一種大斷面鑄態(tài)鐵素體球墨鑄鐵及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于球墨鑄鐵技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及球墨鑄鐵材料的控制和鑄造生產(chǎn)，尤其 是一種大斷面鑄態(tài)鐵素體球墨鑄鐵QT580-15A及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GBT1348-2009球墨鑄鐵件》中對(duì)于W附鑄試塊檢測(cè)性能的 QT500,分別有QT500-7A和QT500-10A兩個(gè)牌號(hào)，前者為鐵素體-珠光體混合基球墨鑄鐵， 后者為娃固溶強(qiáng)化鐵素體球墨鑄鐵，是一種新型球墨鑄鐵，兩種材料的性能指標(biāo)見(jiàn)表1。如 表1所示，在強(qiáng)度達(dá)到500Mpa的條件下，延伸率最大為10%。
[0003]表1 GBT 1348-2009中QT500-7A和QT500-10A的性能指標(biāo)
[0004]
[0005] QT580-15A屬于娃固溶強(qiáng)化鐵素體球墨鑄鐵，QT指球墨鑄鐵；580表示抗拉強(qiáng)度 值；15表示延伸率值。具體性能指標(biāo)見(jiàn)表2。
[0006] 表2QT580-15A的性能指標(biāo)
[0007]
[0009] 根據(jù)表1和表2可W看出，該QT580-15A球墨鑄鐵與QT500-7A，QT500-10A相比， 其抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率都有大幅度提高。QT580-15A球墨鑄鐵為新型的娃固溶強(qiáng)化 鐵素體球墨鑄鐵，其基體組織為純鐵素體，因組織單一硬度均勻，較鐵素體-珠光體混合基 體，加工性能更優(yōu)良。
[0010] 2012年3月，德國(guó)和歐洲的球墨鑄鐵標(biāo)準(zhǔn)DINEN1563在修改時(shí)，將固溶強(qiáng)化鐵素 體球墨鑄鐵作為區(qū)別于普通鐵素體-珠光體球墨鑄鐵的一類球墨鑄鐵，增加了 =個(gè)牌號(hào)： EN-GJS-450-18,EN-GJS-500-14,EN-GJS-600-10。自此國(guó)內(nèi)對(duì)固溶強(qiáng)化鐵素體球墨鑄鐵的 研究明顯增多，但至今相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GBT1348只有QT500-10 -種材料，并且要求低于DIN EN1563。
[0011] 現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)于小件（如壁厚小于60mm)，由于散熱條件好、凝固速度快，石墨長(zhǎng) 大的時(shí)間相對(duì)較短，石墨崎變的傾向就小，其組織容易控制，材料性能好。DIN EN1563-2012 中S個(gè)牌號(hào)；EN-GJS-450-18, EN-GJS-500-14, EN-GJS-600-10,對(duì)壁厚小于60mm的鑄件的 性能有明確要求，但對(duì)于由于大斷面鑄件，其冷卻速度慢，石墨球長(zhǎng)大的時(shí)間長(zhǎng)，并且該材 料靠娃固溶強(qiáng)化，娃含量高，大斷面鑄件經(jīng)常出現(xiàn)碎塊狀石墨等崎形石墨，性能也急劇惡 化。
[001引申請(qǐng)?zhí)枮镃N201310731458.X，公開(kāi)號(hào)為CN103710612A的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)"一 種鑄態(tài)鐵素體基球墨鑄鐵QT600-10的生產(chǎn)方法"，申請(qǐng)?zhí)枮镃N201410374923. 3,公開(kāi)號(hào)為 CN104120332A的中國(guó)專利申請(qǐng)"高強(qiáng)度高初性球墨鑄鐵600-10及其生產(chǎn)工藝"，該兩種方 法生產(chǎn)的球墨鑄鐵，強(qiáng)度比本發(fā)明略高，但延伸率下降較多，并且未提到壁厚60mmW上大 斷面鑄件組織及性能的保證方法。
[0013] 申請(qǐng)?zhí)枮镃N201310368533. 0,公開(kāi)號(hào)為CN104419862A的中國(guó)專利申請(qǐng)"一種全鐵 素體球墨鑄鐵及其生產(chǎn)方法"，該方法生產(chǎn)的球墨鑄鐵的壁厚未提及，但壁厚對(duì)該材料的影 響很大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 本發(fā)明的目的在于提供一種大斷面（壁厚大于60mm)高強(qiáng)度高初性鐵素體球墨鑄 鐵QT580-15A及其制備方法，獲得強(qiáng)度高、初性好，加工性能優(yōu)良的球墨鑄鐵件，替代部分 現(xiàn)有的球墨鑄鐵，W減小壁厚、減輕重量。
[0015] 本發(fā)明的技術(shù)方案是提供大斷面高強(qiáng)度高初性鐵素體球墨鑄鐵材料的制備方法。 通過(guò)原材料選擇，鐵水成分控制，球化劑、覆蓋劑的選擇和工藝優(yōu)化，孕育劑的選擇和工藝 的確定，微量合金元素加入量及加入方法的控制，使壁厚大于60mm鑄件的單鑄試塊和70mm 厚附鑄試塊的性能均達(dá)到要求（單鑄：抗拉強(qiáng)度> 580MPa，屈服強(qiáng)度> 450MPa，延伸率 > 15% ;附鑄；抗拉強(qiáng)度> 530MPa，屈服強(qiáng)度> 400MPa，延伸率> 12. 5% )，材料的組織為 純鐵素體基體組織。
[0016] 本發(fā)明提供了一種大斷面（壁厚大于60mm)高強(qiáng)度高初性鐵素體球墨鑄 鐵QT580-15A，該球墨鑄鐵材料的元素組成；C: 3. 1~3. 5wt%，Si : 3. 0~4. Owt%， Mn《0. 3wt%，P《0. 04wt%，S:0. 01~0. 03wt%，Sb ;0. 001~0. 006wt%，Mg:0. 03~ 0. 05wt%，Re;0. 01-0. 03wt%其余為化和制備過(guò)程中帶入的雜質(zhì)。
[0017] 本發(fā)明還提供了上述大斷面（壁厚大于60mm)高強(qiáng)度高初性鐵素體球墨鑄鐵 QT580-15A的制備方法，包括W下步驟：
[0018] A)材料選擇；生鐵；40-60wt%，廢鋼；10-30wt%，回爐料；20-40wt%，生鐵選擇高 純生鐵（Mn《0. 15wt%，P《 0. 035wt%，S:《0. 03wt%，有害合金元素總和《0. 08wt%)， 廢鋼選擇低碳鋼（C《0. 03wt%，Mn《0. 15wt%，P《0. 03wt%，S:《0. 03wt% );球化 劑選擇稀±儀合金球化劑，覆蓋劑選擇一種低娃高鐵含Ba娃鐵覆蓋劑（其成分配方；Si; 30-40wt%，Ba; 1. 5-4.Owt%，其余為鐵），孕育劑選擇娃巧領(lǐng)孕育劑和含Bi隨流孕育劑。
[0019] B)烙煉；生鐵、廢鋼、回爐料一起烙化，控制鐵水出爐溫度為1420~1480°C;
[0020] C)球化處理；在步驟B中得到的鐵水中加入球化劑，選擇稀±儀合金球化劑，其中 球化劑的成分配方是；Mg5-7wt%，Si40-50wt%，Re0. 5-l.Owt%，其余為鐵；球化劑的 加入量為步驟B所得鐵水總量的1. 0~1. 5wt%;球化處理溫度；1420~1480°C，在球化劑 上加入覆蓋劑，覆蓋劑的成分配方；Si30-40wt%，Ba1. 5-4.Owt%，其余為鐵，覆蓋劑的加 入量為步驟B所得鐵水總量的0. 3~0. 8wt% ;
[0021] D)孕育；孕育包括一次孕育和隨流孕育，一次孕育時(shí)加入孕育劑I，加入量為步 驟B所得鐵水總量的0. 3-1.Owt%，球化反應(yīng)開(kāi)始時(shí)加入；隨流孕育為在誘注時(shí)加入孕育劑 II，加入量為步驟B所得鐵水總量的0. 1-0. 3wt% ;
[0022] 孕育劑I為娃巧領(lǐng)孕育劑，成分配方是；Si70-80wt%，Ca1. 5-2. 5wt%，Ba 8-12%，其余為鐵；孕育劑II為含Bi隨流孕育劑在誘注過(guò)程中加入的隨流孕育劑，孕育劑 成分配方是；Si65-75wt%，Bi0. 5-2. 5wt%，其余為鐵；在誘注時(shí)隨鐵水流加入。
[0023] 巧微量合金元素的加入；微量合金元素為訊，加入量為步驟B所得鐵水總量的 0. 001~0. 006wt%。加入方法是通過(guò)與隨流孕育劑混合均勻后，在誘注時(shí)隨流加入，能明 顯減少常見(jiàn)的大斷面球墨鑄鐵中微量合金元素的偏析問(wèn)題，獲得良好的性能。
[0024] 巧造型；采用快喃樹(shù)脂砂工藝鑄造，并保證充足的吃砂量和型砂強(qiáng)度；
[0025] G)誘注；控制誘注溫度在1330~1380°C，保證誘注速度平穩(wěn)；
[0026] H)冷卻；確保鑄件在型內(nèi)緩慢冷卻，開(kāi)箱溫度控制在《400°C，開(kāi)箱后空冷，得到 大斷面（壁厚大于60mm)高強(qiáng)度高初性鐵素體球墨鑄鐵。
[0027] 其中回爐料是指鐵素體球墨鑄鐵回爐料。
[002引其中步驟F中所述的樹(shù)脂砂工藝的具體步驟為；（1)將娃砂與快喃樹(shù)脂、固化劑按 照一定比例混合均勻。（2)將混好的砂放至套在模具上的砂箱或巧盒中，緊實(shí)好后等待快喃 樹(shù)脂砂自動(dòng)硬化。（3)將硬化后的快喃樹(shù)脂砂型起出來(lái)，進(jìn)行裝配合箱，等待誘注。
[0029] 本發(fā)明具有W下有益效果：
[0030] 通過(guò)對(duì)本發(fā)明方法制備得到的產(chǎn)品測(cè)試，壁厚大于300mm的鑄塊和壁厚大于80mm 的風(fēng)電鑄件上70mm厚附鑄試塊的抗拉強(qiáng)度> 540MPa，屈服強(qiáng)度> 430MPa，延伸率16% ;單 鑄試塊的抗拉強(qiáng)度> 580MPa，屈服強(qiáng)度> 450MPa，延伸率18%。并且材料的組織為純鐵素 體基體組織。該材料針對(duì)國(guó)外客戶的特殊要求進(jìn)行開(kāi)發(fā)，在國(guó)內(nèi)無(wú)相關(guān)研究和報(bào)道。
[0031] 發(fā)明是一種大斷面鑄態(tài)固溶強(qiáng)化鐵素體球墨鑄鐵，與一般大斷面鐵素體球墨鑄鐵 不同之處在于，球墨鑄鐵經(jīng)過(guò)固溶強(qiáng)化，強(qiáng)度高出很多，但延伸率相損失不是很多，一般球 墨鑄鐵在強(qiáng)度到580后，延伸率基本在3%。
【附圖說(shuō)明】
[00對(duì) 圖1階梯鑄塊結(jié)構(gòu)圖；S個(gè)階梯分別是；300mmX300mmX300mm、 200mmX200mmX200mm、150mmX150mmX150mm，3個(gè)階梯在一個(gè)水平面上，且該平面中屯、在 一條直線上。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 下面結(jié)合本發(fā)明的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施作詳細(xì)說(shuō)明，W下實(shí)施例是在W本發(fā)明 技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù) 范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0034]實(shí)施例 1 ;300mmXSOOmmX300mm+200mmX200mmX200mm+150mmX150mmX150mm 的階梯鑄塊的制備，該階梯鑄塊的結(jié)構(gòu)、尺寸見(jiàn)圖1。
[0035]按照該發(fā)明的方法，球墨鑄鐵材料的元素組成；C: 3. 1~3. 5wt%，Si: 3. 0~ 4.Owt%，Mn《0. 3wt%，P《0. 04wt%，S:0. 01 ~0. 03wt%，Sb;0. 001 ~0. 006wt%， Mg:0. 03~0. 05wt%，Re;0. 01-0. 03wt%，剩余的是鐵和制備過(guò)程中產(chǎn)生的雜質(zhì)。
[0036] 上述配方的球墨鑄鐵材料（生鐵；40-60wt%，廢鋼；10-30wt%，回爐料； 20-40wt% )，首先烙煉，控制鐵水出爐溫度為1430~1460°C。進(jìn)行球化處理，球化劑的配 方是Mg5-7wt%，Si40-50wt%，Re0. 5-l.Owt%其余為鐵，球化劑的加入量為總鐵水量的 1. 0~1. 2wt%，在球化劑上加入覆蓋劑，覆蓋劑為一種低娃高鐵含Ba娃鐵覆蓋劑，加入量 為總鐵水量的0. 3~0. 8wt%。
[0037]球化反應(yīng)開(kāi)始后加入娃巧領(lǐng)孕育劑，成分配方是；Si70-80wt%，Ca 1. 5-2. 5wt%，Ba8-12wt%，其余為鐵，加入量為0. 3-0. 8wt% ;球化處理后，在1330°C至 1380°C之間將所述鐵液誘鑄到鑄型中，并在誘注過(guò)程中加入混合均勻的隨流孕育劑和微量 合金化元素訊，訊加入量為總鐵水量的0. 001~0. 006wt%，孕育劑加入量為總鐵水量的 0. 10-0. 15wt%，成分配方是；Si65-75wt%，Bi0. 5-2. 5wt%，其余為鐵。
[003引誘注結(jié)束后在砂型中緩慢冷卻到300-400°C從鑄型中清出。
[0039] 生產(chǎn)表明，采用本實(shí)施例方法制備得到的階梯鑄塊，其單鑄試塊和70mm厚附鑄試 塊的性能分別如下；抗拉強(qiáng)度585MPa、550MPa，屈服強(qiáng)度457MPa、448MPa，延伸率18. 9%、 18% ;GB/T228金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法，材料的組織為純鐵素體基體組織。
[0040] 實(shí)施例2;W 400mmX 400mmX 400mm的方形鑄塊作的制備