一种高硬度灰铸铁及其制备方法

技术领域

本发明属于铸造技术领域，具体涉及一种高硬度灰铸铁及其制备方法。

背景技术

灰铸铁是指具有片状石墨的铸铁，因断裂时断口呈暗灰色，故称为灰铸铁。主要成分是铁、碳、硅、锰、硫、磷，是应用最广的铸铁，其产量占铸铁总产量80％以上。

根据石墨的形态，灰口铸铁可分为：普通灰铸铁，石墨呈片状；球墨铸铁，石墨呈球状；可锻铸铁，石墨成团絮状；蠕墨铸铁，石墨呈蠕虫状。

铸铁的力学性能与基体的组织和石墨的形态有关。灰铸铁中的片状石墨对基体的割裂严重，在石墨尖角处易造成应力集中，使灰铸铁的抗拉强度、塑性和韧性远低于钢，但抗压强度与钢相当，也是常用铸铁件中力学性能最差的铸铁，在实际的生产中，需要灰铸铁具有一定的硬度，这就需要对标准灰铸铁材质进行改进。

发明内容

本发明提供了一种可以有效提高灰铸铁硬度的方法，该方法制备得到的灰铸铁的使用寿命更高，且制备简单，适合工业化大规模生产，本发明的具体内容如下：

本发明的目的在于提供一种高硬度灰铸铁，其技术点在于：以所述高硬度灰铸铁的质量为100％，所述高硬度灰铸铁中各个元素的质量百分比为：碳：1.5-2.3％，镁：0.9-1.2％，钨：1-1.5％，铝：0.3-0.5％，钙：0.3-0.5％，钡：0.4-0.6％，铜：0-0.1％，镍：0.01-0.1％，余量为铁和不可避免的杂质。

在本发明的有的实施中，以所述高硬度灰铸铁的质量为100％，所述高硬度灰铸铁中各个元素的质量百分比为：碳：1.9％，镁：1.0％，钨：1.2％，铝：0.4％，钙：0.4％，钡：0.5％，铜：0.05％，镍：0.05％，余量为铁和不可避免的杂质。

本发明的另外一个目的在于提供一种高硬度灰铸铁的制备方法，其技术点在于：所述高硬度灰铸铁的制备方法包括以下步骤：

步骤一：于中频炉中依次加入原铁水：以生铁、废钢、回炉料和增碳剂进行初期熔炼1-6h，熔炼后期加入含镁化合物、含钨化合物、含铝化合物、含钙化合物、含铜化合物和含镍化合物进行成分调质，使得频炉中各化学成分的重量配比为：碳：1.5-2.3％，镁：0.9-1.2％，钨：1-1.5％，铝：0.3-0.5％，钙：0.3-0.5％，钡：0.4-0.6％，铜：0-0.1％，镍：0.01-0.1％，余量为铁和不可避免的杂质；检测各个成分合格后将频炉升温至1520-1560℃保温10-30min，以使增碳剂完全溶解得到铁水；

步骤二，将步骤一中的铁水倒入浇包，同时将称量好的孕育剂均匀加入铁水流中冲入包内进行孕育，孕育处理后的铁水扒渣后浇注到制动鼓的砂箱中得到浇注试样；

步骤三：将步骤二得到的将浇注试样冷却至100-150℃进行打箱，冷却至室温后清理即得所述的灰铸铁。

在本发明的有的实施例中，上述一种高硬度灰铸铁的制备方法的步骤一中的生铁的重量：废钢的重量：回炉料的重量：增碳剂的重量＝25：60：15：(2-5)。

在本发明的有的实施例中，上述一种高硬度灰铸铁的制备方法的步骤一中的增碳剂为石墨粉、焦粉或沥青粉中的至少一种。

在本发明的有的实施例中，上述一种高硬度灰铸铁的制备方法的骤二中的孕育剂加入量为步骤一中得到的铁水重量的0.03-0.06％。

在本发明的有的实施例中，上述一种高硬度灰铸铁的制备方法的步骤二中孕育剂为硅钡钙孕育剂。

在本发明的有的实施例中，上述一种高硬度灰铸铁的制备方法的步骤三中浇注温度：始浇温度1420-1460℃、末浇温度1350-1370℃，孕育后到浇注结束时间为10-14min。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明加入适量的镁、铝、铜等合金元素，可以与碳形成化合物硬质点，且细化晶粒，增加灰铸铁的韧性，并使其具有更高的硬度，本发明提高了钙和钡的含量，使得制备得到的灰铸铁能形成坚硬的共晶骨架，从而进一步提高灰铸铁硬度，本发明还添加了一定的镍元素，镍在灰铸铁中有轻微的石墨化作用，可稳定珠光体和减少铁素体含量，因此本发明的灰铸铁中的镍有助于取得均匀而一体的结构和良好的性能，添加少量的镍(0.01％-0.1％)会导致形成微细的珠光体可使铸铁具有良好的加工性能和硬度。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以使本领域的技术人员能够更好的理解本发明的优点和特征，从而对本发明的保护范围做出更为清楚的界定。本发明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做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种高硬度灰铸铁，以其总质量为100％，所述高硬度灰铸铁中各个元素的质量百分比为：碳：1.9％，镁：1.0％，钨：1.2％，铝：0.4％，钙：0.4％，钡：0.5％，铜：0.05％，镍：0.05％，余量为铁和不可避免的杂质。

制备上述高硬度灰铸铁的制备方法包括以下步骤：

步骤一：于中频炉中依次加入原铁水：以生铁、废钢、回炉料和增碳剂进行初期熔炼3.5h，熔炼后期加入含镁化合物、含钨化合物、含铝化合物、含钙化合物、含铜化合物和含镍化合物进行成分调质，使得频炉中各化学成分的重量配比为：碳：1.9％，镁：1.0％，钨：1.2％，铝：0.4％，钙：0.4％，钡：0.5％，铜：0.05％，镍：0.05％，余量为铁和不可避免的杂质；检测各个成分合格后将频炉升温至1540℃保温20min，以使增碳剂完全溶解得到铁水；

步骤二，将步骤一中的铁水倒入浇包，同时将称量好的孕育剂均匀加入铁水流中冲入包内进行孕育，孕育处理后的铁水扒渣后浇注到制动鼓的砂箱中得到浇注试样；

步骤三：将步骤二得到的将浇注试样冷却至125℃进行打箱，冷却至室温后清理即得所述的灰铸铁。

在本发明的有的实施例中，上述一种高硬度灰铸铁的制备方法的步骤一中的生铁的重量：废钢的重量：回炉料的重量：增碳剂的重量＝25：60：15：3.5。

其中，上述一种高硬度灰铸铁的制备方法的步骤一中的增碳剂为石墨粉。

其中，上述一种高硬度灰铸铁的制备方法的骤二中的孕育剂加入量为步骤一中得到的铁水重量的0.04％。

其中，上述一种高硬度灰铸铁的制备方法的步骤二中孕育剂为硅钡钙孕育剂。

其中，上述一种高硬度灰铸铁的制备方法的步骤三中浇注温度：始浇温度1440℃、末浇温度1360℃，孕育后到浇注结束时间为12min。

实施例2

一种高硬度灰铸铁，以其总质量为100％，所述高硬度灰铸铁中各个元素的质量百分比为：碳：1.5％，镁：0.9％，钨：1％，铝：0.3％，钙：0.3％，钡：0.4％，铜：0.01％，镍：0.01％，余量为铁和不可避免的杂质。

制备上述高硬度灰铸铁的制备方法包括以下步骤：

步骤一：于中频炉中依次加入原铁水：以生铁、废钢、回炉料和增碳剂进行初期熔炼1h，熔炼后期加入含镁化合物、含钨化合物、含铝化合物、含钙化合物、含铜化合物和含镍化合物进行成分调质，使得频炉中各化学成分的重量配比为：碳：1.5％，镁：0.9％，钨：1％，铝：0.3％，钙：0.3％，钡：0.4％，铜：0.01％，镍：0.01％，余量为铁和不可避免的杂质；检测各个成分合格后将频炉升温至1520℃保温10min，以使增碳剂完全溶解得到铁水；

步骤二，将步骤一中的铁水倒入浇包，同时将称量好的孕育剂均匀加入铁水流中冲入包内进行孕育，孕育处理后的铁水扒渣后浇注到制动鼓的砂箱中得到浇注试样；

步骤三：将步骤二得到的将浇注试样冷却至100℃进行打箱，冷却至室温后清理即得所述的灰铸铁。

在本发明的有的实施例中，上述一种高硬度灰铸铁的制备方法的步骤一中的生铁的重量：废钢的重量：回炉料的重量：增碳剂的重量＝25：60：15：2。

其中，上述一种高硬度灰铸铁的制备方法的步骤一中的增碳剂为焦粉。

其中，上述一种高硬度灰铸铁的制备方法的骤二中的孕育剂加入量为步骤一中得到的铁水重量的0.03％。

其中，上述一种高硬度灰铸铁的制备方法的步骤二中孕育剂为硅钡钙孕育剂。

其中，上述一种高硬度灰铸铁的制备方法的步骤三中浇注温度：始浇温度1420℃、末浇温度1350℃，孕育后到浇注结束时间为10min。

实施例3

一种高硬度灰铸铁，以其总质量为100％，所述高硬度灰铸铁中各个元素的质量百分比为：碳：2.3％，镁：1.2％，钨：1.5％，铝：0.5％，钙：0.5％，钡：0.6％，铜：0.1％，镍：0.1％，余量为铁和不可避免的杂质。

制备上述高硬度灰铸铁的制备方法包括以下步骤：

步骤一：于中频炉中依次加入原铁水：以生铁、废钢、回炉料和增碳剂进行初期熔炼6h，熔炼后期加入含镁化合物、含钨化合物、含铝化合物、含钙化合物、含铜化合物和含镍化合物进行成分调质，使得频炉中各化学成分的重量配比为：碳：2.3％，镁：1.2％，钨：1.5％，铝：0.5％，钙：0.5％，钡：0.6％，铜：0.1％，镍：0.1％，余量为铁和不可避免的杂质；检测各个成分合格后将频炉升温至1560℃保温30min，以使增碳剂完全溶解得到铁水；

步骤二，将步骤一中的铁水倒入浇包，同时将称量好的孕育剂均匀加入铁水流中冲入包内进行孕育，孕育处理后的铁水扒渣后浇注到制动鼓的砂箱中得到浇注试样；

步骤三：将步骤二得到的将浇注试样冷却至150℃进行打箱，冷却至室温后清理即得所述的灰铸铁。

在本发明的有的实施例中，上述一种高硬度灰铸铁的制备方法的步骤一中的生铁的重量：废钢的重量：回炉料的重量：增碳剂的重量＝25：60：15：5。

其中，上述一种高硬度灰铸铁的制备方法的步骤一中的增碳剂为沥青粉。

其中，上述一种高硬度灰铸铁的制备方法的骤二中的孕育剂加入量为步骤一中得到的铁水重量的0.06％。

其中，上述一种高硬度灰铸铁的制备方法的步骤二中孕育剂为硅钡钙孕育剂。

其中，上述一种高硬度灰铸铁的制备方法的步骤三中浇注温度：始浇温度1460℃、末浇温度1370℃，孕育后到浇注结束时间为14min。

实施例4

一种高硬度灰铸铁，以其总质量为100％，所述高硬度灰铸铁中各个元素的质量百分比为：碳：2％，镁：1.1％，钨：1.4％，铝：0.4％，钙：0.4％，钡：0.5％，铜：0.08％，镍：0.06％，余量为铁和不可避免的杂质。

制备上述高硬度灰铸铁的制备方法包括以下步骤：

步骤一：于中频炉中依次加入原铁水：以生铁、废钢、回炉料和增碳剂进行初期熔炼5h，熔炼后期加入含镁化合物、含钨化合物、含铝化合物、含钙化合物、含铜化合物和含镍化合物进行成分调质，使得频炉中各化学成分的重量配比为：碳：2％，镁：1.1％，钨：1.4％，铝：0.4％，钙：0.4％，钡：0.5％，铜：0.08％，镍：0.06％，余量为铁和不可避免的杂质；检测各个成分合格后将频炉升温至1540℃保温20min，以使增碳剂完全溶解得到铁水；

步骤二，将步骤一中的铁水倒入浇包，同时将称量好的孕育剂均匀加入铁水流中冲入包内进行孕育，孕育处理后的铁水扒渣后浇注到制动鼓的砂箱中得到浇注试样；

步骤三：将步骤二得到的将浇注试样冷却至120℃进行打箱，冷却至室温后清理即得所述的灰铸铁。

在本发明的有的实施例中，上述一种高硬度灰铸铁的制备方法的步骤一中的生铁的重量：废钢的重量：回炉料的重量：增碳剂的重量＝25：60：15：3。

其中，上述一种高硬度灰铸铁的制备方法的步骤一中的增碳剂为石墨粉。

其中，上述一种高硬度灰铸铁的制备方法的骤二中的孕育剂加入量为步骤一中得到的铁水重量的0.04％。

其中，上述一种高硬度灰铸铁的制备方法的步骤二中孕育剂为硅钡钙孕育剂。

其中，上述一种高硬度灰铸铁的制备方法的步骤三中浇注温度：始浇温度1425℃、末浇温度1355℃，孕育后到浇注结束时间为11min。

实验例

取实施例1-4制备得到的高硬度灰铸铁，采用XJP-300金相显微镜检验；强度采用φ10单肩金属拉伸长试样，在HENGSHAN(HS)600千牛顿液压万能试验机检验；硬度样尺寸为φ20×20，采用HB-3000B-I布氏硬度计检验3点，取平均值，结果见表1：

表1

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。