一种高强度球墨铸铁及其制备方法与流程

1.本发明属于球墨铸铁制备技术领域，尤其涉及一种高强度球墨铸铁及其制备方法。


背景技术：

2.铁是常见的工业材料，铁具有柔韧而延展性好的特性，其为银白色金属，铁材料的用途非常广泛，发电机和电动机的铁芯大多需要采用铁材料，铁及其化合物还用于制磁铁、药物、墨水、颜料、磨料等，是工业上所说的“黑色金属”之一，铁的种类也有很多，其中球磨铸铁就是一种铸铁材料，它的综合性能与钢类似，由于其具有优秀的性能，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，其作用不言而喻。
3.现有对于球墨铸铁的研究中，例如公开号为(cn201911311641.8)一种热轧高碳钢的生产方法，包括如下步骤：球化剂为稀土硅铁镁合金，加入量为铁液质量的1.5％；孕育剂为质量比为75％地硅铁合金，加入量为铁液质量的1％，铁水浇铸成型采用真空实型铸造，具体是：先将磨球模样粘结成串，然后涂挂上1mm左右厚涂料，在50～60℃的温度下烘烤2～4h；造型时，先将砂箱放在振动台上，填入底砂，振动30s后，刮平底砂，再放入有涂料的模样串；填砂采用人工，从边角地方加砂，填满砂后振动60s，再刮平砂表面，用塑料薄膜覆盖在砂箱表面，放好浇口杯，造型完毕，抽真空，直至浇铸后金属凝固，本方法将特定化学成分的球墨铸铁磨球进行特定的控制冷却热处理，该工艺在热处理过程中能够改变淬火介质的冷却特性，提高其冷却能力，能够在一定程度上提高球墨铸铁的淬透性，并可以细化晶粒，因此在球墨铸铁中无需加入其它贵重合金元素即可获得贝氏体复相组织，不仅能节约大量的能源和昂贵的合金元素，大大降低生产成本，减少热处理过程中的环境污染，而且还能有效提高磨球质量，改善磨球性能，但该方法内并未设置有多次孕育过程，无法放缓浇筑前期球化剂反应速度，无法减少球化剂烧损，无法达到良好球化的目的，且无法提高产品质量，需要进行一定改进。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于：为了解决传统方法内并未设置有多次孕育过程，无法放缓浇筑前期球化剂反应速度，无法减少球化剂烧损，无法达到良好球化的目的，且无法提高产品质量的问题，而提出的一种高强度球墨铸铁及其制备方法。
5.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种高强度球墨铸铁，包括以下化学成分组成：分别为碳、硅、锰、铜、镁、磷与硫，其余是铁。
6.作为上述技术方案的进一步描述：
7.所述碳、硅、锰、铜、镁、镍、磷与硫的质量百分比分别为，3.4-3.9％、2.5-2.8％、0.3-0.5％、0.22-0.27％、0.45-0.55％、0.2-0.4％、0.015-0.02％与0.02-0.03％。
8.本文还公开了一种高强度球墨铸铁的制备方法，包括如下步骤：
9.s1、进行选料，选择专用生铁，根据需要对于生铁下料，选取少量铬铁，选择球化剂
与孕育剂备用，准备模具；
10.s2、将选料生铁置于中频感应炉内，先向炉体内加入少量铬铁，提高炉体内温度，保持一段时间；
11.s3、将选择的专用生铁置于中频感应炉内，继续提高感应炉内的温度，对其熔炼一段时间；
12.s4、取定量的球化剂，将其加热至一定温度后，取孕育剂覆盖在球化剂上，表面使用珍珠岩覆盖，再将其加入炉体内，完成一次孕育处理；
13.s5、一段时间后，将铁液随流导出至钢具内，此时随流加入定量的孕育剂，完成二次孕育处理；
14.s6、当铁液导出后，在进行浇筑前加入定量的孕育剂，完成三次孕育；
15.s7、将完成孕育的铁液逐步浇筑至模具内，完成浇筑，待其自然冷却；
16.s8、取出材料，置于感应炉内，将材料加热至一定温度，保温一段时间；
17.s9、用夹具取出材料，进行油冷，完成淬火；
18.s10、油冷后，继续将材料置于感应炉内，重新升温至一定温度，保温一段时间，进行回火；
19.s11、回火后，取出球磨铸铁材料，在自然状态下冷却即可；
20.s12、对于球磨铸铁收取、入库保存。
21.作为上述技术方案的进一步描述：
22.所述s1中，模具选择中间冒口充型。
23.作为上述技术方案的进一步描述：
24.所述s2中，将选料生铁置于中频感应炉内，先向炉体内加入少量铬铁，提高炉体内温度至1350-1380℃，保持10-20min。
25.作为上述技术方案的进一步描述：
26.所述s3中，将选择的专用生铁置于中频感应炉内，继续提高感应炉内的温度至1420-1460℃，对其熔炼20-30min。
27.作为上述技术方案的进一步描述：
28.所述s4中，取炉体内熔融的铁液量的0.4-0.6％的球化剂，将其加热至一定160-220℃后，取孕育剂覆盖在球化剂上，表面使用珍珠岩覆盖，再将其加入炉体内，球化剂为稀土球化剂。
29.作为上述技术方案的进一步描述：
30.所述s5中，10-15min后，将铁液随流导出至钢具内，此时随流加入铁液量的0.2-0.35％的孕育剂，完成二次孕育处理，所述s6中，当铁液导出后，在进行浇筑前加入铁液量的0.1-0.15％的孕育剂，完成三次孕育，孕育剂为2-4mm的硅铁颗粒。
31.作为上述技术方案的进一步描述：
32.所述s8中，取出材料，置于感应炉内，将材料加热至920-980℃，保温3-5h。
33.作为上述技术方案的进一步描述：
34.所述s10中，油冷后，继续将材料置于感应炉内，重新升温至320-380℃，保温2-3h，进行回火。
35.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
36.本方法在内设置有三次孕育过程，且分别设置与球磨铸铁加工的不同阶段，大大提高材料的孕育效果，且第一次孕育过程，使球化剂与孕育剂进行组合，可有效放缓浇筑前期球化剂反应速度，减少球化剂烧损，提高球化剂的使用效果，达到良好球化的目的，同时方法内选择的模具为中间冒口充型，该铸型可有效保证顺序凝固，提高补缩效果，有效地控制磨球夹渣、气孔、缩孔和缩松等缺陷，有效提高磨球内部组织致密度，提高工艺出品率高，在后续的淬火步骤内利用油冷方法，油冷可有效消除应力，提高材料韧性并保持淬火后的材料的高硬度和耐磨性，油冷后及时进行回火，有效减少了残余奥氏体，有效提高产品质量。
具体实施方式
37.下面将结合本发明实施例，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。
38.实施例1
39.本发明提供一种技术方案：一种高强度球墨铸铁，包括以下化学成分组成：分别为碳、硅、锰、铜、镁、磷与硫，其余是铁，碳、硅、锰、铜、镁、镍、磷与硫的质量百分比分别为，3.4-3.9％、2.5-2.8％、0.3-0.5％、0.22-0.27％、0.45-0.55％、0.2-0.4％、0.015-0.02％与0.02-0.03％。
40.本文还公开了一种高强度球墨铸铁的制备方法，包括如下步骤：
41.s1、进行选料，选择专用生铁，根据需要对于生铁下料，选取少量铬铁，选择球化剂与孕育剂备用，准备模具，模具选择中间冒口充型；
42.s2、将选料生铁置于中频感应炉内，先向炉体内加入少量铬铁，提高炉体内温度至1350℃，保持10min；
43.s3、将选择的专用生铁置于中频感应炉内，继续提高感应炉内的温度至1420℃，对其熔炼20min；
44.s4、取炉体内熔融的铁液量的0.4％的球化剂，将其加热至一定160℃后，取孕育剂覆盖在球化剂上，表面使用珍珠岩覆盖，再将其加入炉体内，球化剂为稀土球化剂，完成一次孕育处理；
45.s5、10min后，将铁液随流导出至钢具内，此时随流加入铁液量的0.2％的孕育剂，完成二次孕育处理；
46.s6、当铁液导出后，在进行浇筑前加入铁液量的0.1％的孕育剂，完成三次孕育，孕育剂为2-4mm的硅铁颗粒；
47.s7、将完成孕育的铁液逐步浇筑至模具内，完成浇筑，待其自然冷却；
48.s8、取出材料，置于感应炉内，将材料加热至920℃，保温3h；
49.s9、用夹具取出材料，进行油冷，完成淬火；
50.s10、油冷后，继续将材料置于感应炉内，重新升温至320℃，保温2h，进行回火；
51.s11、回火后，取出球磨铸铁材料，在自然状态下冷却即可；
52.s12、对于球磨铸铁收取、入库保存。
53.本实施例中，在内设置有三次孕育过程，且分别设置与球磨铸铁加工的不同阶段，大大提高材料的孕育效果，且第一次孕育过程，使球化剂与孕育剂进行组合，可有效放缓浇筑前期球化剂反应速度，减少球化剂烧损，提高球化剂的使用效果，达到良好球化的目的。
54.实施例2
55.本发明提供一种技术方案：一种高强度球墨铸铁，包括以下化学成分组成：分别为碳、硅、锰、铜、镁、磷与硫，其余是铁，碳、硅、锰、铜、镁、镍、磷与硫的质量百分比分别为，3.4-3.9％、2.5-2.8％、0.3-0.5％、0.22-0.27％、0.45-0.55％、0.2-0.4％、0.015-0.02％与0.02-0.03％。
56.本文还公开了一种高强度球墨铸铁的制备方法，包括如下步骤：
57.s1、进行选料，选择专用生铁，根据需要对于生铁下料，选取少量铬铁，选择球化剂与孕育剂备用，准备模具，模具选择中间冒口充型；
58.s2、将选料生铁置于中频感应炉内，先向炉体内加入少量铬铁，提高炉体内温度至1370℃，保持15min；
59.s3、将选择的专用生铁置于中频感应炉内，继续提高感应炉内的温度至1440℃，对其熔炼25min；
60.s4、取炉体内熔融的铁液量的0.5％的球化剂，将其加热至一定200℃后，取孕育剂覆盖在球化剂上，表面使用珍珠岩覆盖，再将其加入炉体内，球化剂为稀土球化剂，完成一次孕育处理；
61.s5、12min后，将铁液随流导出至钢具内，此时随流加入铁液量的0.3％的孕育剂，完成二次孕育处理；
62.s6、当铁液导出后，在进行浇筑前加入铁液量的0.12％的孕育剂，完成三次孕育，孕育剂为2-4mm的硅铁颗粒；
63.s7、将完成孕育的铁液逐步浇筑至模具内，完成浇筑，待其自然冷却；
64.s8、取出材料，置于感应炉内，将材料加热至950℃，保温4h；
65.s9、用夹具取出材料，进行油冷，完成淬火；
66.s10、油冷后，继续将材料置于感应炉内，重新升温至350℃，保温2.5h，进行回火；
67.s11、回火后，取出球磨铸铁材料，在自然状态下冷却即可；
68.s12、对于球磨铸铁收取、入库保存。
69.本实施例中，选择的模具为中间冒口充型，该铸型可有效保证顺序凝固，提高补缩效果，有效地控制磨球夹渣、气孔、缩孔和缩松等缺陷，有效提高磨球内部组织致密度，提高工艺出品率高。
70.实施例3
71.本发明提供一种技术方案：一种高强度球墨铸铁，包括以下化学成分组成：分别为碳、硅、锰、铜、镁、磷与硫，其余是铁，碳、硅、锰、铜、镁、镍、磷与硫的质量百分比分别为，3.4-3.9％、2.5-2.8％、0.3-0.5％、0.22-0.27％、0.45-0.55％、0.2-0.4％、0.015-0.02％与0.02-0.03％。
72.本文还公开了一种高强度球墨铸铁的制备方法，包括如下步骤：
73.s1、进行选料，选择专用生铁，根据需要对于生铁下料，选取少量铬铁，选择球化剂与孕育剂备用，准备模具，模具选择中间冒口充型；
74.s2、将选料生铁置于中频感应炉内，先向炉体内加入少量铬铁，提高炉体内温度至1380℃，保持20min；
75.s3、将选择的专用生铁置于中频感应炉内，继续提高感应炉内的温度至1460℃，对其熔炼30min；
76.s4、取炉体内熔融的铁液量的0.6％的球化剂，将其加热至一定220℃后，取孕育剂覆盖在球化剂上，表面使用珍珠岩覆盖，再将其加入炉体内，球化剂为稀土球化剂，完成一次孕育处理；
77.s5、15min后，将铁液随流导出至钢具内，此时随流加入铁液量的0.35％的孕育剂，完成二次孕育处理；
78.s6、当铁液导出后，在进行浇筑前加入铁液量的0.15％的孕育剂，完成三次孕育，孕育剂为2-4mm的硅铁颗粒；
79.s7、将完成孕育的铁液逐步浇筑至模具内，完成浇筑，待其自然冷却；
80.s8、取出材料，置于感应炉内，将材料加热至980℃，保温5h；
81.s9、用夹具取出材料，进行油冷，完成淬火；
82.s10、油冷后，继续将材料置于感应炉内，重新升温至380℃，保温3h，进行回火；
83.s11、回火后，取出球磨铸铁材料，在自然状态下冷却即可；
84.s12、对于球磨铸铁收取、入库保存。
85.本实施例中，在后续的淬火步骤内利用油冷方法，油冷可有效消除应力，提高材料韧性并保持淬火后的材料的高硬度和耐磨性，油冷后及时进行回火，有效减少了残余奥氏体，有效提高产品质量。
86.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。