一种高伸长率和抗拉强度的球墨铸铁及其制备方法

技术领域

本发明属于球磨铸铁技术领域，一种高伸长率和抗拉强度的球墨铸铁及其制备方法。

背景技术

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。所谓“以铁代钢”，主要指球墨铸铁。球墨铸铁是通过球化和孕育处理得到球状石墨，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。

EN-GJS-700-9是一种(属于高强度、屈服、高伸长率)特殊合金化球墨铸铁，而这种铸铁是通过高合金等温淬火+回火来完成的一种基体组织，但是该产品存在如下问题，如产品结构落差大(淬火)后变形率极高，产品耐疲劳性能和抗冲击性能差。

发明内容

发明目的：为了解决现有技术的缺陷，本发明提供了一种高伸长率和抗拉强度的球墨铸铁及其制备方法。

技术方案：为达到上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

(1)选用低Si、低Mn、低P、低S高纯优质生铁与高纯碳素钢作原材料，控制各元素的含量如下：

Ce 4.4-4.5％、C 3.2-3.3％、Si(原)2.15-2.2％、Mn 0.2-0.25％、P＜0.025％、S＜0.012％、Cu 0.55-0.65％、Mo 0.2-0.25％、Ni 0.8-1.0％；

(2)加入低稀土硅镁球化剂和长效孕育剂，采用冲入盖包法工艺进行包内球化和第一次孕育处理；

(3)加入孕育剂，进行二次孕育及倒包孕育；

(4)加入复合孕育剂SOZr和SiBaBi，进行瞬时孕育；

(5)在过热净化后或出炉前加入速溶增碳剂与预处理剂，最后冷却，即得所述球墨铸铁。

作为优选或者改进方案：

步骤(2)中，所述低稀土硅镁球化剂选自FeSiMg7Re1(稀土镁硅铁合金GB/T4138-93)，加入量为1.0％-1.2％；所述长效孕育剂选自硅钡钙(碳化钙35-45％、二氧化硅40-45％、硫酸钡10-30％)，孕育质量分数为0.8-1.0％，规格3-8mm。

步骤(3)中，所述孕育剂选自硅钡钙(碳化钙35-45％、二氧化硅40-45％、硫酸钡10-30％)，加入量为0.4％，规格1-3mm。

步骤(4)中，所述SOZr和SiBaBi(硅70-75％、锆1.5-2.5％、钡1-5％、铋0.5-1.5％)的加入量为0.15-0.18％，规格为0.2-0.7mm。

步骤(5)中，所述速溶增碳剂选自全石墨化(粒度1-5mm)增碳剂，所述预处理剂选自冶金或石墨化SiC，所述出炉前加入时机为出炉前2-4min。

作为最优选方案：步骤(2)中，所述低稀土硅镁球化剂选自FeSiMg7Re1，加入量为1.15％；长效孕育剂采用硅钡钙复合孕育剂，孕育质量分数为0.85％，规格3-8mm；步骤(3)中，所述孕育剂选自硅钡钙，加入量为0.4％，规格1-3mm；步骤(4)中，所述SOZr和SiBaBi的加入量为0.17％，规格为0.2-0.7mm。

本发明还提供了一种球墨铸铁，由上述制备方法制得。

所述球磨铸铁中，各化学成分的含量如下：

Ce 4.4-4.5％、C 3.3-3.5％、Si(终)3.6-3.9％、Mn 0.20-0.25％、P＜0.02％、S＜0.012％、Cu 0.6-0.8％、Mo 0.15-0.2％、Ni 1.0-1.3％、Sb≤0.001％、Re＜0.01％、Mg0.038-0.05％、Al＜0.03％、Ti＜0.02％，无渗碳体。

有益效果：与现有技术相比，本发明制备方法采用(铸态)低温应力处理工艺，能够解决产品结构落差大(淬火)后变形率极高的问题，所制得球墨铸铁的抗拉强度、屈服强度、伸长率、布氏硬度、球化率、石墨球数、石墨球径等级和珠光体均可以达到EN-GJS-700-9机械性能标准要求。此外，还能进一步稳定提高伸长率和抗拉强度，扩大伸长空间。

具体实施方式

以下对本发明方案进行全面的描述，所述的实施案例是本发明中最优选实施方式，但本发明并不限于以下实施例。

实施例1

(1)选用低Si、低Mn、低P、低S高纯优质生铁与高纯碳素钢作原材料，控制各元素的含量如下：

Ce 4.4-4.5％、C 3.2-3.3％、Si(原)2.15-2.2％、Mn 0.2-0.25％、P＜0.025％、S＜0.012％、Cu 0.55-0.65％、Mo 0.2-0.25％、Ni 0.8-1.0％；

(2)加入球化剂和孕育剂，球化剂选自FeSiMg7Re1(稀土镁硅铁合金GB/T4138-93)，加入量为1.0％；所述孕育剂选自硅钡钙(碳化钙35-45％、二氧化硅40-45％、硫酸钡10-30％)，孕育质量分数为0.8％，规格3-8mm，采用冲入法进行包内球化和第一次孕育；

(3)加入孕育剂硅钡钙(碳化钙35-45％、二氧化硅40-45％、硫酸钡10-30％)，加入量为0.4％，规格1-3mm，进行二次孕育及倒包孕育；

(4)加入0.2mm的SOZr和SiBaBi(硅70-75％、锆1.5-2.5％、钡1-5％、铋0.5-1.5％)，加入量为0.15％，进行瞬时孕育；

(5)在过热净化后或出炉前加入速溶全石墨化(粒度1-5mm)增碳剂与预处理剂冶金或石墨化SiC，出炉前加入时机为出炉前3min，最后冷却，即得所述球墨铸铁。

最后所得球墨铸铁的各化学成分含量如下：

Ce 4.4-4.5％、C 3.3-3.5％、Si(终)3.6-3.9％、Mn 0.20-0.25％、P＜0.02％、S＜0.012％、Cu 0.6-0.8％、Mo 0.15-0.2％、Ni 1.0-1.3％、Sb≤0.001％、Re＜0.01％、Mg0.038-0.05％、Al＜0.03％、Ti＜0.02％，无渗碳体。

实施例2

(1)选用低Si、低Mn、低P、低S高纯优质生铁与高纯碳素钢作原材料，控制各元素的含量如下：

Ce 4.4-4.5％、C 3.2-3.3％、Si(原)2.15-2.2％、Mn 0.2-0.25％、P＜0.025％、S＜0.012％、Cu 0.55-0.65％、Mo 0.2-0.25％、Ni 0.8-1.0％；

(2)加入球化剂和孕育剂，球化剂选自FeSiMg7Re1(稀土镁硅铁合金GB/T4138-93)，加入量为1.2％；所述孕育剂选自硅钡钙(碳化钙35-45％、二氧化硅40-45％、硫酸钡10-30％)，孕育质量分数为1.0％，规格3-8mm，采用冲入法进行包内球化和第一次孕育；

(3)加入孕育剂硅钡钙(碳化钙35-45％、二氧化硅40-45％、硫酸钡10-30％)，加入量为0.4％，规格1-3mm，进行倒包孕育；

(4)加入0.7mm的SOZr和SiBaBi(硅70-75％、锆1.5-2.5％、钡1-5％、铋0.5-1.5％)，加入量为0.18％，进行瞬时孕育；

(5)在过热净化后或出炉前加入速溶全石墨化(粒度1-5mm)增碳剂与预处理剂冶金或石墨化SiC，出炉前加入时机为出炉前3min，最后冷却，即得所述球墨铸铁。

最后所得球墨铸铁的各成分含量如下：

Ce 4.4-4.5％、C 3.3-3.5％、Si(终)3.6-3.9％、Mn 0.20-0.25％、P＜0.02％、S＜0.012％、Cu 0.6-0.8％、Mo 0.15-0.2％、Ni 1.0-1.3％、Sb≤0.001％、Re＜0.01％、Mg0.038-0.05％、Al＜0.03％、Ti＜0.02％，无渗碳体。

实施例3

(1)选用低Si、低Mn、低P、低S高纯优质生铁与高纯碳素钢作原材料，控制各元素的含量如下：

Ce 4.4-4.5％、C 3.2-3.3％、Si(原)2.15-2.2％、Mn 0.2-0.25％、P＜0.025％、S＜0.012％、Cu 0.55-0.65％、Mo 0.2-0.25％、Ni 0.8-1.0％；

(2)加入球化剂和孕育剂，球化剂选自FeSiMg7Re1(稀土镁硅铁合金GB/T4138-93)，加入量为1.1％；所述孕育剂选自硅钡钙(碳化钙35-45％、二氧化硅40-45％、硫酸钡10-30％)，孕育质量分数为0.9％，规格3-8mm，采用冲入法进行包内球化和第一次孕育；

(3)加入孕育剂硅钡钙(碳化钙35-45％、二氧化硅40-45％、硫酸钡10-30％)，加入量为0.4％，规格1-3mm，进行倒包孕育；

(4)加入0.5mm的SOZr和SiBaBi(硅70-75％、锆1.5-2.5％、钡1-5％、铋0.5-1.5％)，加入量为0.16％，进行瞬时孕育；

(5)在过热净化后或出炉前加入速溶全石墨化(粒度1-5mm)增碳剂与预处理剂冶金或石墨化SiC，出炉前加入时机为出炉前3min，最后冷却，即得所述球墨铸铁。

最后所得球墨铸铁的各成分含量如下：

Ce 4.4-4.5％、C 3.3-3.5％、Si(终)3.6-3.9％、Mn 0.20-0.25％、P＜0.02％、S＜0.012％、Cu 0.6-0.8％、Mo 0.15-0.2％、Ni 1.0-1.3％、Sb≤0.001％、Re＜0.01％、Mg0.038-0.05％、Al＜0.03％、Ti＜0.02％，无渗碳体。

实施例3

(1)选用低Si、低Mn、低P、低S高纯优质生铁与高纯碳素钢作原材料，控制各元素的含量如下：

Ce 4.4-4.5％、C 3.2-3.3％、Si(原)2.15-2.2％、Mn 0.2-0.25％、P＜0.025％、S＜0.012％、Cu 0.55-0.65％、Mo 0.2-0.25％、Ni 0.8-1.0％；

(2)加入球化剂和孕育剂，球化剂选自FeSiMg7Re1(稀土镁硅铁合金GB/T4138-93)，加入量为1.15％；所述孕育剂选自硅钡钙(碳化钙35-45％、二氧化硅40-45％、硫酸钡10-30％)，孕育质量分数为0.85％，规格3-8mm，采用冲入法进行包内球化和第一次孕育；

(3)加入孕育剂硅钡钙(碳化钙35-45％、二氧化硅40-45％、硫酸钡10-30％)，加入量为0.4％，规格1-3mm，进行倒包孕育；

(4)加入0.5mm的SOZr和SiBaBi(硅70-75％、锆1.5-2.5％、钡1-5％、铋0.5-1.5％)，加入量为0.17％，进行瞬时孕育；

(5)在过热净化后或出炉前加入速溶全石墨化(粒度1-5mm)增碳剂与预处理剂冶金或石墨化SiC，出炉前加入时机为出炉前3min，最后冷却，即得所述球墨铸铁。

最后所得球墨铸铁的各成分含量如下：

Ce 4.4-4.5％、C 3.3-3.5％、Si(终)3.6-3.9％、Mn 0.20-0.25％、P＜0.02％、S＜0.012％、Cu 0.6-0.8％、Mo 0.15-0.2％、Ni 1.0-1.3％、Sb≤0.001％、Re＜0.01％、Mg0.038-0.05％、Al＜0.03％、Ti＜0.02％，无渗碳体。

EN-GJS-700-9机械性能标准要求：抗拉强度≥750MPa、屈服强度≥550MPa、伸长率δ≥9％、布氏硬度220-260HB、球化率≥85％、石墨球数≥200个、石墨球径等级6-8级、珠光体30-50％。

实施例1-4所得球墨铸铁的性能测试，其中抗拉强度、屈服强度、伸长率的测试方法为室温拉伸，参考的标准为GB/T 228.1-2010。球化率指球状石墨所占石墨总数的百分比，结果如下表1所示：

表1性能测试结果