CN113088804A - 一种铸造高强度球铁及制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于合金铸铁材料和铸造工艺领域，具体涉及一种铸态高强度球铁材料及其制造方法；具体技术方案为：一种铸造高强度球铁，球铁内各组分的重量配比为：C的质量百分比为3.3％～3.8％，Si的质量百分比为2.1％～2.8％，Mn的质量百分比为0.3%～0.8％，Cu的质量百分比为0.3%～0.9％，Mg的质量百分比为0.03%～0.08％，Sn的质量百分比为0.01%～0.05％，P的质量百分比小于或等于0.04%，S的质量百分比小于或等于0.03%；本发明的铸铁组织有效细化，提升高强度球铁中珠光体的数量百分比，从而获得较高的抗拉强度、屈服强度、一定的冲击吸收功和伸长率。

Description

一种铸造高强度球铁及制造方法
技术领域
本发明属于合金铸铁材料和铸造工艺领域，具体涉及一种铸态高强度球铁材料及其制造方法。
背景技术
铸铁是一种铁碳硅合金，一般C的质量分数为2.0～4.5％，Si的质量分数1～3％。此外，铸铁合金中常含有Mn、P、S及其他合金元素。按石墨形态的不同，可分为灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁和可锻铸铁；按照合金化程度可以分为普通铸铁和合金铸铁，合金元素含量较高的铸铁也可叫做合金铸铁。
球磨铸铁的性能与其珠光体含量和石墨球的大小、数量以及形态具有密切关系，在石墨球状态一定的情况下，珠光体在基体组织中占比越低，相对强度越低，韧性越高；珠光体在基体组织中占比越高，相对强度越高，韧性越低。材料在满足高强度的同时，要满足一定的韧性，在提高珠光体含量的同时，对石墨球的形态也要有严格的要求。
据测算，汽车自重减轻10%，其燃油效率可提高5.5%。零部件在实际应用中通过结构优化，采用新型的高强度铸钢、高强度球墨铸铁及一些其它新材料的运用，减小了汽车重量，大大改善了汽车零部件性能。
汽车减重和性能改善越来越受到人们的日益重视，世界各大汽车公司已将轻量化零件作为重要发展方向。在欧美国家中，各国的汽车厂商正积极争取采用高强度、低重量零件的多少来作为自身车辆领先的标志。同时，在国内环保治理过程中，对汽车运输使用的特殊要求性，未来长距离运输依托铁路和水运，短距离运输要求新能源汽车和环保国六车型，特别是在载重汽车领域，轻量化已是各个汽车制造商的竞争目标。只有轻量化才能相对降低油耗，减少排放，提高新能源汽车的续航能力。高强度球铁QT900-6在性能上优于普通铸钢，实现了以铁代钢，可使用在汽车零部件以及其它领域的零部件上。
发明内容
为解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种高强度球铁材料及制造工艺，制得的球铁在性能上优于普通铸钢，实现了以铁代钢，将制得的球铁应用在汽车零部件及其他领域的零部件上，实现零部件的轻量化。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种铸造高强度球铁，球铁内各组分的重量配比为：C的质量百分比为3.3％～3.8％，Si的质量百分比为2.1％～2.8％，Mn的质量百分比为0.3%～0.8％，Cu的质量百分比为0.3%～0.9％，Mg的质量百分比为0.03%～0.08％，Sn的质量百分比为0.01%～0.05％，P的质量百分比小于或等于0.04%，S的质量百分比小于或等于0.03%，其余是铁。
高强度球铁的碳当量为4～4.7。
高强度球铁材料的石墨形态包括球型石墨，球形石墨的圆整度≥90％，球型石墨的粒度级别为6～7级。
高强度球铁材料包括球光体，球光体的数量百分比≥85％，高强度球铁材料具有较高的强度和硬度，耐磨性能明显改善。
高强度球铁的抗拉强度Rm≥900MPa，屈服强度Rp0.2≥600MPa，一定的冲击吸收功Ak≥60J，伸长率Z≥6%。
一种铸造高强度球铁的制造方法，具体步骤如下：
一、铁液熔炼：将废钢、增碳剂、合金、回炉料依次放入熔炼炉内，完成铁液熔化及化学成份调配，出炉温度为1560℃～1580℃。
二、球化处理和孕育处理：在球化包内依次放入球化剂、硅铁孕育剂、铜和锡，将出炉后的铁水倒入浇注包内进行球化处理和孕育处理，得到球状石墨组织。
所使用球化剂的化学成分和各成分的质量百分比含量依次为：Mg6.0～8.0%，稀土RE1.0～3.0%，Ga0.6～0.8。
球化剂加入量为铁液总重量的1.2～1.4%。
三、浇注：将铁液浇入铸型，待铸件冷却20分钟后取出。
铸件的化学成分和各成分的质量百分比含量依次为：C的质量百分比为3.2％～3.6％，Si的质量百分比为2.1％～2.8％，Mn的质量百分比为0.3%～0.8％，Cu的质量百分比为0.3%～0.9％，Mg的质量百分比为0.03%～0.08％，Sn的质量百分比为0.01%～0.05％，P的质量百分比小于或等于0.04%，S的质量百分比小于或等于0.03%；Fe为余量。
本发明与现有技术相比，具体有益效果体现在：本发明通过添加质量百分比为0.3％～0.8％的Mn和质量百分比为0.3％～0.9％的Gu可有效细化铸铁组织，提升高强度球铁QT900-6材料中珠光体的数量百分比，从而获得较高的抗拉强度Rm、屈服强度Rp0.2、一定的冲击吸收功Ak和伸长率Z。
通过控制碳当量并添加Sn、Cu和Mn以对材料进行成分设计，在提高珠光体含量的同时，避免铸造白口倾向，有效细化铸铁组织，提升高强度球铁QT900-6材料的力学性能和抗磨损性能，改善了耐磨灰铸铁材料的切削加工性能，从而使耐磨灰铸铁材料具有工程应用价值。
附图说明
图1为珠光体数量百分比为80%时，球铁在100倍镜下的金相图。
图2为珠光体数量百分比为85%时，球铁在100倍镜下的金相图。
图3为珠光体数量百分比为90%时，球铁在100倍镜下的金相图。
图4为球化>80%时，石墨球大小6级，球铁在100倍镜下的金相图。
图5为球化>85%时，石墨球大小6级，球铁在100倍镜下的金相图。
图6为球化>90%时，石墨球大小6级，球铁在100倍镜下的金相图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种铸造高强度球铁，包括C、Si、Cu、Mn、Mg和Sn球铁内各组分的重量配比为：C的质量百分比为3.3％～3.8％，Si的质量百分比为2.1％～2.8％，Mn的质量百分比为0.3%～0.8％，Cu的质量百分比为0.3%～0.9％，Mg的质量百分比为0.03%～0.08％，Sn的质量百分比为0.01%～0.05％，P的质量百分比小于或等于0.04%，S的质量百分比小于或等于0.03%，其余是铁。
高强度球铁QT900-6材料的碳当量为4～4.7，有利于获得较多的石墨球数量。
高强度球铁QT900-6材料的石墨形态包括球型石墨，球形石墨的圆整度≥90％，球型石墨的粒度级别为6～7级。
高强度球铁QT900-6材料包括球光体，球光体的数量百分比≥85％，高强度球铁QT900-6材料具有较高的强度和硬度，耐磨性能明显改善。
高强度球铁的抗拉强度Rm≥900MPa，屈服强度Rp0.2≥600MPa，一定的冲击吸收功Ak≥60J，伸长率Z≥6%。
一种铸造高强度球铁的制造方法，
一、铁液熔炼：将废钢、增碳剂、合金、回炉料依次放入熔炼炉内，完成铁液熔化及化学成份调配，出炉时，铁液化学成分符合要求。
磁性铁液的化学成分和各成分的质量百分比含量依次为：C的质量百分比为3.3％～3.8％，Si的质量百分比为2.1％～2.8％，Mn的质量百分比为0.3%～0.8％，Cu的质量百分比为0.3%～0.9％，Mg的质量百分比为0.03%～0.08％，Sn的质量百分比为0.01%～0.05％，P的质量百分比小于或等于0.04%，S的质量百分比小于或等于0.03%，余量为Fe。
出炉温度为1560℃～1580℃。
二、球化处理和孕育处理：在球化包内依次放入球化剂、硅铁孕育剂、铜和锡，将出炉后的铁水倒入浇注包内进行球化处理和孕育处理，得到球状石墨组织；
所使用球化剂的化学成分和各成分的质量百分比含量依次为：Mg6.0～8.0%，稀土RE1.0～3.0%，Ga0.6～0.8。
球化剂加入量为铁液总重量的1.2～1.4%。
三、浇注：将符合技术要求的铁液浇入铸型，待铸件冷却20分钟后取出。
铸件的化学成分和各成分的质量百分比含量依次为：C的质量百分比为3.2％～3.6％，Si的质量百分比为2.1％～2.8％，Mn的质量百分比为0.3%～0.8％，Cu的质量百分比为0.3%～0.9％，Mg的质量百分比为0.03%～0.08％，Sn的质量百分比为0.01%～0.05％，P的质量百分比小于或等于0.04%，S的质量百分比小于或等于0.03%；Fe为余量。
利用高强度球铁QT900-6材料加工铸件时采用顶柱式浇铸，顶柱式浇铸的温度为1360℃～1440℃，通过球铁所制得的铸件热场有效分布以有利于后续过程中所述铸件的顺序凝固，改善所述铸件内部的缺陷，使得所述铸件致密、无缩松、缩孔、裂纹，避免了底注、侧注和平浇影响所述铸件的温度场分布并产生裂纹和疏松缺陷的问题，提升了所述铸件的质量。
铸件采取加速凝固措施，以使得所述铸件更为致密。
浇铸采用顶注式浇铸的方式，避免了底注、侧注和平浇影响所述铸件的温度场分布问题，如图1-6所示，使所述铸件致密，无缩松、缩孔、裂纹等铸造缺陷，提升了所述铸件质量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包在本发明范围内。

Claims (9)

1.一种铸造高强度球铁，其特征在于，球铁内各组分的重量配比为：C的质量百分比为3.3％～3.8％，Si的质量百分比为2.1％～2.8％，Mn的质量百分比为0.3%～0.8％，Cu的质量百分比为0.3%～0.9％，Mg的质量百分比为0.03%～0.08％，Sn的质量百分比为0.01%～0.05％，P的质量百分比小于等于0.04%，S的质量百分比小于等于0.03%，其余是铁。
2.根据权利要求1所述的一种铸造高强度球铁，其特征在于，球铁的碳当量为4～4.7。
3.根据权利要求2所述的一种铸造高强度球铁，其特征在于，球铁内的石墨形态包括球形石墨，球形石墨的圆整度≥90％，球型石墨的粒度级别为6～7级。
4.根据权利要求3所述的一种铸造高强度球铁，其特征在于，球铁内球光体的数量百分比≥85％。
5.根据权利要求4所述的一种铸造高强度球铁，其特征在于，球铁的抗拉强度Rm≥900MPa，屈服强度Rp0.2≥600MPa，冲击吸收功Ak≥60J，伸长率Z≥6%。
6.用于制造权利要求1所述的一种铸造高强度球铁的制造方法，其特征在于，具体步骤如下：
一、铁液熔炼：将废钢、增碳剂、合金、回炉料依次放入熔炼炉内，完成铁液熔化及化学成份调配，出炉温度为1560℃～1580℃；
二、球化处理和孕育处理：在球化包内依次放入球化剂、硅铁孕育剂、铜和锡，将出炉后的铁水倒入浇注包内进行球化处理和孕育处理，得到球状石墨组织；
球化剂加入量为铁液总重量的1.2～1.4%；
三、浇注：将铁液浇入铸型，待铸件冷却20分钟后取出。
7.根据权利要求6所述的一种铸造高强度球铁的制造方法，其特征在于，所使用球化剂的化学成分和各成分的质量百分比含量依次为：Mg6.0～8.0%，稀土RE1.0～3.0%，Ga0.6～0.8。
8.根据权利要求7所述的一种铸造高强度球铁的制造方法，其特征在于，球化剂加入量为铁液总重量的1.2～1.4%。
9.根据权利要求8所述的一种铸造高强度球铁的制造方法，其特征在于，铸件的化学成分和各成分的质量百分比含量依次为：C的质量百分比为3.2％～3.6％，Si的质量百分比为2.1％～2.8％，Mn的质量百分比为0.3%～0.8％，Cu的质量百分比为0.3%～0.9％，Mg的质量百分比为0.03%～0.08％，Sn的质量百分比为0.01%～0.05％，P的质量百分比小于或等于0.04%，S的质量百分比小于或等于0.03%；Fe为余量。
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