專利名稱：一種磁性鑄鐵及該材質(zhì)鑄件的鑄造工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鑄鐵材料相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，特別提供了一種磁性鑄鐵及該材質(zhì)鑄件的鑄造工藝方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，現(xiàn)代裝備對部件的要求越來越高，不但要求其具有良好的力學(xué)性能，而且同時要求其具有一定的特殊性能，如一些重大裝備控制系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)部件要求具有良好的力學(xué)性能、導(dǎo)熱性、減震性，同時要求必須具有良好的導(dǎo)磁性，以實現(xiàn)靈敏、可靠、耐久的電磁控制動作。工程應(yīng)用中主要使用低碳鋼或不銹鋼材質(zhì)，為保證部件質(zhì)量，采用鍛造毛坯加工成形，材質(zhì)利用率低，生產(chǎn)周期長，制造成本高。球墨鑄鐵材質(zhì)具有良好的力學(xué)性能、導(dǎo)熱性和減震性，鑄造工藝性能良好，可以鑄造生產(chǎn)復(fù)雜鑄件，且生產(chǎn)周期短，制造成本低。已作為結(jié)構(gòu)材料得到廣泛應(yīng)用，但對其磁性能的研究還很少。鑄造手冊(鑄鐵卷)(北京，機(jī)械工業(yè)出版社，2003年P(guān)325)給出普通鐵素體球墨鑄鐵的最大磁導(dǎo)率為1. 76X 10_3(H/m)，珠光體球墨鑄鐵的最大磁導(dǎo)率為0. 69X 10_3 (H/m)，不能滿足特殊工程部件對材料導(dǎo)磁性能的要求。同時，鑄造手冊(鑄鐵卷)(北京， 機(jī)械工業(yè)出版社，2003年P(guān)354)推薦普通鐵素體球墨鑄鐵的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)為 3. 5 3. 9%C (碳)，2. 0 2· 7%Si (硅)，(0. 6%Mn (錳)，(0. 07 %P (磷)，(0. 02%S (硫)。從球墨鑄鐵的組織特性分析，存在提高其導(dǎo)磁率的可能。需要解決的問題是如何通過化學(xué)成分設(shè)計和生產(chǎn)工藝創(chuàng)新，生產(chǎn)具有高導(dǎo)磁性的磁性鑄鐵，用于制造具有磁性能要求的部件。人們期望獲得一種技術(shù)效果好的磁性鑄鐵以及使用該材質(zhì)的鑄件的鑄造工藝方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種技術(shù)效果好的磁性鑄鐵以及使用該材質(zhì)的鑄件的鑄造工藝方法。本發(fā)明提供了一種磁性鑄鐵，其特征在于所述磁性鑄鐵的化學(xué)成分和各成分的質(zhì)量百分比含量依次為C 2. 5 3. 5%, Si :2. 6 3. 5%, Mn彡0. 30%, P彡0. 04%, S 彡 0. 03%, Fe 余量。本發(fā)明還要求保護(hù)使用如上所述磁性鑄鐵的鑄件的鑄造工藝方法，其特征在于 其中，所述磁性鑄鐵在鑄造過程中的熱處理工藝具體要求為
隨爐加熱到900°C 960°C保溫，保溫時間隨鑄件厚度而定，一般為4 6小時，保溫結(jié)束后隨爐卻冷至700°C 760°C，再進(jìn)行二次保溫，具體的二次保溫時間優(yōu)選為2 6小時， 二次保溫結(jié)束后隨爐冷卻至550°C 600°C，然后出爐冷卻至室溫。保溫時間依據(jù)鑄件壁厚確定。在本發(fā)明中，熱處理過程是本發(fā)明的關(guān)鍵點(diǎn)之一，熱處理的目的是得到鐵素體基體， 并使組織均勻化。所述磁性鑄鐵鑄件的鑄造工藝方法按照實施過程依次是
①鐵液熔煉將原料放入熔煉爐內(nèi)，完成鐵液熔化及化學(xué)成份調(diào)配；出爐時鐵液化學(xué)成分符合要求所述磁性鑄鐵的化學(xué)成分和各成分的質(zhì)量百分比含量依次為c :2. 5
33. 5%, Si 2. 6 3. 5%, Mn 彡 0. 30%, P 彡 0. 04%, S 彡 0. 03%, Fe 余量，要求嚴(yán)格控制 S、P 等雜質(zhì)元素的含量將有助于提高材質(zhì)的導(dǎo)磁性；出爐溫度為1400°C 1520°C ；
②球化處理和孕育處理在澆注包內(nèi)進(jìn)行球化處理和孕育處理，
所述磁性鑄鐵需進(jìn)行球化處理，以得到球狀石墨組織。所使用的球化劑的化學(xué)成分和各成分的質(zhì)量百分比含量依次為Mg :5. 0 8. 0%，稀土 RE :1. 0 6. 0% ；球化劑加入量為鐵液重量的1. 0 1. 6% ；孕育劑主要包含有硅鐵或/和鋇硅鐵，其加入量為步驟①中調(diào)配后鐵液重量的0. 9 1. 2% ；
③澆注將符合技術(shù)要求的鐵液澆入鑄型，待鑄件冷卻后取出；
④鑄件的化學(xué)成分和各成分的質(zhì)量百分比含量依次為C:2. 5 3.5%，Si :2. 6 3. 5%, Mn ( 0. 30%, P 彡 0. 04%, S 彡 0. 03%, Fe 余量；
⑤鑄件熱處理。所述磁性球墨鑄鐵鑄件的鑄造工藝方法中，還要求滿足下述進(jìn)一步優(yōu)選的具體要求
在步驟②球化處理和孕育處理過程中，在澆注包內(nèi)采用沖入法進(jìn)行球化處理和孕育處
理，
在步驟③澆注處理過程中，鑄件冷卻后，要求取出鑄件進(jìn)行清理，修整毛邊； 在步驟⑤鑄件熱處理過程中，還有下述要求隨爐加熱到900°C 960°C保溫，保溫時間隨鑄件厚度而定，一般為4 6小時，保溫結(jié)束后隨爐卻冷至700°C 760°C，再進(jìn)行二次保溫2 6小時，二次保溫結(jié)束后隨爐冷卻至550°C 600°C，之后出爐冷卻至室溫。相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
①采用本專利技術(shù)生產(chǎn)的磁性鑄鐵，化學(xué)成分為低碳高硅，這將有助于提高材料的導(dǎo)磁性。金相組織為鐵素體+球狀石墨，抗拉強(qiáng)度彡400MPa,伸長率彡18%。。②采用本專利技術(shù)生產(chǎn)的磁性鑄鐵，具有高的導(dǎo)磁率和低的矯頑力，最大導(dǎo)磁率可達(dá) 2. 4X10-3 (H/m)，矯頑力為 89 160 A/m。③生產(chǎn)工藝簡單，鑄件質(zhì)量穩(wěn)定。十年來，沈陽鑄造研究所采用本發(fā)明技術(shù)生產(chǎn)各類磁性球墨鑄鐵件已逾600噸，鑄件最長服役期已超過10年，質(zhì)量穩(wěn)定，滿足了各類工程需要。
具體實施例方式
實施例1
磁性鑄鐵鑄件鑄造生產(chǎn)方法。鐵液熔化采用感應(yīng)電爐、中性整體爐襯。鐵液化學(xué)成分符合本技術(shù)要求后出爐，出爐溫度1480°c 1520°C，采用包內(nèi)沖入法進(jìn)行球化處理和孕育處理，球化劑主要成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％)為6.0%Mg (鎂)、2.0%RE (稀土)，球化劑加入量1.0%， 孕育劑加入量0. 9%，經(jīng)球化處理和孕育處理的鐵液澆入樹脂砂鑄型，鑄件經(jīng)冷卻、清理后進(jìn)行熱處理。鑄件的主要化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)為3. 49%C、2. 66%Si、0. 11% Μη、0. 016%P、 0. 011%S ；鑄件熱處理工藝為鑄件隨爐加熱到900°C保溫，保溫時間4小時，保溫結(jié)束后隨爐卻冷至720°C，再保溫4小時，保溫結(jié)束后隨爐冷卻至550°C出爐冷卻至室溫。鑄件檢測結(jié)果為抗拉強(qiáng)度:405 (MPa)、伸長率23 (%)、最大導(dǎo)磁率:1.90X10_3 (H/m)，產(chǎn)品為某大型裝備電磁控制系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)部件。實施例2實施例2與實施例1基本相同，其不同之處主要是鑄型為水玻璃砂型；球化劑主要成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％)為5. 0%Mg (鎂)、1. 0%RE (稀土)，球化劑加入量1. 2%，孕育劑加入量1. 0% ；鑄件的主要化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)為3. 42%C、2. 87%Si、0. 23% Mn、< 0. 034%P、< 0. 008%S ； 鑄件熱處理工藝為鑄件隨爐加熱到940°C保溫，保溫時間6小時，保溫結(jié)束后隨爐卻冷至 750°C，再保溫4小時，保溫結(jié)束后隨爐冷卻至550°C出爐冷卻至室溫。鑄件檢測結(jié)果為抗拉強(qiáng)度425 (MPa)、伸長率23 (%)、最大導(dǎo)磁率2. 20X 10_3 (H/m)，產(chǎn)品為某裝備電磁控制系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)部件。實施例3
實施例3與實施例1基本相同，其不同之處主要有鑄型為煤粉砂型；磁性球墨鑄鐵鑄件的主要化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％)為:3. 14%C、3. 10%Si、0. 25% Μη、0· 039%P、0. 012%S ；鑄件熱處理工藝為鑄件隨爐加熱到960°C保溫，保溫時間6小時，保溫結(jié)束后隨爐卻冷至760V， 再保溫6小時，保溫結(jié)束后隨爐冷卻至600°C出爐冷卻至室溫。鑄件檢測結(jié)果為抗拉強(qiáng)度 435 (MPa)、伸長率23 (%)、最大導(dǎo)磁率2. 30X 10_3 (H/m)，產(chǎn)品為某裝備電磁控制系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)部件。實施例4
實施例4與實施例1基本相同，其不同之處主要有
鑄型為水玻璃砂型；球化劑主要成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)為8. 0%Mg (鎂)、6. 0%RE (稀土)， 球化劑加入量1. 6%，孕育劑加入量1. 2% ；鑄件的主要化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)為3. 00%C、 3. 29%Si,0. 15% Μη、0. 033%P、彡0. 023%S ；鑄件熱處理工藝為鑄件隨爐加熱到900°C保溫，保溫時間5小時，保溫結(jié)束后隨爐卻冷至700°C，再保溫6小時，保溫結(jié)束后隨爐冷卻至 550°C出爐冷卻至室溫。鑄件檢測結(jié)果為抗拉強(qiáng)度480 (MPa)、伸長率21 (%)、最大導(dǎo)磁率2. 30ΧΙΟ"3 (H/m)，產(chǎn)品為某裝備電磁控制系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)部件。實施例5
實施例5與實施例1基本相同，其不同之處主要有
鑄型為水玻璃砂型；球化劑主要成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)為6. 5%Mg (鎂)、2. 5%RE (稀土)， 球化劑加入量1. 3%，孕育劑加入量1. 05% ；鑄件的主要化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)為2. 78%C、 3. 55%Si、0. 16%Μη、0· 038%P、0. 023%S ；鑄件熱處理工藝為鑄件隨爐加熱到960°C保溫，保溫時間6小時，保溫結(jié)束后隨爐卻冷至760V，再保溫2小時，保溫結(jié)束后隨爐冷卻至600°C 出爐冷卻至室溫。鑄件檢測結(jié)果為抗拉強(qiáng)度505 (MPa)、伸長率19.0 (%)、最大導(dǎo)磁率 2. 40ΧΙΟ"3 (H/m)，產(chǎn)品為某裝備電磁控制系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)部件。如上所述磁性球墨鑄鐵的鑄造工藝方法，按照實施過程依次是
①鐵液熔煉將原料(包括生鐵、廢鋼、鐵合金、回爐料等)，放入一臺熔煉爐內(nèi)，完成鐵液熔化及化學(xué)成份調(diào)配；出爐時鐵液化學(xué)成分必須符合要求，所述磁性鑄鐵的化學(xué)成分和各成分的質(zhì)量百分比含量依次為:C :2. 5 3. 5%，Si 2. 6 3. 5%,Mn ( 0. 30%，P彡0. 04%, S彡0. 03% ；出爐溫度為1400°C 1520°C ；
②球化處理和孕育處理在澆注包內(nèi)采用沖入法進(jìn)行球化處理和孕育處理，
所使用的球化劑的化學(xué)成分和各成分的質(zhì)量百分比含量依次為Mg (鎂):5. 0 8. 0%， RE (稀土) :1. 0 6. 0% ；球化劑加入量為鐵液重量的1. 0 1. 6% ；
孕育劑主要包含有硅鐵或/和鋇硅鐵，其加入量為鐵液重量的0. 9 1. 2% ；③澆注將符合技術(shù)要求的鐵液澆入鑄型，待鑄件冷卻后取出；按要求進(jìn)行清理，修
整；
④鑄件的化學(xué)成分和各成分的質(zhì)量百分比含量依次為C:2. 5 3.5%，Si :2. 6 3. 5%，Mn ( 0. 40%, P彡0. 04，%S ( 0. 03% ；化學(xué)成分低碳高硅是本發(fā)明的關(guān)鍵點(diǎn)之一；
⑤鑄件熱處理鑄件熱處理工藝為
隨爐加熱到900°C 960°C保溫，保溫時間隨鑄件厚度而定，通常的保溫時間范圍優(yōu)選是4 6小時，保溫結(jié)束后隨爐卻冷至700°C 760°C，再進(jìn)行二次保溫，具體的二次保溫時間優(yōu)選為2 6小時，二次保溫結(jié)束后隨爐冷卻至550°C 600°C，然后出爐冷卻至室溫。在本發(fā)明中，熱處理過程是本發(fā)明的關(guān)鍵點(diǎn)之一，熱處理的目的是得到鐵素體基體，并使組織均勻化。
權(quán)利要求
1.一種磁性鑄鐵，其特征在于所述磁性鑄鐵的化學(xué)成分和各成分的質(zhì)量百分比含量依次為C :2. 5 3. 5%, Si 2. 6 3. 5%, Mn 彡 0. 30%, P 彡 0. 04%, S 彡 0. 03%, Fe 余量。
2.一種使用權(quán)利要求1所述磁性球墨鑄鐵的鑄件的鑄造工藝方法，其特征在于所述磁性鑄鐵在鑄造過程中的熱處理工藝具體要求為隨爐加熱到900°C 960°C保溫，保溫結(jié)束后隨爐卻冷至700°C 760°C，再進(jìn)行二次保溫，二次保溫結(jié)束后隨爐冷卻至550°C 600°C出爐冷卻至室溫。
3.按照權(quán)利要求2所述磁性鑄鐵鑄件的鑄造工藝方法，其特征在于所述磁性球墨鑄鐵在鑄造成型后鑄件熱處理過程中，還有下述要求隨爐加熱到900°C 960°C，保溫4 6 小時，保溫結(jié)束后隨爐卻冷至700°C 760°C，再進(jìn)行二次保溫2 6小時，二次保溫結(jié)束后隨爐冷卻至550°C 600°C，之后出爐冷卻至室溫。
4.按照權(quán)利要求2所述磁性鑄鐵鑄件的鑄造工藝方法，其特征在于所述磁性鑄鐵的鑄造工藝方法按照實施過程依次是①鐵液熔煉將原料放入熔煉爐內(nèi)，完成鐵液熔化及化學(xué)成份調(diào)配；出爐時鐵液化學(xué)成分符合要求，所述磁性鑄鐵的化學(xué)成分和各成分的質(zhì)量百分比含量依次為C :2. 5 3. 5%, Si 2. 6 3. 5%,Mn ( 0. 30%, P 彡 0. 04%, S 彡 0. 03%, Fe 余量；出爐溫度為 1400°C 1520 0C ；②球化處理和孕育處理在澆注包內(nèi)進(jìn)行球化處理和孕育處理；所述磁性鑄鐵需進(jìn)行球化處理，以得到球狀石墨組織；所使用的球化劑的化學(xué)成分和各成分的質(zhì)量百分比含量依次為Mg 5. 0 8. 0%，稀土 RE :1. 0 6. 0% ；球化劑加入量為鐵液重量的1. 0 1. 6% ；孕育劑中包含有硅鐵或鋇硅鐵， 其加入量為步驟①中調(diào)配后鐵液重量的0. 9 1. 2% ；③澆注將符合技術(shù)要求的鐵液澆入鑄型，待鑄件冷卻后取出；④鑄件的化學(xué)成分和各成分的質(zhì)量百分比含量依次為C:2. 5 3.5%，Si :2. 5 3. 5%, Mn ( 0. 30%, P 彡 0. 04%, S 彡 0. 03%, Fe 余量；⑤鑄件熱處理。
5.按照權(quán)利要求4所述磁性鑄鐵鑄件的鑄造工藝方法，其特征在于所述磁性鑄鐵的鑄造工藝方法中，還要求滿足下述具體要求在步驟②球化處理和孕育處理過程中，在澆注包內(nèi)采用沖入法進(jìn)行球化處理和孕育處理；在步驟③澆注處理過程中，鑄件冷卻后，要求取出鑄件進(jìn)行清理，修整毛邊；在步驟⑤鑄件熱處理過程中，有下述要求隨爐加熱到900°C 960°C時，保溫時間為 4 6小時；保溫結(jié)束后隨爐卻冷至700°C 760V，再進(jìn)行二次保溫2 6小時，二次保溫結(jié)束后隨爐冷卻至550°C 600°C，之后出爐冷卻至室溫。
全文摘要
一種磁性鑄鐵，其組成和質(zhì)量百分比含量為C2.5～3.5%，Si2.6～3.5%，Mn≤0.30%，P≤0.04%，S≤0.03%，F(xiàn)e余量。所述磁性球墨鑄鐵件的鑄造工藝方法熱處理工藝要求隨爐加熱到900℃～960℃后保溫，保溫結(jié)束后隨爐卻冷至700℃～760℃；再進(jìn)行二次保溫，保溫結(jié)束后隨爐冷卻至550℃～600℃出爐冷卻至室溫。本發(fā)明所述磁性鑄鐵具有高的導(dǎo)磁率和低的矯頑力，生產(chǎn)工藝簡單，鑄件質(zhì)量穩(wěn)定；其基體組織為鐵素體，抗拉強(qiáng)度≥400MPa，伸長率≥20%。本發(fā)明所述制備方法工藝簡單，鑄件質(zhì)量穩(wěn)定，能滿足對磁性能有要求的各類部件制造。
文檔編號C21C1/10GK102485931SQ20101057421
公開日2012年6月6日 申請日期2010年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月6日
發(fā)明者于波, 劉世昌, 王景成, 苗治全, 趙芳欣, 齊笑冰 申請人:沈陽鑄造研究所