CN102400032B

CN102400032B - 一种大断面球墨铸铁

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Publication number: CN102400032B
Application number: CN2011103291058A
Authority: CN
Inventors: 俞光杰; 李建国; 刘锐
Original assignee: NINGBO KANGFA METAL FOUNDING CO Ltd
Current assignee: NINGBO KANGFA METAL FOUNDING CO Ltd
Priority date: 2011-10-20
Filing date: 2011-10-20
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2031-10-20
Also published as: CN102400032A

Abstract

本发明公开一种大断面球墨铸铁，属于铸铁冶金技术领域，其解决了现有技术中球墨铸铁机械性能较差、不能满足高冲击力机器模具铸件要求的缺点。本发明大断面球墨铸铁的质量百分比为：C：3.5％-3.7％，Si：1.8％-1.9％，Mn：0.1％-0.2％，P：0.045％-0.05％，S：0.01％-0.015％，Re：0.018％-0.02％，Mg：0.05％-0.055％，Cu：0.5％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。本发明大断面球墨铸铁具有高韧性、铁素体量和球化率均很高，特别适合各类高强度、高冲击功机器模具的铸件。

Description

一种大断面球墨铸铁

技术领域

本发明涉及铸铁材料技术领域，尤其涉及一种大断面球墨铸铁。

背景技术

球墨铸铁是通过球化和孕育处理得到球状石墨，其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。球墨铸铁已迅速发展为仅次于灰铸铁的、应用十分广泛的铸铁材料。

大断面球磨铸铁是指模板厚度大于100毫米的球墨铸件所用的球磨铸铁，其主要应用于一些高冲击力、高工作强度的机器模具铸件中，例如注塑机铸件。现有的大断面球磨铸铁由于断面过厚，冷却速度缓慢，使得铸件中心出现石墨畸变、球墨数减小造成铸件性能下降，严重时，甚至会造成铸件报废。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述不足，提出一种高韧性，铁素体量和球化率均很高且具有高延伸率的大断面球墨铸铁。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是提出一种大断面球墨铸铁，其质量百分比为：C：3.5％-3.7％，Si：1.8％-1.9％，Mn：0.1％-0.2％，P：0.045％-0.05％，S：0.01％-0.015％，Re：0.018％-0.02％，Mg：0.05％-0.055％，Cu：0.5％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。

进一步的，所述大断面球墨铸铁质量百分比为：C：3.5％，Si：1.8％，Mn：0.1％，P：0.045％，S：0.01％，Re：0.018％，Mg：0.05％，Cu：0.5％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。

进一步的，所述大断面球墨铸铁的质量百分比为：C：3.6％，Si：1.85％，Mn：0.15％，P：0.048％，S：0.01％，Re：0.019％，Mg：0.052％，Cu：0.5％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。

进一步的，所述大断面球墨铸铁的质量百分比为：C：3.7％，Si：1.9％，Mn：0.2％，P：0.05％，S：0.015％，Re：0.02％，Mg：0.055％，Cu：0.5％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。

进一步的，所述大断面球墨铸铁的原料为焦炭、石灰石、新生铁、回炉铁、废钢以及铁合金。

进一步的，所述焦炭成分为：S：0.1％-0.4％，灰份：1％-10％，水份：1％-5％，挥发物：0.1％-1.5％，余量为固定碳。

进一步的，所述石灰石成分为：SiO₂：0.1％-1.6％，MgO：0.1％-2.5％，余量为CaO。

进一步的，所述回炉铁的成分为：C：3.60％-3.80％，Si：2.0％-2.5％，Mn：0.01％-0.2％，P：0.01％-0.05％，S：0.01％-0.03％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。

进一步的，所述废钢成分为：C：0.1％-0.3％，Mn：0.1％-0.3％，P：0.01％-0.03％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。

具体实施方式

本发明大断面球墨铸铁主要构成元素为：C、Si、Mn、P、S、Re、Mg、Cu、Fe，上述元素的原料来自于焦炭、石灰石、新生铁、回炉铁、废钢以及铁合金。其中，焦炭的成分为：S：0.1％-0.4％，灰份：1％-10％，水份：1％-5％，挥发物：0.1％-1.5％，余量为固定碳；石灰石的成分为：SiO₂：0.1％-1.6％，MgO：0.1％-2.5％，余量为CaO；新生铁是指含碳量大于2％的铁碳合金，其通过将铁矿石经高炉冶炼而成，其中工业用新生铁的碳含量一般在2.5％-4.5％之间，并且还含有Mn、Si、P、S等元素；废钢是指碳素钢，其主要成分为：C：0.1％-0.3％，Mn：0.1％-0.3％，P：0.01％-0.03％，余量为Fe以及不可避免的微量元素；回炉铁是指在冶炼本发明大断面球墨铸铁后产生的废铸件，利用回炉铁作为再次冶炼球墨铸铁的原料能节约成本，达到循环利用的效果，回炉铁的成分为：C：3.60％-3.80％，Si：2.0％-2.5％，Mn：0.01％-0.2％，P：0.01％-0.05％，S：0.01％-0.03％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。

实施例一

本实施例中大断面球墨铸铁的质量百分比为：C：3.5％，Si：1.8％，Mn：0.1％，P：0.045％，S：0.01％，Re：0.018％，Mg：0.05％，Cu：0.5％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。

实施例二

本实施例中大断面球墨铸铁的质量百分比为：C：3.6％，Si：1.85％，Mn：0.15％，P：0.048％，S：0.01％，Re：0.019％，Mg：0.052％，Cu：0.5％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。

实施例三

本实施例中大断面球墨铸铁的质量百分比为：C：3.7％，Si：1.9％，Mn：0.2％，P：0.05％，S：0.015％，Re：0.02％，Mg：0.055％，Cu：0.5％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。

在球墨铸铁各组成元素中，C、Si、P、Mn、S是球墨铸铁常存五元素。C是球墨铸铁的基本组成元素，提高含碳量可以减小缩松体积和缩松面积，使铸件致密。但是含碳量过高则降低缩松作用不明显，反而出现严重的石墨漂浮，且为保证石墨的球化所需要的残余Mg量也要增多。

Si元素能减少碳在液态和固态铁中的溶解度，促进石墨的析出，是促进石墨化的元素，因此增加硅量会增加石墨的数量，也会使石墨粗大；反之，减少硅量，会使石墨细小。一般而言，碳硅含量低时，球墨铸铁可获得较高的机械强度和硬度，但流动性稍差；反之，碳硅含量高时，球墨铸铁流动性好，机械强度和硬度较低。当需要制作大断面球墨铸铁时，由于模板厚度较厚，厚壁铸件易出现粗大的石墨，此时应降低碳硅含量以达到提高机械强度和硬度的目的。

Mn元素是阻碍石墨化的元素，增加锰量会增大基体组织中的珠光体数量。但是Mn元素具有中和硫元素的有害作用，稳定和细化珠光体的作用。在本发明Mn元素0.1％-0.2％的含量范围内，对于大断面球墨铸铁的铸造，Mn元素能强烈稳定奥氏体和珠光体，使铸铁强度增加、但韧性降低。

S元素虽然也是球墨铸铁的常存五元素之一，但是这是由于原料本身的影响。S元素是有害元素，能阻止石墨化，应将其含量控制在0.15％以下，本发明中S元素含量为0.01％-0.015％，其对球墨铸铁的影响以及非常小。

P元素通常也被认为是有害元素，不能促进石墨化，过高的磷元素甚至会使得铸铁的缩孔、缩松以及开裂倾向增加，但微量的磷元素其能增加铸铁的流动性和可铸性。

Cu元素能促进共晶阶段的石墨化，使组织致密，并细化和改善石墨的均匀分布，其既能降低铸铁的白口倾向，又能降低奥氏体转变临界温度，细化和增加进珠光体，对断面敏感性有有利影响。本发明通过添加0.5％质量百分比的铜元素后，制备得到的球墨铸铁抗拉强度和屈服强度有较大提高。

Mg元素和稀土元素都是促进球化的元素，其能加强在球墨铸铁生产过程中球化剂的球化作用。

上述大断面球墨铸铁是通过如下方法制得：

(1)原料熔炼；按上述各实施例的配方称取焦炭、石灰石、废钢、新生铁、回炉铁以及铁合金并按顺序投入冲天炉中，预热20分钟后开始熔炼，熔炼过程中保证铁水温度为1450°至1500°，熔炼后检测铁水中各元素含量并调整各元素含量直至符合配方要求，待铁水包中铁水量达到所需重量时出铁进行球化处理；

(2)球化处理和第一次孕育处理；在球化包一侧加入总质量为出炉铁液质量的1.9％-2.0％的第一球化剂和第二球化剂，其中第一球化剂占所有球化剂质量的40％，第二球化剂占所有球化剂质量的60％，第一球化剂在下，第二球化剂在上并在第二球化剂上还覆盖质量相当于出炉铁液质量的0.25％-0.35％、粒度为15-30毫米的孕育剂，出炉铁液进入球化包后，第一球化剂和第二球化剂对其球化处理，孕育剂对其第一次孕育处理；

(3)第二次孕育处理；当铁水包中铁液高度出至铁水包2/3时，在出铁槽中均匀撒入质量相当于出炉铁液质量的0.3％-0.5％、粒度为15-30毫米的孕育剂，铁液进入出铁槽后，孕育剂对其第二次孕育处理；

(4)第三次孕育处理；铁液浇注时，随铁液再次加入质量相当于铁液质量的0.1％-0.15％、粒度为0.3-1毫米的孕育剂以对其第三次孕育处理；浇注后即得到本发明大断面球面铸铁。

上述制备方法中，第一球化剂的组成成分为：Y：2％-7％，Mg：7％-9％，Si：37％-44％，Ca：1％-3％，Sb：0.3％-0.4％，Mn：0.1％-0.4％，Al：0.1％-0.5％，Ti：0.1％-0.5％，余量为Fe以及不可避免的微量元素；

第二球化剂的组成成分为：Re：2％-4％，Mg：Mg：7％-9％，Si：37％-44％，Ca：1％-3％，Mn：0.1％-0.4％，Al：0.1％-0.5％，Ti：0.1％-0.5％，余量为Fe以及不可避免的微量元素；

孕育剂的组成成分为：Si：72％-76％，Ca：0.1％-1.0％，Al：0.1％-0.5％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。

通过上述制备方法制备实施例一至实施例三配方的球墨铸铁并测试其机械性能和金相，测试结果如表1所示：

表1

通过上述测试结果可知，本发明大断面球墨铸铁具有高韧性，铁素体量和球化率均很高，特别适合各类高强度、高冲击功机器模具的铸件，例如注塑机铸件。

本发明用到的主要化学元素符号及名称解释如下：C：碳，Si：硅，Mn：锰，P：磷，S：硫，Al：铝，Fe：铁，Cu：铜，Ca：钙，O：氧，Ti：铊，Sb：锑，Mg：镁；Re：全称为Rare Earth，指稀土元素，稀土元素即为元素周期表中镧系元素以及与镧系元素密切相关的钪(Sc)元素与钇(Y)元素。

Claims

1.一种大断面球墨铸铁，其特征在于，所述大断面球墨铸铁的模板厚度大于100毫米，且所述大断面球墨铸铁的质量百分比为：C：3.5％-3.6％，Si：1.8％-1.85％，Mn：0.1％-0.15％，P：0.045％-0.048％，S：0.01％，RE：0.018％-0.019％，Mg：0.05％-0.052％，Cu：0.5％，余量为Fe以及不可避免的微量元素；所述大断面球墨铸铁是通过如下方法制得：

(1)原料熔炼；按上述的配方称取焦炭、石灰石、废钢、新生铁、回炉铁以及铁合金并按顺序投入冲天炉中，预热20分钟后开始熔炼，熔炼过程中保证铁水温度为1450℃至1500℃，熔炼后检测铁水中各元素含量并调整各元素含量直至符合配方要求，待铁水包中铁水量达到所需重量时出铁进行球化处理；

(4)第三次孕育处理；铁液浇注时，随铁液再次加入质量相当于铁液质量的0.1％-0.15％、粒度为0.3-1毫米的孕育剂以对其第三次孕育处理；浇注后即得到大断面球面铸铁；

其中，第一球化剂的组成成分为：Y：2％-7％，Mg：7％-9％，Si：37％-44％，Ca：1％-3％，Sb：0.3％-0.4％，Mn：0.1％-0.4％，Al：0.1％-0.5％，Ti：0.1％-0.5％，余量为Fe以及不可避免的微量元素；

第二球化剂的组成成分为：RE：2％-4％，Mg：7％-9％，Si：37％-44％，Ca：1％-3％，Mn：0.1％-0.4％，Al：0.1％-0.5％，Ti：0.1％-0.5％，余量为Fe以及不可避免的微量元素；

2.根据权利要求1所述的大断面球墨铸铁，其特征在于，所述大断面球墨铸铁质量百分比为：C：3.5％，Si：1.8％，Mn：0.1％，P：0.045％，S：0.01％，RE：0.018％，Mg：0.05％，Cu：0.5％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。

3.根据权利要求1所述的大断面球墨铸铁，其特征在于，所述大断面球墨铸铁的质量百分比为：C：3.6％，Si：1.85％，Mn：0.15％，P：0.048％，S：0.01％，RE：0.019％，Mg：0.052％，Cu：0.5％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。

4.根据权利要求1至3任一项所述的大断面球墨铸铁，其特征在于：所述大断面球墨铸铁的原料为焦炭、石灰石、新生铁、回炉铁、废钢以及铁合金。

5.根据权利要求4所述的大断面球墨铸铁，其特征在于：所述焦炭成分为：S：0.1％-0.4％，灰份：1％-10％，水份：1％-5％，挥发物：0.1％-1.5％，余量为固定碳。

6.根据权利要求4所述的大断面球墨铸铁，其特征在于：所述石灰石成分为：SiO2：0.1％-1.6％，MgO：0.1％-2.5％，余量为CaO。

7.根据权利要求4所述的大断面球墨铸铁，其特征在于：所述回炉铁的成分为：C：3.60％-3.80％，Si：2.0％-2.5％，Mn：0.01％-0.2％，P：0.01％-0.05％，S：0.01％-0.03％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。

8.根据权利要求4所述的大断面球墨铸铁，其特征在于：所述废钢成分为：C：0.1％-0.3％，Mn：0.1％-0.3％，P：0.01％-0.03％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。