氏体化，以利用组织中存在的部分先共析铁素体提高基体组织的塑韧性，降低硬度，改善加工性能，但又对抗拉强度、屈服强度和弯曲疲劳强度进行提升。在380℃的恒温介质中进行淬火，使基体组织形成具有含碳量较高的残余奥氏体，并细化组织，以进一步提高工件的综合力学性能。

实施例1：

本实施例的一种重型牵引车平衡桥支架铸件，其化学成分配比为C3.75％、Si2.76％、Mn0.52％、P0.035％、S0.018％、Mg0.056％、Cr0.095％、Ni0.065％、Mo0.15％、Cu0.75％、Sn0.02％、Al0.015％、Ti0.036％、V0.01％、Ba0.0025％、Ca0.0025％、RE0.002％、N0.003％、O0.0015％。

按照以下生产工艺制备：

第一步：选用含碳量为4.5％优质生铁、优质碳素低合金低杂质压块废钢、煅烧高纯碳化硅、石墨型低硫增碳剂、优质长效专用孕育剂、高镁球化丝、珠光体型孕育丝、高强韧性球墨铸铁合金添加剂，作为原材料。

第二步：制造高强韧性球墨铸铁铸件专用模型和带可调温控覆膜砂箱。

第三步：将原材料用频率为2500Hz的中频感应电炉熔炼成铁水熔液，加入铁水精炼剂进行精炼。

第三步：对铁水除渣后在铁水包内加入首次孕育硅和合金包，调整铁水的合金成分。

第四步：用双丝法对铁水进行球化孕育处理，获得球化率为95％以上且孕育良好的球化铁水。

第四步：运用自动浇注***将铁水在15秒以内浇注入恒温的砂箱内，并且辅助以同步浇注孕育。

第五步：铸件在砂箱内冷却25min开箱、测温。

第六步：将铸件置入专用热处理炉内进行两段化热处理。升温至880℃完全奥氏体化后，在320℃左右保温3小时，进行奥氏体化。最后在380℃的恒温介质中进行淬火。

在OBLF光电直读光谱仪测定材料的化学成分。按照GB/T9449-2008标准从铸件本体取样制作成标准试棒，在DNC3000电子拉力试验机上进行室温拉伸，拉伸速率为2mm/min。按照GB/T1348-2009标准检测试棒的抗拉强度和屈服强度。最终测试数据如表1。

表1测试数据表

从附表中数据可以看出，本实施例的球墨铸铁合金可以依靠本发明方法制造，本实施例的球墨铸铁合金室内温抗拉强度可达到930MPa、屈服强度可达到670MPa、延伸率可达到10％以上。

实施例2

本实施例的一种重型牵引车平衡桥支架铸件，其化学成分配比为C3.55％、Si2.7％、Mn0.50％、P0.035％、S0.018％、Mg0.050％、Cr0.09％、Ni0.06％、Mo0.12％、Cu0.7％、Sn0.01％、Al0.01％、Ti0.035％、V0.008％、Ba0.002％、Ca0.002％、RE0.018％、N0.0025％、O0.0012％。

按照以下生产工艺制备：

第一步：选用含碳量为4.5％优质生铁、优质碳素低合金低杂质压块废钢、煅烧高纯碳化硅、石墨型低硫增碳剂、优质长效专用孕育剂、高镁球化丝、珠光体型孕育丝、高强韧性球墨铸铁合金添加剂，作为原材料。

第二步：制造高强韧性球墨铸铁重型牵引车平衡桥支架铸件专用模型和带可调温控覆膜砂箱。

第三步：将原材料用频率为2500Hz的中频感应电炉熔炼成铁水熔液，加入铁水精炼剂进行精炼。

第三步：对铁水除渣后在铁水包内加入首次孕育硅和合金包，调整铁水的合金成分。

第四步：用双丝法对铁水进行球化孕育处理，获得球化率为95％以上且孕育良好的球化铁水。

第四步：运用自动浇注***将铁水在15秒以内浇注入恒温的砂箱内，并且辅助以同步浇注孕育。

第五步：铸件在砂箱内冷却25min开箱、测温。

第六步：将铸件置入专用热处理炉内进行两段化热处理。升温至880℃完全奥氏体化后，在300℃左右保温2.5小时，进行奥氏体化。最后在380℃的恒温介质中进行淬火。

在OBLF光电直读光谱仪测定材料的化学成分。按照GB/T9449-2008标准从铸件本体取样制作成标准试棒，在DNC3000电子拉力试验机上进行室温拉伸，拉伸速率为2mm/min。按照GB/T1348-2009标准检测试棒的抗拉强度和屈服强度。最终测试数据如表2。

表2测试数据表

从附表中数据可以看出，本实施例的重型牵引车平衡桥支架铸件可以依靠本发明方法制造，本实施例的重型牵引车平衡桥支架铸件室内温抗拉强度可达到917MPa、屈服强度可达到658MPa、延伸率可达到10.4％。

实施例3：

本实施例的一种发动机悬置支架铸件，其化学成分配比为C3.80％、Si2.8％、Mn0.55％、P0.035％、S0.018％、Mg0.058％、Cr0.1％、Ni0.07％、Mo0.15％、Cu0.8％、Sn0.02％、Al0.02％、Ti0.038％、V0.01％、Ba0.003％、Ca0.003％、RE0.002％、N0.003％、O0.0015％。

按照以下生产工艺制备：

第一步：选用含碳量为4.5％优质生铁、优质碳素低合金低杂质压块废钢、煅烧高纯碳化硅、石墨型低硫增碳剂、优质长效专用孕育剂、高镁球化丝、珠光体型孕育丝、高强韧性球墨铸铁合金添加剂，作为原材料。

第二步：制造高强韧性球墨铸铁重型牵引车平衡桥支架铸件专用模型和带可调温控覆膜砂箱。

第三步：将原材料用频率为2500Hz的中频感应电炉熔炼成铁水熔液，加入铁水精炼剂进行精炼。

第三步：对铁水除渣后在铁水包内加入首次孕育硅和合金包，调整铁水的合金成分。

第四步：用双丝法对铁水进行球化孕育处理，获得球化率为95％以上且孕育良好的球化铁水。

第四步：运用自动浇注***将铁水在15秒以内浇注入恒温的砂箱内，并且辅助以同步浇注孕育。

第五步：铸件在砂箱内冷却25min开箱、测温。

第六步：将铸件置入专用热处理炉内进行两段化热处理。升温至880℃完全奥氏体化后，在340℃左右保温3.5小时，进行奥氏体化。最后在380℃的恒温介质中进行淬火。

在OBLF光电直读光谱仪测定材料的化学成分。按照GB/T9449-2008标准从铸件本体取样制作成标准试棒，在DNC3000电子拉力试验机上进行室温拉伸，拉伸速率为2mm/min。按照GB/T1348-2009标准检测试棒的抗拉强度和屈服强度。最终测试数据如表3。

表3测试数据表

从附表中数据可以看出，本实施例的发动机悬置支架铸件可以依靠本发明方法制造，本实施例的发动机悬置支架铸件室内温抗拉强度可达到965MPa、屈服强度可达到685MPa、延伸率可达到10.1％。

通过以上实施例及测试数据可知，本发明可以制备强度在抗拉强度在900Mpa以上、屈服强度在600Mpa以上的球墨铸铁合金。机械强度性能已经达到目前已知球墨铸铁合金的最高牌号等级，强度已经超过国家标准GB/T1348-2009记载的QT900-2牌号的球墨铸铁。本发明的球墨铸铁合金的延伸率能够达到10％以上，远超目前QT800以上牌号的球墨铸铁。真正实现了制备同时满足高强度和高延伸率的球墨铸铁合金材料。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高强度、高延伸率球墨铸铁合金，其特征在于：所述合金各组分质量分数为C3.5～3.8％、Si2.75～2.8％、Mn0.5～0.55％、P0.04％以下、S0.02％以下、Mg0.055～0.058％、Cr0.09～0.10％、Ni0.06～0.07％、Mo0.12～0.15％、Cu0.7～0.8％、Sn0.01～0.02％、Al0.01～0.02％、Ti0.035～0.038％、V0.008～0.01％、Ba0.002～0.003％、Ca0.002～0.003％、RE0.0018～0.002％、N0.0025～0.003％、O0.0012～0.0015％，余下为Fe和无法去除的杂质；

所述合金具有由奥氏体骨架和片间距细密、组织偏析微小的珠光体构成的金相组织；

所述高强度、高延伸率球墨铸铁合金的制备方法包括以下步骤：

S1原料选择：选用含碳量为4.2～4.8％的生铁和低碳素合金低杂质压块废钢作为主要原料；选用碳化硅作为石墨形核生成剂，石墨型低硫增碳剂、优质长效专用孕育剂、高镁球化丝、珠光体型孕育丝和高强韧性球墨铸铁合金添加剂作为主要辅料；

S2模具准备：准备带可调温控覆膜砂箱作为模具；

S3熔炼：将步骤S1的主要原料和主要辅料用频率为2500Hz的中频感应电炉熔炼，而后精炼；

S4成分调整：对步骤S3精炼后的铁水除渣后在铁水包内加入首次孕育硅和合金包，调整铁水成分，将除硅外的其它元素调整至配比量；

S5球化处理：向步骤S4得到的铁水中添加剩余硅，并进行球化孕育处理，得到球化铁水；

S6浇铸：将步骤S5制得的球化铁水浇铸至步骤S2的模具中，同时控温辅助以同步浇铸孕育，制得铸件；

S7热处理：将步骤S6制得的铸件在热处理炉内进行两段化热处理，先奥氏体化，而后在380℃的恒温介质中淬火，制得合金铸件；

其中，步骤S7中，奥氏体化过程需先升温至880℃以上，完全奥氏体化后，在300℃～340℃温度下保温2.5～3.5h。

2.根据权利要求1所述的高强度、高延伸率球墨铸铁合金，其特征在于：所述合金各组分质量分数为C3.75％、Si2.76％、Mn0.52％、P0.035％、S0.018％、Mg0.056％、Cr0.095％、Ni0.065％、Mo0.15％、Cu0.75％、Sn0.02％、Al0.015％、Ti0.036％、V0.01％、Ba0.0025％、Ca0.0025％、RE0.002％、N0.003％、O0.0015％，余下为Fe和无法去除的杂质。

3.根据权利要求1所述的高强度、高延伸率球墨铸铁合金，其特征在于，所述步骤S1和步骤S4中，生铁和废钢的比例、碳化硅的添加量、石墨型低硫增碳剂和首次孕育硅的添加量需要满足步骤S4成分调整后的铁水中C的质量分数控制在3.5～3.8％，Si的质量分数控制在1.45～1.50％。

4.根据权利要求1所述的高强度、高延伸率球墨铸铁合金，其特征在于，所述步骤S5中，硅的添加量为1.3％。

5.根据权利要求1所述的高强度、高延伸率球墨铸铁合金，其特征在于，所述步骤S5中，采用双丝法进行球化孕育处理，所述球化孕育处理需使球化率达到95％以上。

6.根据权利要求1所述的高强度、高延伸率球墨铸铁合金，其特征在于，所述步骤S6中，浇铸需要在15秒内完成。

7.根据权利要求1所述的高强度、高延伸率球墨铸铁合金，其特征在于，所述步骤S6中，浇铸后需要将铸件冷却至室温。