超低温高韧性特种球墨铸铁金属材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超低温高韧性特种球墨铸铁金属材料及其制备方法，所述的原材料重量配比为生铁92～95份，废钢5～8份，硅铁1～2份，锰铁2～3份，铋铁0.5～1份，球化剂1.6～1.8份，孕育剂0.5～0.8份。由生铁、废钢、硅铁、锰铁、铋铁、孕育剂采用电炉熔炼，经过炉前变质孕育处理，再经浇注成型冷却得到本种材料。本发明专利技术既能满足良好的结构性能、铸造成型性能、切削加工性能，又能满足高韧性、高强度、高耐磨、耐寒性、耐蚀性、减震性、安全性能要求高的工作场合。并可应用于高速列车、风电行业、车辆、石油及石化等行业。原料相对低廉，具有很高的实用价值和推广意义，市场前景广阔。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于新材料领域，具体涉及一种超低温高韧性特种球墨铸铁金属材料及其制备方法。
技术介绍
随着国内外工业的迅速发展，对球墨铸铁中具有低温韧性的铁素体球墨铸铁的性能要求日益增高，不仅对其常温下的抗拉强度、延伸率、屈服强度有较高要求，更对低温度下的韧性也提出了要求，使原有的牌号的低温韧性球墨铸铁已不能满足要求，新的要求突出表现在我国飞快发展的高速列车、风力发电、车辆、石油及石化设备等配件上。例如：随着我国轨道交通快速发展，时速超过200Km/h和300Km/h的动车组对铁素体球铁铸件需求增加，由于速度快，受力复杂，一些零部件裸露在外部，还有风电铸件由于工作环境特殊(高空、室外)，维修及其困难，代价甚高，对球铁件的力学性能、低温冲击性能要求也更为严格。由于普通球墨铸铁的低温冲击韧性较低，在寒冷的环境中易发生脆性断裂，无法满足在低温环境中工作的设备配件的性能要求，不适合用以生产高速列车、风电等设备配件。因此在生产高速列车、风电球铁配件时，必须选用具有较高生产技术含量的低温高韧性球墨铸铁，以此来保证配件的使用安全。因此，超低温高韧性特种球墨铸铁金属材料的研发与应用，对高速列车、风电行业、车辆、石油及石化行业的发展具有非常重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种超低温高韧性特种球墨铸铁金属材料及其制备方法，既能满足良好的结构性能、铸造成型性能、切削加工性能，又能满足高韧性、高强度、高耐磨、耐寒性、耐蚀性、减震性、安全性能要求高的工作场合，成本低。本专利技术所述的超低温高韧性特种球墨铸铁金属材料，原材料重量配比为生铁92～95份，废钢5～8份，硅铁1～2份，锰铁2～3份，铋铁0.5～1份，球化剂1.6～1.8份，孕育剂0.5～0.8份。球化剂为稀土镁硅铁合金。稀土镁硅铁合金优选QRMg6RE2稀土镁硅铁合金。生铁使用Q10#生铁。Q10#生铁为低硅、低磷、低硫的生铁。废钢采用无锈一级废钢。硅铁采用75#硅铁。硅能减少结晶过程和白口倾，细化石墨，提高石墨球的圆整度。锰铁采用65#锰铁。铋铁采用含铋99.99％的铋铁。Bi的作用是提高石墨球的球化级别和大小级别，促进铁素体的形成，进一步提高球墨铸铁的低温耐冲击性。孕育剂采用硅钡孕育剂。超低温高韧性特种球墨铸铁金属材料的制备方法：由生铁、废钢、硅铁、锰铁、铋铁、球化剂和孕育剂为中频电炉熔炼，经过炉前变质孕育处理，再经浇注成型冷却得到产品。炉前变质孕育处理是通过添加球化剂、孕育剂及采用二次孕育方法获得，在1350℃～1380℃将球化后的液态混合物浇铸到铸型中，并使其在铸型中缓慢冷却到500℃以下，从铸型中清出，获到本材料浇注的铸件。本专利技术是在普通铁素体球墨铸铁的基础上，加入0.005％的Bi，和稀土搭配，可有效的细化石墨，提高球化率和石墨球数，改善球化级别，防止或减少异形石墨的形成。通过加入0.005％的Bi，促进铁素体的形成，硅能减少结晶过程和白口倾向，还能细化石墨，提高石墨球的圆整度，但硅高易形成异形石墨，提高低温脆性，因此终硅控制在1.8-2.0％，并用低稀土的稀土镁球化剂进行变质处理得到一种适于寒冷环境的特种球墨铸铁。Bi的作用是提高石墨球的球化级别和大小级别，促进铁素体的形成，进一步提高了球墨铸铁的低温耐冲击性。所述的超低温高韧性特种球墨铸铁金属材料的化学成分为：C：3.5-3.8％，Si：1.8％～2.0％，Mn：＜0.2％，S：≤0.02％，P：≤0.03％，Bi：0.0049～0.0051％，Mg：0.04-0.06％，Re：0.02-0.03％。所述的超低温高韧性特种球墨铸铁金属材料的机械性能：1、抗拉强度≥400MPa，延伸率＞22％，硬度HB130-175，-40℃冲击平均值大于17.3J，-50℃冲击平均值大于14J。2、基体组织：铁素体(＞98％)+少量珠光体+少量自由渗碳体。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术所述的超低温高韧性特种球墨铸铁金属材料，既能满足良好的结构性能、铸造成型性能、切削加工性能，又能满足高韧性、高强度、高耐磨、耐寒性、耐蚀性、减震性、安全性能要求高的工作场合。(2)可生产风电设备的轮毂、齿轮箱体、底座、轴承座等，高速列车的转向轴箱，高寒地区行驶的汽车以及常年行驶在寒冷地区的货轮上的一些球墨铸铁件，石油及石化设备配件等。(3)使用相对低廉的铋铁代替了镍铁，加铋的生产成本只是加镍的1/8，明显降低了生产成本，具有很高的实用价值和推广意义，市场前景广阔。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步说明：实施例1熔炼合金铸铁的原材料质量配比为：10#生铁95份，无锈一级废钢5份，75#硅铁2份，65#锰铁3份，含铋99.99份的铋铁1份，采用中频感应电炉熔化，温度达到1530℃后，加入硅钡孕育剂0.8份，QRMg6RE2稀土镁硅铁合金1.6份，经过炉前变质孕育球化处理而成，在1350℃～1380℃将球化后的液态混合物浇铸到轮毂铸型中，并使其在铸型中缓慢冷却到500℃以下，从铸型中清出，得到轮毂。轮毂的单件重量37.5kg，平均壁厚20mm，轮毂铸型工艺为呋喃树脂自硬砂造型工艺。经过检验，轮毂的化学成分为：C：3.55％，Si：1.95％，Mn：0.186％，P：0.025％，S：0.02％，Bi：0.0051％，Mg：0.055％，Re：0.024％。拉伸强度461MPa，延伸率23.6％，硬度HB155，-40℃冲击平均值17.6J，-50℃冲击平均值14.3J。经过加工后，应用于风电行业的高寒环境安全性能稳定。实施例2熔炼合金铸铁的原材料重量配比为：的10#生铁92份，无锈一级废钢8份，75#硅铁1份，65#锰铁2份，含铋99.99份的铋铁0.5份，采用中频感应电炉熔化，温度达到1530℃后，通过光谱仪检测化学成分，加入硅钡孕育剂0.5份，QRMg6RE2稀土镁硅铁合金1.8份，经过炉前变质孕育球化处理而成，浇注于转向轴箱的砂型型腔内得到转向轴箱。转向轴箱的单件重量65.5kg，平均壁厚22mm，转向轴箱的铸型工艺为呋喃树脂自硬砂造型工艺。经过检验，转向轴箱的化学成分为：C：3.78％，Si：1.82％，Mn：0.178％，P：0.023％，S：0.016％，Bi：0.0049％，Mg：0.052％，Re：0.022％。拉伸强度448MPa，延伸率27.9％，硬度HB151，-40℃冲击平均值17.8J，-50℃冲击平均值14.6本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超低温高韧性特种球墨铸铁金属材料，其特征在于，所述的原材料重量配比为生铁92～95份，废钢5～8份，硅铁1～2份，锰铁2～3份，铋铁0.5～1份，球化剂1.6～1.8份，孕育剂0.5～0.8份。

【技术特征摘要】
1.一种超低温高韧性特种球墨铸铁金属材料，其特征在于，所述的原材料重量配比为生
铁92～95份，废钢5～8份，硅铁1～2份，锰铁2～3份，铋铁0.5～1份，球化剂1.6～1.8
份，孕育剂0.5～0.8份。
2.根据权利要求1所述的超低温高韧性特种球墨铸铁金属材料，其特征在于，球化剂为
稀土镁硅铁合金。
3.根据权利要求1所述的超低温高韧性特种球墨铸铁金属材料，其特征在于，所述的生
铁为Q10#生铁。
4.根据权利要求1所述的超低温高韧性特种球墨铸铁金属材料，其特征在于，所述的废
钢为无锈一级废钢。
5.根据权利要求1所述的超低温高韧性特种球墨铸铁金属材...

【专利技术属性】
技术研发人员：周仕勇，李兴华，赵桂菊，
申请(专利权)人：山东省源通机械股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37