一种高韧性铁素体球墨铸铁及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高韧性铁素体球墨铸铁及其的制备方法，该高韧性铁素体球墨铸铁，按重量百分比计，包括以下组分：硅4.1～4.3％、碳2.5～3.5％、硫0.001～0.012％、镁0.020～0.032％、锰0.20～0.25％、铬0.05～0.08％、钼0.55～0.65％、锡0.008～0.010％、铜0.01～0.03％、磷0.001～0.04％、钽1～2％和余量的铁。本发明专利技术通过添加钽元素和含硒孕育剂，再经过多步热处理熔炼，制备得到的铁素体球墨铸铁具有优异的机械性能，解决了在低温条件下铁素体球墨铸铁韧性低、强度不足的问题。强度不足的问题。强度不足的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种高韧性铁素体球墨铸铁及其制备方法


[0001]本专利技术涉及铁素体球墨铸铁制备
，尤其涉及一种高韧性铁素体球墨铸铁及其制备方法。

技术介绍

[0002]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，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，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。球墨铸铁按基体组织不同，可分为珠光体球墨铸铁、铁素体球墨铸铁、贝氏体球墨铸铁以及铁素体、珠光体混合基体型球墨铸铁四大类。铁素体球墨铸铁是指基体中铁素体含量大于80％、其余为珠光体的球墨铸铁，其具有良好的塑性和韧性，故应用最为广泛。
[0003]随着机械设备向轻便化、低耗能能、高效率的趋势发展，人类对铁素体球墨铸铁的各种性能要求也在不断升高。铁素体球墨铸铁具有良好的初性和不容易发生脆性断裂等优点，满足大型风力发电机组轮穀、变速箱、底座等部件在常温和较低温度工作环境下的使用要求，但在低于
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40℃的低温条件下，其力学性能发生显著变化容易发生脆性破坏。
[0004]CN110983166A公开了一种加Ni高强度铁素体球墨铸铁及其制备方法。该专利技术加Ni高强度铁素体球墨铸铁按重量百分比计，包括以下各组分：C 3.60％～3.90％，Si 2.15％～2.30％，Mn＜0.20％，Mg 0.035％～0.050％，P≤0.035％，S≤0.015％，Ni 0.4％～0.6％，余量为铁，制备时选用优质生铁、废钢，电炉熔化铁水并控制碳硅锰含量，Ni加在中间浇包中，先从熔化炉出铁水到中间包，再倒包到球化包中进行球化处理，球化包中加入一定量的预处理剂、球化剂、孕育剂进行铁水处理，球化效果好。该专利技术制备方法简单，制备得到的铁素体球墨铸铁的抗拉强度、屈服强度和延伸率达到并超过了要求值，且带V形缺口的
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30℃冲击值也达到了要求，金相效果较好。
[0005]CN105861915A公开了一种铁素体球墨铸铁及其制备方法，所述铁素体球墨铸铁中各元素成份的质量百分比为：碳3.5％～3.8％，硅2.4％～2.7％，锰0.29％～0.35％，铈0.03％～0.04％，镁0.045％～0.06％，钇0.08％～0.1％，钼0.01％～0.02％，铼0.02％～0.03％，磷≤0.04％，硫≤0.018％，余量为铁，其制备方法具体包括以下步骤：(1)用中频感应电炉对原料进行熔化，然后进行脱硫处理；(2)将碳化硅粉末和稀土镁合金混合均匀后倒入球化包内，上面覆盖第一孕育剂，进行球化处理和第一次孕育处理，再进行第二次孕育处理，浇注，得铸件；(3)将铸件进行热处理，得铁素体球墨铸铁，该专利技术中的铁素体球墨铸铁球化率高，具有较高的强度及优异的韧性和冲击塑性，制备方法简单高效。
[0006]目前提高铁素体球墨铸铁韧性的研究大部分都在
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30～
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10℃，但在更低温条件下，保证铁素体球墨铸铁机械强度的同时，提高铁素体球墨铸铁韧性是亟待解决的问题。

技术实现思路

[0007]有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术通过添加钽元素来制备铁素体球墨铸铁，解决了在低温条件下铁素体球墨铸铁机械强度的问题。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供了一种高韧性铁素体球墨铸铁，按重量百分比计，包括以下组分：硅4.1～4.3％、碳2.5～3.5％、硫0.001～0.012％、镁0.020～0.032％、锰0.20～0.25％、铬0.05～0.08％、钼0.55～0.65％、锡0.008～0.010％、铜0.01～0.03％、磷0.001～0.04％、钽1～2％和余量的铁。
[0009]优选的，所述的高韧性铁素体球墨铸铁，按重量百分比计，包括以下组分：硅4.24％、碳3.00％、硫0.005％、镁0.028％、锰0.22％、铬0.07％、钼0.61％、锡0.009％、铜0.02％、磷0.02％、钽1.8％和余量的铁。
[0010]本专利技术提供了一种高韧性铁素体球墨铸铁的制备方法，包括以下步骤：
[0011](1)将生铁和废钢加热，调整各元素含量至符合配方要求进行熔炼，得到铁水；
[0012](2)在步骤(1)得到的铁水中加入球化剂，随后加入孕育剂进行孕育处理，浇注成型，冷却后得预制品；
[0013](3)对步骤(2)所述的预制品进行热处理，得所述高韧性铁素体球墨铸铁。
[0014]具体的，所述高韧性铁素体球墨铸铁的制备方法，包括以下步骤：
[0015](1)将50～70份生铁、40～60份废钢加热至1410～1430℃，检测铁水中各元素的含量，并调整各元素含量至符合配方要求，进行熔炼处理，扒渣除去表面浮渣，随后进行脱硫处理，得到铁水；
[0016](2)采用盖包法，在步骤(1)得到的铁水中加入铁水总重量1.3～1.8％的球化剂，随后加入孕育剂进行孕育处理，在1340～1380℃下浇注成型，冷却后得预制品；
[0017](3)将步骤(2)所述的预制品升温至900～920℃，保温2～5h，以8～12℃/min的速度降温至600～650℃，保温2～5h，再空冷至20～30℃后升温至800～850℃，保温2～5h，以8～12℃/min的速度降温至500～600℃，空冷至20～30℃，得所述高韧性铁素体球墨铸铁。
[0018]优选的，步骤(1)所述的熔炼处理为单步热处理：升温至1470～1510℃熔炼10～30min。
[0019]铁素体具有较高的导热系数、较低的热膨胀系数和较低的成本，是一种很有前途的高温结构材料。然而，通过添加钽元素只能在一定程度上改善铁素体球墨铸铁机械性能，由于碳化物/氮化物粗化、Z相形成等析出物与基体之间的非共格作用而易导致铁素体球墨铸铁的组织不稳定。在高温条件下，由于基体和沉淀之间的界面处的扩散流动，铁素体合金在高于600℃时抗蠕变性较弱，不同金属元素在铁基体中析出，称为分级析出。热处理温度会影响析出物的尺寸、形态和空间分布，这对机械性能起着重要作用。本专利技术人发现，通过多部热处理熔炼，使细小的Laves相析出物引入到共格分级析出物中可以有效地提高铁素体球墨铸铁的机械性能。
[0020]进一步优选的，步骤(1)所述的熔炼处理为多步热处理：在1100～1200℃下熔炼0.4～0.6h，以8～12℃/min的速度降温至800～850℃保温5～10h，再升温至1470～1510℃。
[0021]优选的，步骤(2)所述的球化剂，粒径为30～60mm，按重量百分比计，包括以下组分：稀土2～4％，镁7～9％，钙2.0～3.5％，硅40～44％，锰0.4～0.7％，钛0.3～0.6％和余量的铁。
[0022]优选的，步骤(2)所述的孕育处理为加入铁水总重量1.4～1.6％的孕育剂进行第一次孕育处理，静置3～5min，再加入铁水总重量0.4～0.6％孕育剂进行第二次孕育处理，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高韧性铁素体球墨铸铁，其特征在于，按重量百分比计，包括以下组分：硅4.1～4.3％、碳2.5～3.5％、硫0.001～0.012％、镁0.020～0.032％、锰0.20～0.25％、铬0.05～0.08％、钼0.55～0.65％、锡0.008～0.010％、铜0.01～0.03％、磷0.001～0.04％、钽1～2％和余量的铁。2.如权利要求1所述的高韧性铁素体球墨铸铁，其特征在于，按重量百分比计，包括以下组分：硅4.24％、碳3.00％、硫0.005％、镁0.028％、锰0.22％、铬0.07％、钼0.61％、锡0.009％、铜0.02％、磷0.02％、钽1.8％和余量的铁。3.如权利要求1～2任一项所述高韧性铁素体球墨铸铁的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将生铁和废钢加热熔炼，调整各元素含量至符合配方要求，得到铁水；(2)在步骤(1)得到的铁水中加入球化剂，随后加入孕育剂进行孕育处理，浇注成型，冷却后得预制品；(3)对步骤(2)所述的预制品进行热处理，得所述高韧性铁素体球墨铸铁。4.如权利要求3所述高韧性铁素体球墨铸铁的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的熔炼处理为单步热处理：升温至1470～1510℃熔炼10～30min。5.如权利要求3所述高韧性铁素体球墨铸铁的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的熔炼处理为多步热处理：在1100～1200℃下熔炼0.4～0.6h，以8～12℃/min的速度降温至800～85...

【专利技术属性】
技术研发人员：马建照，苏敏，李猛，杨冬屏，孙建国，
申请(专利权)人：江苏天奇重工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：