一种合金铸铁及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种合金铸铁及其制备方法和应用，属于金属材料领域。该合金铸铁包括以下质量百分比的组分：碳2.9％‑3.1％、硅1.8％‑2.2％、锰0.9％‑1％、铜0.5％‑0.6％、钼0.45％‑0.55％、铁92.45％‑92.75％、以及不可避免的杂质余量；合金铸铁的金相组织中通过碳生成的石墨中，63wt％‑68wt％的石墨以片状石墨的形态均匀分布。该合金铸铁中上述配比的各组分协同配合，有效改善了本发明专利技术提供的合金铸铁的力学性能，用该合金铸铁生产的零件本体硬度达到190HB‑250HB，抗拉强度达到300MPa以上，疲劳强度达到70MPa以上，能有效地用于生产内燃机零件。

A kind of alloy cast iron and its preparation and Application

The invention discloses an alloy cast iron and its preparation method and application, which belongs to the field of metal material. The alloy cast iron comprises the following components: the mass percentage of carbon 2.9% 3.1%, 1.8% 2.2%, 0.9% silicon manganese 1%, 0.6%, 0.5% copper molybdenum 0.45% 0.55%, 92.45% 92.75%, iron and unavoidable impurities generated by the carbon allowance; the microstructure of alloy cast iron in Shi Mozhong, 63wt% 68wt% graphite in the form of uniform distribution of flake graphite. Each of these points in the proportion of the alloy cast iron coordination, effectively improve the mechanical properties of alloy cast iron is provided by the invention, the body parts hardness of alloy cast iron production reached 190HB 250HB, tensile strength is above 300MPa, the fatigue strength of more than 70MPa, can be effectively used in the production of internal combustion engine parts.

【技术实现步骤摘要】
一种合金铸铁及其制备方法和应用
本专利技术涉及金属材料领域，特别涉及一种合金铸铁及其制备方法和应用。
技术介绍
合金铸铁主要为含碳量大于2.11％的铁碳合金材料，其广泛应用于机械零件的制造中。举例来说，将合金铸铁熔炼、浇注后可制得内燃机零件，并可将内燃机应用于汽车、农业机械、工程机械、船舶、军用机械、移动和备用电站等领域。其中，内燃机包括柴油机、汽油机、燃气轮机，而且内燃机的外形及内部型腔一般均比较复杂，其基础骨架包括机体、缸盖、底座等。在实际应用中，内燃机主要通过在其内部燃烧燃料产生热量，然后向外界传输热能与动能来满足不同机械设备的生产需求，故在实际生产中对内燃机的机体、缸盖、底座等零部件的力学性能要求高，以满足其使用的安全性。因此，提供一种力学性能优异的用于生产内燃机机体、缸盖、底座的合金铸铁材料是十分必要的。现有技术中主要以HT350、HT300、HT250等灰铸铁为材料来制造内燃机的各个零件，HT350灰铸铁的组分以质量百分比计为：碳2.6％-3.6％、硅1.2-3.0％、锰0.4％-1.2％、铜0.5％-1％、铁90.8％-91.7％、及不可避免的杂质余量。其中，HT350灰铸铁铸件本体的抗拉强度可达到280MPa。专利技术人发现现有技术至少存在以下问题：HT350灰铸铁铸件的硬度、抗拉强度和疲劳强度均不符合生产内燃机零件的要求。
技术实现思路
本专利技术实施例所要解决的技术问题在于，提供了一种硬度、抗拉强度和疲劳强度均优异的合金铸铁及其制备方法和应用。具体技术方案如下：第一方面，本专利技术实施例提供了一种合金铸铁，所述合金铸铁包括以下质量百分比的组分：碳2.9％-3.1％、硅1.8％-2.2％、锰0.9％-1％、铜0.5％-0.6％、钼0.45％-0.55％、铁92.45％-92.75％、以及不可避免的杂质余量。所述合金铸铁的金相组织中通过碳生成的石墨中，63wt％-68wt％的所述石墨以片状石墨的形态均匀分布。具体地，作为优选，所述合金铸铁的基体组织中，95wt％-99wt％的金属基体为珠光体。第二方面，本专利技术实施例提供了上述合金铸铁的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：步骤a、根据合金铸铁中各组分的质量百分比，将生铁、钢、焦炭置于熔炉中，并在温度为1500℃-1650℃的条件下进行熔炼，形成铁水。步骤b、将炉前孕育剂加入所述熔炉的出铁槽中，使所述炉前孕育剂随所述铁水一同流入铁水包中，然后加入铜、钼铁合金，得到炉前孕育铁水。步骤c、待所述炉前孕育铁水达到浇注温度时，将所述炉前孕育铁水倒入砂型中进行浇注，在所述浇注的过程中，向流动的所述炉前孕育铁水中添加随流孕育剂，得到随流孕育铁水。步骤d、对所述随流孕育铁水进行降温冷却，得到所述合金铸铁。具体地，作为优选，所述浇注温度为1350℃-1450℃。具体地，作为优选，所述炉前孕育剂的加入量占所述铁水的质量百分比为0.3％-0.5％；所述随流孕育剂的加入量占所述铁水的质量百分比为0.15％-0.25％。具体地，作为优选，所述炉前孕育剂为稀土孕育剂和/或钡-硅-铁复合孕育剂，所述随流孕育剂为钡-硅-铁复合孕育剂。具体地，作为优选，所述稀土孕育剂包括以下质量百分比的组分：稀土20％-26％、硅40％-45％、余量为铁；所述钡-硅-铁复合孕育剂包括以下质量百分比的组分：钡4％-6％、铁18％-23％、余量为硅。具体地，作为优选，所述稀土孕育剂和所述钡-硅-铁复合孕育剂的混合物中，各组分所占所述铁水的质量百分比为：稀土孕育剂0.05％-0.15％、钡-硅-铁复合孕育剂0.25％-0.35％。第三方面，本专利技术实施例提供了上述合金铸铁在制造内燃机零件中的应用。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：第一方面，本专利技术实施例提供了一种合金铸铁，通过将碳、硅的质量百分比适当降低，并分别控制在2.9％-3.1％、1.8％-2.2％的质量范围内，可以降低合金铸铁的薄壁处产生白口，这增加了该合金铸铁的力学性能。通过将铜和钼的质量比例分别控制在0.5％-0.6％、0.45％-0.55％的范围内，可以细化合金铸铁中的石墨，同时细化并增加了合金铸铁中珠光体的含量，进而增加合金铸铁的硬度、抗拉强度及疲劳强度等力学性能。通过控制锰的质量比例在0.9％-1％的范围内，可强化合金铸铁的基体，同时增加了碳化物的弥散度和稳定性。以上因素协同配合，使63wt％-68wt％的石墨以片状石墨的形态均匀分布，这有效地改善了本专利技术提供的合金铸铁的力学性能，用该合金铸铁生产的零件本体硬度达到190HB-250HB，抗拉强度达到300MPa以上，疲劳强度达到70MPa以上，能有效地用于制备内燃机零件。第二方面，本专利技术实施例提供了合金铸铁的制备方法，通过对其中所含组分及其配比进行如上限定，同时通过如上所述的方法，能够获得具有优异的硬度、抗拉强度和疲劳强度等力学性能的合金铸铁。尤其是通过在上述制备过程中添加炉前孕育剂和随流孕育剂，这两种孕育剂的双效协同作用可以使合金铸铁中形成了小的晶粒相，还避免了碳化物的大量生成，这大大改善了合金铸铁的力学性能。可见，该制备方法简单，易操作，并能保证合金铸铁具有优异的力学性能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例4提供的放大100倍的合金铸铁中石墨的形态与分布情况的金相显微镜图；图2是本专利技术实施例4提供的放大500倍的合金铸铁中珠光体的形态与分布情况的金相显微镜图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。第一方面，本专利技术实施例提供了一种合金铸铁，该合金铸铁包括以下质量百分比的组分：碳(C)2.9％-3.1％、硅(Si)1.8％-2.2％、锰(Mn)0.9％-1％、铜(Cu)0.5％-0.6％、钼(Mo)0.45％-0.55％、铁(Fe)92.45％-92.75％、以及不可避免的杂质余量。合金铸铁的金相组织中通过碳生成的石墨中，63wt％-68wt％的石墨以片状石墨的形态均匀分布。本专利技术实施例提供的合金铸铁，通过将碳、硅的质量百分比适当降低，并分别控制在2.9％-3.1％、1.8％-2.2％的范围内，可以降低合金铸铁的薄壁处产生白口，这增加了该合金铸铁的力学性能。通过将铜和钼的质量比例分别控制在0.5％-0.6％、0.45％-0.55％的范围内，可以细化合金铸铁中的石墨，同时细化并增加了合金铸铁中珠光体的含量，进而增加合金铸铁的硬度、抗拉强度及疲劳强度等力学性能。通过控制锰的质量比例在0.9％-1％的范围内，可强化合金铸铁的基体，同时增加了碳化物的弥散度和稳定性。以上因素协同配合，使63wt％-68wt％的石墨以片状石墨的形态均匀分布，这有效地改善了本专利技术提供的合金铸铁的力学性能，使其硬度达到190HB-250HB，抗拉强度达到300MPa以上，疲劳强度达到70MPa以上，能有效地用于制备内燃机零件。具体地，本专利技术提供的合金铸铁的各种质量百分比的化学组分如下表1所示：表1举例来说，碳的质量百本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种合金铸铁，其特征在于，所述合金铸铁包括以下质量百分比的组分：碳2.9％‑3.1％、硅1.8％‑2.2％、锰0.9％‑1％、铜0.5％‑0.6％、钼0.45％‑0.55％、铁92.45％‑92.75％、以及不可避免的杂质余量；所述合金铸铁的金相组织中通过碳生成的石墨中，63wt％‑68wt％的所述石墨以片状石墨的形态均匀分布。

【技术特征摘要】
1.一种合金铸铁，其特征在于，所述合金铸铁包括以下质量百分比的组分：碳2.9％-3.1％、硅1.8％-2.2％、锰0.9％-1％、铜0.5％-0.6％、钼0.45％-0.55％、铁92.45％-92.75％、以及不可避免的杂质余量；所述合金铸铁的金相组织中通过碳生成的石墨中，63wt％-68wt％的所述石墨以片状石墨的形态均匀分布。2.根据权利要求1所述的合金铸铁，其特征在于，所述合金铸铁的基体组织中，95wt％-99wt％的金属基体为珠光体。3.权利要求1-2任一项所述的合金铸铁的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：步骤a、根据合金铸铁中各组分的质量百分比，将生铁、钢、焦炭置于熔炉中，并在温度为1500℃-1650℃的条件下进行熔炼，形成铁水；步骤b、将炉前孕育剂加入所述熔炉的出铁槽中，使所述炉前孕育剂随所述铁水一同流入铁水包中，然后加入铜、钼铁合金，得到炉前孕育铁水；步骤c、待所述炉前孕育铁水达到浇注温度时，将所述炉前孕育铁水倒入砂型中进行浇注，在所述浇注的过程中，向流动的所述炉前孕育铁水中添加随流孕育剂，得到随流孕育铁水；步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：许传国，张连俊，张磊，王令金，纪有君，韩常勇，白莹，王海渊，陈文杰，左彤梅，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团公司，中国石油集团济柴动力总厂，济南柴油机股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11