本发明专利技术公开了一种高含碳量的铸态高强度高韧性球墨铸铁，属于球铁铸造领域，球墨铸铁的含碳量≥4.0%，球墨铸铁中不含或少加贵重的金属强化合金，在铁液出炉球化时在球化包内加入控制球铁组织形态的抑制剂和足量的球化剂。所述抑制剂为所述球化剂和弱碳化物形成元素的混合物。抑制剂的加入量应保证在浇注完成后铸件中有少量存留。本发明专利技术的球墨铸铁产品不经过淬火或正火等热处理，在铸态下，就能够达到高强度、高韧性，其生产成本远低于靠合金提高性能的球铁产品。性能的球铁产品。
【技术实现步骤摘要】
一种高含碳量的铸态高强度高韧性球墨铸铁
[0001]本专利技术涉及一种球磨铸铁材料，尤其是一种在铸态下即有高强度、高韧性的球墨铸铁及其铸造方法，属于铸铁铸造领域。
技术介绍
[0002]在机械制造和金属加工领域，一般把含碳量大于2.11%的铁碳合金称为“铁”，俗称铸铁。而球墨铸铁（简称球铁）作为铸铁的一种，其未形成碳化物的游离碳主要以近球状的石墨形态存在，在经过铸造和热处理后，其基体组织多为珠光体或珠光体与铁素体的混合物以及少量的碳化物，但多数多余的碳会以球状石墨体的形态分布于基体组织中，球铁中也可以有少量的杂质。球铁基体的珠光体是由层状的渗碳体和铁素体组成。球铁能够同时实现高强度和较高韧性，其综合机械性能较好，因此获得广泛应用。
[0003]在球墨铸铁生产行业，球铁产品的碳当量一般小于4.3%，而含碳量一般会控制在3.5%
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3.9%之间。当碳当量大于4.3%时，叫过共晶铸铁，此时铸铁中的金相组织主要是渗碳体和莱氏体（莱氏体是渗碳体和奥氏体组成的共晶体），其材质较脆，几乎没有延伸率，达不到球墨铸铁的性能要求，所以本领域技术人员会将球铁的含碳量控制在4.0%以下，以使球铁产品的碳当量低于4.3%，在需要进一步提高球铁的强度时，会通过加入Cu、Mo等合金化元素，使球铁基体中形成合金碳化物。
[0004]获得强度高、韧性好的球铁，是人们追求的目标。但目前提高球铁的强度的方法，往往是在球铁中加入合金元素。如专利文献CN115161539A公开了一种等温淬火球墨铸铁行星架毛坯及其制备工艺，此球铁铸件中包括按重量百分比计的3.6%
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3.80%C，其在电炉内熔化铁水时，在生铁、废钢等原料的基础上，控制碳、硅和铜、镍、钼合金的含量在1.5%
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2.0%Ni、0.8%
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0.9%Cu、0.2%
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0.25%Mo，并在球化包中加入一定量的增碳剂、球化剂、孕育剂进行球化处理。再经过等温淬火后，其机械性能可以达到抗拉强度≥820MPa，屈服强度≥600MPa，延伸率≥4.0％，硬度280
‑
310HB，球化率≥90％。
[0005]又如，专利文献CN101818297B记载了一种高强度珠光体球墨铸铁压延成型模具材料的制造方法，其在铸造过程中按照重量百分比控制3.69%～4.04%C、0.32%～0.65%Cu、0.148%～0.171%Mo、0.44%～0.54%Mn、0.031%～0.035%Pb等合金元素，对球铁进行合金强化，然后经过正火和回火热处理，使铸件力学性能达到屈服极限σ
0.2
=655～680MPa，抗拉强度σ
b
=965～1050MPa，断后伸长率=3%～5%，硬度=264～272HB。
[0006]现行的球墨铸铁根据性能不同可分为很多标准牌号或种类，如耐磨球铁、耐热球铁、减磨球铁等。球铁中石墨球的状态有标准化的球化等级，包括球化率、圆整度、球化数量、弥散度、球的分布均匀程度等。铸造球铁过程，往往要加入球化剂、孕育剂等以促进C元素球化，一般的孕育剂多使用硅铁，而球化剂多使用含镁Mg的金属合金，如稀土镁合金是本领域技术人员常用的球化剂，球化处理时，稀土镁的加入量一般不超过球化包内铁液重量的1.4%。球化剂、孕育剂以及覆盖剂、聚渣剂等会放置在球化包底部设置的凹坑内，然后捣实并用铁板或捣实的铁屑覆盖，以控制球化剂与铁液接触而发生反应（俗称起爆）的沸腾的
时间。
[0007]石墨作为球铁的主要组织和构成元素，其具有熔点高、比重轻，很难大量地溶合到金属铁液中的特点，因此，当球铁中的C含量达到一定含量时，向铁液中再增加C含量，是比较困难的事情。专利文献CN106906333B公开了一种增碳方法，是将增碳剂和铁水加入到熔炼炉或铁水包中，当增碳剂无法直接溶于铁水而漂浮在铁水表面上时，将铁水和增碳剂从一个铁水容器快速（20秒内）倒入到另一个铁水容器中至少一次，此时铁水的温度控制在1450
‑
1700℃。铸造领域的工程实践和研究认为，球铁的含碳量过高时，会产生大量游离的碳化物。游离的碳化物在球墨铸铁中一般会被认为是有害的组织，它会割裂基体组织，使球铁的韧性降低，但它会提高铸铁的硬度和耐磨性能。如渗碳体的组织形态如果是网状或者块状，会使球铁的整体性能下降。当设计的球铁的含碳量过高时，C会很难溶入铁液中，会产生石墨漂浮，造成整炉铁液或铸件报废。另外，球铁的化学成分会对球铁的基体组织、球化状态、性能产生很大影响。随着含碳量的不同和C在金属里存在的状态不同，球铁的机械性能也会存在很大的差别。
[0008]在铸造领域，为了提高球墨铸铁的机械强度，本领域的技术人员往往会采用向铸铁中加入铬Cr、钨W、钒V、钼Mo、镍Ni、铜Cu、锰Mn等强碳化物形成元素的方式，增加球铁的珠光体含量。同时，也有研究认为，向铸铁中加入强烈影响渗碳体的形成和形态的强碳化物形成元素后，往往会在球铁中形成块状碳化物。如，在球铁中加入0.4%
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0.8%左右的Mo和Cu可以提高强度，它们能够使珠光体的含量达到85%，但剩余组织中，基本上是以孤立的、块状的碳化物为主。因此，使用钼、铜等价格较高的金属来强化铸铁时，虽然强度能够提高很多，但延伸率也往往下降很多。
[0009]另外，铬Cr、钨W、钒V、钼Mo、镍Ni、铜Cu等金属的价格昂贵，这些合金在铸造领域属于贵重的金属强化合金，往往被称为贵重金属，因此使用合金元素强化铸铁，会大大增加铸铁产品的成本。铬Cr、钨W、钒V、钼Mo、镍Ni、铜Cu等贵重金属的价格远高于碳C的价格，例如2023年6月份的市场上，含钼不小于55%的钼铁合金（如FeMo60）的市场价格约为25万元/吨，核算到Mo元素的价格约是41万元/吨（410元/Kg），铜的市场价格约为7万元/吨（70元/Kg），而球化剂稀土镁的市场价格为10元/Kg左右。按照常规每吨铸件含有Mo和Cu均为0.6%的计算，每吨球铁需要使用420元的Cu和2400元的钼，即每吨的铸造成本会增加2820元。
[0010]另外，在现行的球铁零件生产过程中，除铸造外，还必须有淬火或正火等热处理工序，或者在浇注铸件时采用快速过冷的铸造工艺，才能使球铁产品的抗拉强度和韧性达到设计要求。快速过冷的铸造工艺和设备复杂，铸造成本高，还有可能造成铸件变形或出现裂纹等缺陷；热处理则会再产生每吨至少几百元的费用，并且再次消耗能源，因此这些方式都会增加产品成本。
技术实现思路
[0011]本专利技术需要解决的技术问题是提供一种成本低廉的球墨铸铁，其不经过淬火或正火等热处理，在铸态下，就能够达到高强度、高韧性。
[0012]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种高含碳量的铸态高强度高韧性球墨铸铁，球墨铸铁的含碳量≥4.0%，球墨铸铁中不含或少加贵重的金属强化合金，在铁液出炉球化时在球化包内加入控制球铁组织形
态的抑制剂和足量的球化剂。
[0013]本专利技术的进一步本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高含碳量的铸态高强度高韧性球墨铸铁，其含碳量≥4.0%，其特征在于：球墨铸铁中不含或少加贵重的金属强化合金，在铁液出炉球化时在球化包内加入控制球铁组织形态的抑制剂和足量的球化剂。2.根据权利要求1所述的一种高含碳量的铸态高强度高韧性球墨铸铁，其特征在于：球铁的含碳量为4.05%
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6.0%；所述抑制剂为所述球化剂和弱碳化物形成元素的混合物。3.根据权利要求1
‑
2任一项所述的一种高含碳量的铸态高强度高韧性球墨铸铁，其特征在于：所述球化剂为含镁的合金球化剂，抑制剂为球化剂和金属锡、或球化剂和金属锑，球化剂和金属锡或金属锑的加入量应保证在浇注完成后铸件中有少量MgO、Sn或Sb的存留。4.根据权利要求3所述的一种高含碳量的铸态高强度高韧性球墨铸铁，其特征在于：所述少量MgO、Sn或Sb的存留是指氧化镁的残留量不小于0.03%，锡的残留量不小于0.02%，或者锑的残留量不小于0.03%；球化剂的加入总量大于铁液重量的1.6%。5.根据权利要求4所述的一种高含碳量的铸态高强度高韧性球墨铸铁，其特征在于：所述球化剂为稀土镁球化剂；采用稀土镁和锡作为抑制剂时，抑制剂的加入量是使凝固的铸件中锡的残留量在0.02%
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0.06%之间、氧化镁的残留量在0.03%
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0.065%之间；采用稀土镁和锑作为抑制剂时，抑制剂的加入量是使凝固的铸件中锑的残留量在0.03%
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0.05%之间，氧化镁的残留量在0.03%
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0.065%之间。6.根据权利要求1
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2任一项所述的一种高含碳量的铸态高强度高韧性球墨铸铁，其特征在于：铁液出炉球化时，在球化包...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵文，赵清祯，
申请(专利权)人：赵文，
类型：发明
国别省市：
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