專利名稱：一種鐵素體基體球墨鑄鐵及其制造方法以及用該球墨鑄鐵制成的軸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鑄造技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種高強度、高塑性、高韌性鐵素體基體球墨鑄鐵和用這種鑄鐵制成的軸。

背景技術(shù)：
球墨鑄鐵是一種常用的工程材料，廣泛用于汽車制造、工程機械、機床等行業(yè)。對工程材料來說，力學性能是它最重要的一種性能。材料的力學性能是指材料在不同環(huán)境(溫度、介質(zhì)、濕度)下，承受各種外加載荷(如拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)、沖擊、交變應(yīng)力等)時所表現(xiàn)出的力學特征。材料的力學性能有多種多樣，常用的有強度、彈性、塑性以及韌性等等。在球墨鑄鐵材料的實際應(yīng)用中，通常用抗拉強度和屈服強度來表征材料的強度，用伸長率來表征材料的塑性，用沖擊功來表征材料的韌性。這些力學性能指標的數(shù)值越高，表示其對應(yīng)的力學性能就越好。
材料的力學性能之間存在相互聯(lián)系，簡單地說，球墨鑄鐵的強度越高，其塑性和韌性越差，反之亦然。另外，球墨鑄鐵的力學性能和其顯微組織之間存在對應(yīng)關(guān)系。一般來說，鐵素體基體的球墨鑄鐵強度較低但塑性和韌性較高；珠光體基體的球墨鑄鐵強度較高而塑性和韌性較低。從國家標準GB/T 1348-2009《球墨鑄鐵件》的規(guī)定中就可以明白這一點。比如，對QT400-18AR和QT500-7A這兩種牌號的球墨鑄鐵，國家標準要求的力學性能見表1。由表1可見，前一種牌號的球墨鑄鐵屬于鐵素體基體的球墨鑄鐵，其強度較低但塑性和韌性較高；后一種牌號的球墨鑄鐵屬于鐵素體和珠光體混合基體的球墨鑄鐵，其強度較高而塑性和韌性較低。
隨著時代的發(fā)展和技術(shù)進步，人們對球墨鑄鐵材料的要求越來越高，希望有一種球墨鑄鐵，能夠同時具有高強度、高塑性和高韌性優(yōu)異的力學性能。比如能夠同時滿足上述兩個牌號要求的球墨鑄鐵。本發(fā)明就是為了解決這個問題而提出的。
專利ZL 200510022689.9《鑄態(tài)無Ni低溫球鐵鑄造大型高韌部件的方法》中的材料能達到國家標準QT400-18AL的要求。也就是說，雖然塑性和韌性能夠滿足要求，但強度還不夠，不能滿足上述要求。
眾所周知，球墨鑄鐵的化學成分是決定其力學性能的基礎(chǔ)。中國機械工程學會鑄造分會編寫的《鑄造手冊.第一卷.鑄鐵.第二版》中，推薦的鐵素體球墨鑄鐵的化學成分見表2(鐵和雜質(zhì)元素除外)。
表1QT400-18AR和QT500-7A兩種牌號球墨鑄鐵的力學性能要求
表2各類鐵素體球墨鑄鐵的推薦化學成分(質(zhì)量份數(shù)，％)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題和提出的技術(shù)任務(wù)是克服現(xiàn)有鐵素體球墨鑄鐵難以同時達到高強度、高塑性、高韌性機械性能要求的不足，提供一種高強度、高塑性、高韌性鐵素體基體球墨鑄鐵和用這種鑄鐵制成的軸。為此，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案 一種鐵素體基體球墨鑄鐵，其特征是由下述質(zhì)量份數(shù)的成分組成3.3～3.7％的C、2.3～2.7％的Si、0.8～1.5％的Ni、≤0.3％的Mn、≤0.05％的P、≤0.02％的S、0.03～0.06％的Mg、0.02～0.04％的RE，其余為Fe和≤0.1％的雜質(zhì)元素。
一種鐵素體基體球墨鑄鐵的制造方法，其特征是按照下述順序進行 (1)按下述質(zhì)量份數(shù)的成分配料3.3～3.7％的C、2.3～2.7％的Si、0.8～1.5％的Ni、≤0.3％的Mn、≤0.05％的P、≤0.02％的S、0.03～0.06％的Mg、0.02～0.04％的RE，其余為Fe和≤0.1％的雜質(zhì)元素； (2)將爐料加入熔化爐內(nèi)進行熔化及合金化處理； (3)將熔煉好的金屬液進行球化處理和孕育處理； (4)進行澆注。
一種用鐵素體基體球墨鑄鐵制成的軸，其特征是由下述質(zhì)量份數(shù)的鐵素體基體球墨鑄鐵鑄造而成3.3～3.7％的C、2.3～2.7％的Si、0.8～1.5％的Ni、≤0.3％的Mn、≤0.05％的P、≤0.02％的S、0.03～0.06％的Mg、0.02～0.04％的RE，其余為Fe和≤0.1％的雜質(zhì)元素。
本發(fā)明化學成分設(shè)計的主要特點在于C較低，Si適中，利用Ni對鐵素體進行強化，得到高強度、高塑性、高韌性的結(jié)果。
采用本發(fā)明設(shè)計的化學成分，用通常的球化處理生產(chǎn)工藝，即按照化學成分的要求進行配料，確定加入熔化爐內(nèi)的各類爐料的比例，進行熔化并按照常規(guī)的方法進行合金化，將熔煉好的金屬液進行球化處理和孕育處理，隨后進行澆注，即得到所需的球墨鑄鐵。
本發(fā)明的球墨鑄鐵，其D型附鑄試塊(厚度70毫米，對應(yīng)鑄件壁厚＞60～200毫米)的力學性能達到抗拉強度485Mpa，屈服強度360Mpa，伸長率20％，沖擊功15J(室溫，平均值)，同時具有高強度、高塑性和高韌性優(yōu)異的力學性能，能夠同時滿足QT400-18AR和QT500-7A兩個球墨鑄鐵牌號的要求。

具體實施例方式 以下對本發(fā)明做進一步說明。
本發(fā)明的高強度、高塑性、高韌性鐵素體基體球墨鑄鐵，其特征是由下述質(zhì)量份數(shù)的成分組成3.3～3.7％的C(碳)、2.3～2.7％的Si(硅)、0.8～1.5％的Ni(鎳)、≤0.3％的Mn(錳)、≤0.05％的P(磷)、≤0.02％的S(硫)、0.03～0.06％的Mg(鎂)、0.02～0.04％的RE(稀土元素)，其余為Fe(鐵)和≤0.1％的雜質(zhì)元素。
本發(fā)明的高強度、高塑性、高韌性鐵素體基體球墨鑄鐵可按照下述方法制得 (1)按下述質(zhì)量份數(shù)的成分配料3.3～3.7％的C(碳)、2.3～2.7％的Si(硅)、0.8～1.5％的Ni(鎳)、≤0.3％的Mn(錳)、≤0.05％的P(磷)、≤0.02％的S(硫)、0.03～0.06％的Mg(鎂)、0.02～0.04％的RE(稀土元素)，其余為Fe(鐵)和≤0.1％的雜質(zhì)元素； (2)將爐料加入熔化爐內(nèi)進行熔化及合金化處理； (3)將熔煉好的金屬液進行球化處理和孕育處理； (4)進行澆注。
作為一種應(yīng)用的實例，高強度、高塑性、高韌性的軸(如大型風力發(fā)電機上將轉(zhuǎn)動輪轂的扭矩傳遞給發(fā)電機轉(zhuǎn)子的主軸)可以用本發(fā)明的鐵素體基體球墨鑄鐵鑄造而成。一般的，作為機械零件的軸應(yīng)該具有高強度、高塑性、高韌性，因此其一般由鋼材(如45號鋼)鍛造而成，鍛件需要進行過多的去料加工(如車削)，因此制造成本高、浪費材料。利用本發(fā)明的的鐵素體基體球墨鑄鐵，按照上述方法進行制備，直接澆注至準備好的鑄型內(nèi)，即可得到所要求尺寸規(guī)格的軸鑄件，且精度較高，去料加工少，可降低制造成本、節(jié)約材料。
以下通過幾個實施例說明本發(fā)明的效果。
實施例一 鐵素體基體球墨鑄鐵由下述質(zhì)量份數(shù)的成分組成3.3％的C、2.3％的Si、0.8％的Ni、0.3％的Mn、0.05％的P、0.02％的S、0.03％的Mg、0.02％的RE，其余為Fe和0.1％的雜質(zhì)元素。
該成分的球墨鑄鐵，其D型附鑄試塊的力學性能達到抗拉強度486Mpa，屈服強度360Mpa，伸長率23％，沖擊功16.3J(室溫，平均值)，具有高強度、高塑性和高韌性優(yōu)異的力學性能。
實施例二 鐵素體基體球墨鑄鐵由下述質(zhì)量份數(shù)的成分組成3.4％的C、2.4％的Si、1.0％的Ni、0.04％的P、0.02％的S、0.04％的Mg、0.03％的RE，其余為Fe和0.09％的雜質(zhì)元素。
本發(fā)明所獲得的球墨鑄鐵，其D型附鑄試塊的力學性能達到抗拉強度485Mpa，屈服強度361Mpa，伸長率22％，沖擊功15.7J(室溫，平均值)，具有高強度、高塑性和高韌性優(yōu)異的力學性能。
實施例三 鐵素體基體球墨鑄鐵由下述質(zhì)量份數(shù)的成分組成3.5％的C、2.5％的Si、0.9％的Ni、0.2％的Mn、0.015％的S、0.05％的Mg、0.04％的RE，其余為Fe和0.07％的雜質(zhì)元素。
本發(fā)明所獲得的球墨鑄鐵，其D型附鑄試塊的力學性能達到抗拉強度488Mpa，屈服強度366Mpa，伸長率20％，沖擊功15.5J(室溫，平均值)，具有高強度、高塑性和高韌性優(yōu)異的力學性能。
實施例四 鐵素體基體球墨鑄鐵由下述質(zhì)量份數(shù)的成分組成3.6％的C、2.6％的Si、1.4％的Ni、0.2％的Mn、0.03％的P、0.05％的Mg、0.02％的RE，其余為Fe和0.08％的雜質(zhì)元素。
本發(fā)明所獲得的球墨鑄鐵，其D型附鑄試塊的力學性能達到抗拉強度486Mpa，屈服強度365Mpa，伸長率21％，沖擊功15.5J(室溫，平均值)，具有高強度、高塑性和高韌性優(yōu)異的力學性能。
實施例五 鐵素體基體球墨鑄鐵由下述質(zhì)量份數(shù)的成分組成3.7％的C、2.7％的Si、1.5％的Ni、0.3％的Mn、0.04％的P、0.02％的S、0.06％的Mg、0.02～0.04％的RE，其余為Fe和0.09％的雜質(zhì)元素。
本發(fā)明所獲得的球墨鑄鐵，其D型附鑄試塊的力學性能達到抗拉強度489Mpa，屈服強度370Mpa，伸長率20％，沖擊功15J(室溫，平均值)，具有高強度、高塑性和高韌性優(yōu)異的力學性能。
權(quán)利要求
1.一種鐵素體基體球墨鑄鐵，其特征是由下述質(zhì)量份數(shù)的成分組成3.3～3.7％的C、2.3～2.7％的Si、0.8～1.5％的Ni、≤0.3％的Mn、≤0.05％的P、≤0.02％的S、0.03～0.06％的Mg、0.02～0.04％的RE，其余為Fe和≤0.1％的雜質(zhì)元素。
2.一種鐵素體基體球墨鑄鐵的制造方法，其特征是按照下述順序進行
(1)按下述質(zhì)量份數(shù)的成分配料3.3～3.7％的C、2.3～2.7％的Si、0.8～1.5％的Ni、≤0.3％的Mn、≤0.05％的P、≤0.02％的S、0.03～0.06％的Mg、0.02～0.04％的RE，其余為Fe和≤0.1％的雜質(zhì)元素；
(2)加入熔化爐內(nèi)進行熔化及合金化處理；
(3)將熔煉好的金屬液進行球化處理和孕育處理；
(4)進行澆注。
3.一種用鐵素體基體球墨鑄鐵制成的軸，其特征是由下述質(zhì)量份數(shù)的鐵素體基體球墨鑄鐵鑄造而成3.3～3.7％的C、2.3～2.7％的Si、0.8～1.5％的Ni、≤0.3％的Mn、≤0.05％的P、≤0.02％的S、0.03～0.06％的Mg、0.02～0.04％的RE，其余為Fe和≤0.1％的雜質(zhì)元素。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鐵素體基體球墨鑄鐵，屬于鑄造技術(shù)領(lǐng)域，現(xiàn)有鐵素體球墨鑄鐵難以同時達到高強度、高塑性、高韌性的力學性能要求，本發(fā)明是由下述質(zhì)量份數(shù)的成分組成3.3～3.7％的C、2.3～2.7％的Si、0.8～1.5％的Ni、≤0.3％的Mn、≤0.05％的P、≤0.02％的S、0.03～0.06％的Mg、0.02～0.04％的RE，其余為Fe和≤0.1％的雜質(zhì)元素。本發(fā)明的球墨鑄鐵，其D型附鑄試塊的力學性能達到抗拉強度485MPa，屈服強度360MPa，伸長率20％，沖擊功(室溫)15J，具有高強度、高塑性和高韌性優(yōu)異的力學性能，可用于鑄造軸等機械零件。
文檔編號C22C33/04GK101768693SQ20101030025
公開日2010年7月7日 申請日期2010年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月13日
發(fā)明者茍華強 申請人:浙江佳力風能技術(shù)有限公司