本发明专利技术涉及一种球墨铸铁的合金成分和热处理方法，包括以下两个步骤：(1)控制球墨铸铁化学成分、熔炼、球化和孕育工艺，达到良好的球化率和石墨球大小等级；(2)对铸态球墨铸件进行两步分阶段热处理，控制各阶段的处理温度、保温时间及冷却速度。本发明专利技术大大提高了该种球墨铸铁的低温(-60℃)韧性水平，由此扩大了其工业应用温度范围。
【技术实现步骤摘要】
一种球墨铸铁的低温韧性改进方法，具体涉及一种球墨铸铁的合金冶炼和热处理方法。
技术介绍
由于具有优良的铸造、机械以及减振耐磨性能，球墨铸铁在现代工业得到广泛应用。其中，铁素体基球墨铸铁在室温下具有较高的延伸率和冲击韧性，可以满足在一些铁路机械和风力发电等传动设备中轮毅、底座、轴箱等重要部件的室温下使用要求。比如QT-400-18的附铸试块(壁厚t < 30)力学性能指标如下，抗拉强度400MPa，屈服强度240MPa，延伸率彡18%。同时，在极寒、动载的恶劣工作状况下，为了避免脆性断裂等严重事故发生，对构件材料低温(-40°C以下)冲击韧性提出了更加严苛的要求。然而，现有标准中仅对球墨铸铁零下20°C (QT-400-18LT)和零下40°C (QT-350-22LT)的冲击吸收功进行规定(壁厚30 < t < 60时，三试样平均值彡12J，单个最低值彡9J)，而更低温度下(_60°C )的冲击朝性未作规定。因此，为了拓宽闻朝球墨铸铁的在闻寒环境下的实用，必须提闻球墨铸铁的低温(_60°C )韧性。
技术实现思路
本专利技术旨在解决高韧性球墨铸铁产品在特低气温环境下特别是-60°C下使用的技术性难题，通过适量添加微量的镍元素，控制合金成分以及熔炼、球化、孕育工艺，并采用两步退火热处理工艺，提高球墨铸铁材料的低温韧性。本专利技术涉及合金的主要化学成分为(质量百分比wt. % ) :C :3· 6% 3. 9%，Si I.7 2. 0%，Mn 彡 O. 08%, P 彡 O. 03%, S 彡 O. 02%, Ni 0. 5 O. 9% ;其技术方案有以下步骤(1)按重量配比生铁55% 60%，废钢4% 7%，回炉铁30% 35%，增碳剂O.20Z0 O. 25% ； (2)采用感应电炉熔炼上述备料，在铁水熔化至1400°C时加适量镍以达到所要求的比例；(3)当铁水温度达到1520°C时，出炉将铁水缓慢平稳地倾倒进预先烘干浇包中，进行球化和一次孕育，浇包内事先加入占铁水总质量1% I. 1%的球化剂和0.6%的孕育剂；(4)待球化反应结束后，清除渣物，迅速将铁水浇注入铸件型腔，随流加入占铁水总质量O. 2%的孕育剂进行二次孕育。(5)对铸件进行两步热处理，先在920±10°C下保温2. 0±0. 5h随炉冷却至735±5°C再保温3. 5±0. 5h随炉冷却至550 600°C后出炉空冷，控制炉冷速率为< 5°C /min。本专利技术的突出应用效果为利用生铁和较多量回炉料为主要原料，大大降低了成本；通过微量添加镍和两步退火处理，在不降低屈服强度、延伸率等力学性能的前提下，显著提高了球墨铸铁的低温韧性。通过上述步骤获得的球墨铸铁件的抗拉强度不低于385MPa，屈服强度不低于240MPa，延伸率不低于22%左右，_60°C下夏比V型缺口冲击吸收功大于12J，且为韧性断裂。具体实施例方式实施例I :标准U型试块(镍加入量为O. 7wt. % )采用感应电炉熔炼合金备料，其中生铁60wt. %，废钢6wt. %，回炉铁34wt. %，增碳剂O. 2wt. % ;在铁水熔化并达到1400°C时，加入适量镍块以达到所要求O. 7wt. %的镍含量，当铁水温度达到1520°C，出炉导入备好的浇包中进行球化和一次孕育，浇包内球化剂和孕育剂加入量分别为铁水重量的I. Iwt. %和O. 6wt. % ;球化反应结束后，清除渣物，快速浇注成标准U型试块(GBT 1348-2009球墨铸铁件)，随流加入铁水总质量O. 2wt. %的孕育剂；在电阻炉中将U型铸块加热至920°C保温2. Oh,随炉冷却至740°C保温3h，随炉冷却至580°C后出炉空冷(控制炉冷速率为< 5°C /min)。使用QSN-750型电火花直读光谱仪和 CSC880型高频碳硫分析仪测得合金化学成分为(wt. % ) C 3. 61%, Si 1. 9%, Mn ( O. 08%, P ( O. 03，S 彡 O. 02，Ni 0. 69% ;从退火态U型试块底部取样并加工，使用电子万能试验机和布洛维显微硬度计测试并取平均值为抗拉强度403MPa，屈服强度254MPa，延伸率25%，布氏硬度HB142。采用低温冷却槽和示波冲击仪对不同温度下标准夏比V型缺口试样进行检测，结果如表I所示。表I不同温度下标准夏比V型缺口冲击吸收功J (镍加入量O. 7wt. % )权利要求1.一种球墨铸铁的低温韧性改进方法，本专利技术涉及一种球墨铸铁的化学成分和热处理工艺控制，包括两个步骤(I)控制球墨铸铁的化学成分、合金熔炼、球化和孕育过程；(2)进行两步热处理，选用适当的处理温度、保温时间及冷却速度。2.根据权利要求I所述方法，步骤(I)包括以下内容 (1)化学成分为(质量百分比wt.% ) :C :3· 6 3. 9 %, Si :1· 7 2· O %,Mn ( O. 08%, P ( O. 03%, S ^ O. 02%, Ni 0. 5 O. 9% ; (2)按以下重量配比备料生铁55 60wt.%，废钢4 7wt. %，回炉铁30 35wt. %,增碳剂O. 2 O. 25wt. % ;采用感应电炉熔炼上述备料，当铁水温度为1400°C时保温并加适量纯镍(纯度彡99. 8wt. % )； (3)当铁水温度达到1520°C，转包到事先置入I I.Iwt. %的球化剂和O. 6%的孕育剂的浇包进行球化和一次孕育处理； (4)球化反应结束后，清除渣物，从球化包将铁水浇注入型腔，随流加入约铁水总质量.0.2wt. %的孕育剂进行二次孕育。3.根据权利要求2所述方法，选用常规低硅球化剂；所述孕育剂为75SiFe，其中Si含量 70 80wt. %。4.根据权利要求I所述方法，步骤⑵的特征为快速加热至920±10°C后保温.2.0±0. 5h，随炉冷却至735±5°C保温3. 5±0. 5h，随炉冷却至550 600°C后出炉空冷。升温和降温速率彡5 0C /min。全文摘要本专利技术涉及一种球墨铸铁的合金成分和热处理方法，包括以下两个步骤(1)控制球墨铸铁化学成分、熔炼、球化和孕育工艺，达到良好的球化率和石墨球大小等级；(2)对铸态球墨铸件进行两步分阶段热处理，控制各阶段的处理温度、保温时间及冷却速度。本专利技术大大提高了该种球墨铸铁的低温(-60℃)韧性水平，由此扩大了其工业应用温度范围。文档编号C21D1/26GK102634647SQ20121014434公开日2012年8月15日 申请日期2012年5月11日 优先权日2012年5月11日专利技术者周殿买, 戴光泽, 梁树林, 赵君文, 陈江, 韩靖, 黄兴民 申请人:四川城际轨道交通材料有限责任公司, 戴光泽本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：戴光泽，梁树林，周殿买，黄兴民，韩靖，赵君文，陈江，
申请(专利权)人：四川城际轨道交通材料有限责任公司，戴光泽，
类型：发明
国别省市：
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