一种高强度高韧性铸态QT800-5球墨铸铁及其生产方法

摘要

本发明涉及一种高强度高韧性铸态QT800‑5球墨铸铁及利用普通粘土砂成型该球墨铸铁的方法，该方法以球墨铸铁用生铁、碳素废钢及回炉料为原材料，加入适量的铜、钼、镍、锑或锡等合金，采用感应电炉熔炼铁液，以稀土镁硅铁合金为球化剂，利用硅铁、硅钡和硅铋进行孕育处理，在微震压实造型机上以普通粘土砂造型，浇注30～60min后脱箱即得。本发明可满足市场对高强高韧铸态QT800‑5球墨铸铁件的需求，特别是汽车行业对铸件轻量化的需求。

说明书

技术领域

本发明涉及金属铸造及金属材料技术领域，具体涉及一种高强度高韧性铸态QT800-5球墨铸铁及利用普通粘土砂成型该球墨铸铁的方法。

背景技术

球墨铸铁件自1947年问世以来，因其具有良好的力学性能和铸造性能得以迅速发展，已成为重要的工程材料，在工业生产中得到了广泛的应用。目前国家标准GB/T1348-2009《球墨铸铁件》规定的球墨铸铁件共有14个牌号，这些牌号的产品一般具有低强度高延伸率或高强度低延伸率的特点，虽然已经广泛的应用于各个领域并为国民经济发展做出了巨大贡献，但随着我国经济的快速发展和科技水平的不断提高，特别是汽车工业的快速发展，商用车向着重载、高速、低能耗方向发展，汽车空载轻量化的需求不断增加，催生了汽车零部件对高强度高韧性铸态球墨铸铁件的需求。

对于要求高强度、高韧性及高疲劳性能的铸件，传统国标的球墨铸铁材料性能已不能满足要求。提高球墨铸铁的综合力学性能，使其具有较高强度的同时又具有高的伸长率，增加产品可靠性的同时为扩大球墨铸铁的应用范围创造了条件，从而满足汽车零部件轻量化需求。因此，高强度、高伸长率铸态球墨铸铁的研究与技术开发，一直备受关注。目前国外该类产品的研发仅有瑞士的GF公司形成系列化产品，正处于推广应用阶段。我国对高强度高韧性铸态球墨铸铁的研究刚刚起步，目前还没有能满足工业化批量生产的标准工艺。

申请人为适应市场需求，积极开拓高端球墨铸铁件市场，通过产学研合作致力于高强高韧铸态球墨铸铁件的研究与开发。本发明利用合金元素调控基体组织、微量元素复合增韧技术，在不同冷却速度下控制球墨铸铁微观组织，实现了在铸态条件下工业化稳定、生产高强度高韧性铸态QT800-5球墨铸铁件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强度高韧性铸态QT800-5球墨铸铁材料及其工业化稳定生产方法，该工艺能够在普通造型线上利用普通粘土砂造型，工业化稳定的生产高强度高韧性铸态QT800-5球墨铸铁件，满足汽车零部件轻量化的要求。为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种高强度高韧性铸态QT800-5球墨铸铁，其成分以质量百分比计包括：C 3.40％～3.90％，Si 2.30％～3.0％，Mn＜0.30％，P＜0.04％，S≤0.02％，Cu 0.50％～1.20％，Mo＜0.30％，Sb＜0.02％，Bi＜0.01％，余量为铁及少量杂质。

按照上述方案，该铸态球墨铸铁中还包括0.50％～1.50％的Ni和低于0.03％的Sn。

利用普通黏土砂成型上述高强度高韧性铸态QT800-5球墨铸铁的方法，包括以下步骤：

(a)以生铁、碳素废钢及球铁回炉料为原材料进行熔炼，待接近出铁温度时分析调整配料使成分合格，在1500℃～1520℃静置5～8min，扒渣出铁液；

(b)向堤坝式浇包的凹坑内加入FeSiMg8Re5球化剂、硅铁、钼铁及纯铜棒，每层捣平实后覆盖珍珠岩，将炉内符合要求的铁液冲入球化包中，球化反应完毕后造渣除渣，随后倒包孕育处理，在倒包过程中加入SiBa和Sb或SiBa和Sn复合孕育剂，充分搅拌铁液加盖珍珠岩后待用；

(c)利用普通粘土砂造型，将球化孕育后的纯净铁液吊入浇注位置进行浇注，期间随流加入SiBi孕育剂，最后开箱。

按照上述方案，步骤(a)中所使用的生铁具体为Q12生铁，其成分为：C 3.60％～3.90％，Si 2.30％～2.8％，Mn＜0.30％，P＜0.04％，S≤0.02％，Cu 0.50％～1.20％，Mo＜0.30％，Sb＜0.02％，余量为铁。

按照上述方案，步骤(b)中依次加入1.2％-1.6％的FeSiMg8Re5球化剂、0.5％-1.1％的75硅铁、0.42％的60钼铁以及0.7％-1％的纯铜棒。

按照上述方案，步骤(b)复合孕育剂中SiBa的加入量为0.35％，Sb或Sn的加入量低于0.03％，SiBi孕育剂的加入量为0.25％。

按照上述方案，步骤(b)中在加入球化剂、硅铁、钼铁、纯铜棒的同时还加入了0.50％～1.50％的纯Ni。

按照上述方案，步骤(c)中将普通粘土砂装入砂箱后在微震压实造型机上造型，型腔的硬度控制在75-85，浇铸完成后30-60min开箱。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)制备得到的高强度高韧性铸态球墨铸铁抗拉强度Rm≥800MPa，延伸率A≥5％，金相组织为：球化等级1～2级，球径大小6～7级，珠光体含量60％～80％。

(2)利用普通粘土砂进行造型，适用范围广，单件、小批量和大批量生产均能满足；生产节拍长，从浇注到脱箱需要45min以上，且砂型保温能力强，能充分利用余热淬火实现铸态生产。

(3)使用Si元素调控铁素体含量，并利用Si的合金化作用强化铁素体基体，从而提高球铁的强韧性；利用Cu-Mo-Ni合金化调控珠光体含量，稳定并细化珠光体组织，强化基体组织，提高球铁的强度；使用微量元素Sb、Sn、Bi复合细化石墨球，利用开箱时间控制铸件的冷却速度。

附图说明

图1为本发明实施例3制得的高强度高韧性铸态球墨铸铁的显微组织图。

具体实施方式

为使本领域普通技术人员充分理解本发明的技术方案和有益效果，以下结合具体实施例进行进一步说明。

实施例1

将普通粘土湿型砂填入砂箱后在微震压实造型机上造型，砂型的硬度平均值控制在82左右。原材料采用Q12生铁，其成分为(质量分数，下同)：C 3.60％～3.90％，Si 2.30％～2.8％，Mn＜0.30％，P＜0.04％，S≤0.02％，Cu 0.50％～1.20％，Mo＜0.30％，Sb＜0.02％，余量为铁。采用感应电炉熔炼，期间分析调整配料使成分合格，最后升温至1520℃静置5～8min扒渣出炉。在球化包内依次加入1.3％的FeSiMg8Re5球化剂、0.65％的75硅铁、0.42％的60钼铁及0.8％的纯铜棒，每层捣平实后覆盖珍珠岩，然后将炉内铁液冲入球化包内，造渣除渣后进行倒包孕育处理，在倒包过程中加入由SiBa、Sb组成的复合孕育剂(SiBa加入量0.35％，Sb加入量0.025％)，充分搅拌铁液扒净浮渣后加盖珍珠岩待用。将球化孕育后的纯净铁液吊入浇注位置进行浇注，浇注时加入SiBi孕育剂(加入量0.25％)进行随流孕育，经30min冷却后脱箱清理。

本实施例生产的附铸Y型试块检测所得技术指标为：球化等级2级，石墨大小6～7级，珠光体含量为65～70％；力学性能：抗拉强度Rm 816～829MPa，延伸率A 5.8～7.2％。

实施例2

本实施例其他步骤、参数与实施例1完全相同，不同之处在于：将转包孕育剂中的Sb用Sn替代，且Sn＜0.03％；球化剂的加入量有所改变：1.4％的FeSiMg8Re5球化剂、0.76％的75硅铁、0.42％的60钼铁及0.7％的纯铜棒。

本实施例生产的附铸Y型试块技术指标为：球化等级2级，石墨大小6～7级，珠光体含量为65～70％；力学性能：抗拉强度Rm814～816MPa，延伸率A5.6～6.8％。

实施例3

本实施例其他步骤、参数与实施例1完全相同，不同之处在于：将转包孕育剂中的Sb用Sn替代，且Sn＜0.03％；球化剂的加入量有所改变：1.5％的FeSiMg8Re5球化剂、0.95％的75硅铁、0.42％的60钼铁、1％的纯铜棒以及1％的Ni。

本实施例生产的附铸Y型试块技术指标为：球化等级2级，石墨大小6～7级(见附图1右)，珠光体含量为65～70％(见附图1左)；力学性能：抗拉强度Rm 809～829MPa，延伸率A5.4～7.0％。