專利名稱：一種低溫高韌性球墨鑄鐵軸承座及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低溫高韌性球墨鑄鐵軸承座及其制造方法，屬于鑄造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
風(fēng)能作為一種無污染排放的綠色能源，一直受到世界各國的重視。尤其，近年來隨著環(huán)保要求提高及能源緊缺的迫切，各國正加快對風(fēng)力發(fā)電研究的步伐，不斷推出新的技術(shù)裝備。我國十分重視風(fēng)能的利用，大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的研制已列于我國“十一五”重大科技支撐計劃。制約風(fēng)能利用的關(guān)鍵是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運行的可靠性和使用壽命，目前國內(nèi)外普遍設(shè)計壽命為30年，正向50年努力。由于風(fēng)電設(shè)備是野外、高空運行，維修不方便，必須保證其運行可靠性。這樣其主要部件如球鐵軸承箱在氣候變化條件下(如一般溫度在-40到40°C范圍內(nèi)變化)必需具有良好的性能。目前常用材料的低溫脆性限制了其可靠性和使用壽命。為此，低溫球鐵·的研制已成為國內(nèi)外研究的重要方向之一。大量實驗研究表明，球墨鑄鐵尤其是鐵素體球鐵室溫下有良好的韌性，但隨著溫度的降低，其韌性降低，當(dāng)?shù)陀谀硿囟葧r韌性急劇降低而出現(xiàn)脆性斷裂，該溫度被稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度。為保證其使用安全性，必須使材料的韌脆轉(zhuǎn)變溫度遠(yuǎn)低于最低使用溫度。關(guān)于風(fēng)機(jī)關(guān)鍵零部件球墨鑄鐵材料低溫沖擊性能，國外因技術(shù)保密的原因從未見諸報道。我國風(fēng)機(jī)產(chǎn)業(yè)化獲得快速發(fā)展始于2006年，一些鑄造廠也是從那時才開始從事風(fēng)機(jī)零部件球墨鑄鐵件生產(chǎn)，至今不超過2年，一般憑借經(jīng)驗生產(chǎn)，因為缺乏研發(fā)經(jīng)歷和技術(shù)沉淀過程，生產(chǎn)的風(fēng)機(jī)關(guān)鍵零部件球墨鑄鐵件的低溫沖擊性能往往達(dá)不到要求，甚至出現(xiàn)過大批整機(jī)不能正常運行的事件，可見迄今為止，我國尚未進(jìn)行風(fēng)機(jī)關(guān)鍵零部件球墨鑄鐵材料低溫沖擊性能的研發(fā)報道，因此開展該項研究顯得緊迫和重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在深入研究球墨鑄鐵低溫脆性形成機(jī)理及影響因素的基礎(chǔ)上，通過原材料選擇與控制，材料成分設(shè)計、熔煉工藝、球化及孕育工藝的優(yōu)化，研制低溫下具有高沖擊韌性的球墨鑄鐵軸承座及制備工藝；并根據(jù)典型鑄件的結(jié)構(gòu)特點，優(yōu)化鑄造工藝，從而獲得低溫綜合性能優(yōu)異的球墨鑄鐵軸承座，滿足大功率、長壽命風(fēng)力發(fā)電機(jī)組建設(shè)的需求。本發(fā)明的目的可以通過以下措施來實現(xiàn):一種低溫高韌性球墨鑄鐵軸承座，其特征是，其化學(xué)成分為(wt%):C:3.5-3.8%, Si:1.7-2.1%，Mn:<0.2%, Mg:0.035-0.055%, Ni:1-1.5%, RE (稀土元素):0.01-0.02%, S〈0.015%, Ρ〈0.035%，余量為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明采用電爐熔煉，具體工藝步驟如下:(I)熔煉處理過程:采用本溪QlO生鐵和低錳碳素廢鋼(Q10生鐵和低錳碳素廢鋼的質(zhì)量比為68-72:30)進(jìn)行電爐熔煉生產(chǎn)；采用增碳劑(加入量為低錳碳素廢鋼質(zhì)量的4±0.2%)增碳，鎳板(加入量為QlO生鐵和低錳碳素廢鋼總質(zhì)量的1-1.5%)調(diào)整鐵液成分，使鐵液的化學(xué)成分如表I所示；按上述化學(xué)成分要求熔煉鐵液，將爐溫升到1500-154(TC，靜置1-3分鐘后出爐；
表I原鐵液及鑄件的化學(xué)成分wt%
材料 C SiMnP S Ni MgRe 原鐵液 3.7-3.9 0.7-1.1 〈0.2 〈0.035 〈0.020 1-1.5 --- --- 鑄件 3.5-3.8 1.7-2.1 〈0.2 〈0.035 〈0.015 1-1.5 0.035-0.055 0.01-0.02
(2)球化處理:利用蓋包球化法進(jìn)行球化，球化劑總加入量為QlO生鐵和低錳碳素廢鋼總質(zhì)量的1.6±0.1% ;經(jīng)此球化后鎂殘量控制在0.035-0.055wt%。球化劑:DY_5釔基重稀土球化劑，其用量為QlO生鐵和低錳碳素廢鋼總質(zhì)量的0.8 土 0.1% ;稀土鎂合金FeSiMg8Re3，其用量為QlO生鐵和低錳碳素廢鋼總質(zhì)量的0.8±0.1%; 二者復(fù)合使用。蓋包球化法工藝穩(wěn)定，保證球化效果，石墨體積減小，數(shù)量明顯增多，分布均勻，并且更加圓整。同時還具有以下有點:①鎂的吸收率高(大于50%)。②減少球化后鐵液中的含硫量，減少鑄件中偏析傾向和微量夾雜物的含量。③減少球化劑的用量，減少生產(chǎn)成本。要注意殘余鎂的含量，鎂雖可以使墨圓整，球數(shù)增加，減緩球化衰退，但也會加大鑄件收縮和脆性，因此W(MgS)量應(yīng)保證球化不產(chǎn)生衰退的前提下越低越好，根據(jù)筆者多年經(jīng)驗，w(Mg殘)量控制在0.035-0.055%較為適宜。(3)孕育處理:采用兩次孕育處理:一次孕育在包底將孕育劑(采用粒度為3_8mm的含Ba與Ca孕育劑，其加入量為QlO生鐵和低錳碳素廢鋼總質(zhì)量的0.8%)覆蓋在球化劑表面，上面用鋼板遮蓋；二次孕育采用低溫(1350-1310°C)澆注過程中的隨流孕育(采用粒度為0.2-0.7mm的含Ba和Bi的孕育劑，加入量為QlO生鐵和低錳碳素廢鋼總質(zhì)量的0.10-0.15%)。孕育的實質(zhì)是脫硫、脫氧，并形成異質(zhì)晶核。采用兩次孕育，第一次孕育采用3_8mm的含Ba與Ca孕育劑；澆鑄過程 中再用0.2-0.7mm的含Ba和Bi的孕育劑隨流孕育，孕育量雖少，但效果極佳，既可改善斷面中心部位的球化狀況，又使得球徑變小，球數(shù)增多，經(jīng)過二次孕育，球墨數(shù)量能達(dá)到> 200個/mm2。隨著石墨數(shù)量增加，低溫沖擊值也顯著提高，當(dāng)球墨數(shù)量> 250個/mm2時，退火態(tài)的_40°C低溫沖擊韌性值約為鑄態(tài)的的3倍。(4)石墨化退火:將試樣升溫至930-950°C，保溫2-3小時；爐冷至730_750°C，保溫2-3小時，然后爐冷至600°C出爐即可。耐低溫沖擊球鐵件必須保證全鐵素體基體，即珠光體體積分?jǐn)?shù)需穩(wěn)定控制在小于5%，才能達(dá)到低溫沖擊韌性的要求，所以必須通過熱處理的方式來解決。退火態(tài)球鐵基體全部為鐵素體，隨著石墨數(shù)量增多，石墨粒徑減小，碳在共析轉(zhuǎn)變時向熔體擴(kuò)散的行經(jīng)縮短，鐵素體晶粒細(xì)小，韌性得到提高；同時石墨數(shù)量增多，石墨周圍鐵素體的碳含量低，塑性增強(qiáng)，基體硬度下降。另外，較高的石墨球數(shù)量能夠減弱碳化物的形成趨勢，在一定程度上也能夠提高鐵素體球鐵低溫沖擊韌性，這也就是我們一直強(qiáng)調(diào)要增加球墨數(shù)量的重要原因之
O為了消除鑄態(tài)組織中的少量或微量的滲碳體，必須進(jìn)行高溫、低溫兩個階段石墨化退火。高溫階段全部奧氏體化、消除自由滲碳體，低溫階段由奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體。本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明通過原材料選擇與控制，材料成分設(shè)計；選用適合的球化劑及孕育劑，輔以相應(yīng)的球化孕育工藝；最后輔以適當(dāng)?shù)臒崽幚硎侄伪ＷC鐵素體體積分?jǐn)?shù)。本發(fā)明所生產(chǎn)的低溫高韌性球墨鑄鐵軸承座的性能指標(biāo)是:抗拉強(qiáng)度380-450N/mm2,屈服強(qiáng)度 260-280N/mm2，延伸率 23_25%，硬度 164-168HBW，_20±2°C沖擊值(V 型缺口)ll-13J/cm2,完全合格。


圖1為本發(fā)明的退火工藝圖；圖2為球化金相照片(100X)；圖3為基體組織金相照片(100 X)。
具體實施例方式實施例1本溪QlO生鐵:碳含量4.3%，硅含量:0.9-1.1%，磷含量〈0.04%，硫含量:<0.025% ；低錳碳素廢鋼:碳含量0.5-1.0%，硅含量:0.9-1.1%，磷含量〈0.02%,硫含量〈0.010%, Μη〈0.3%O(I)熔煉處理過程:采用本溪QlO生鐵和低錳碳素廢鋼(Q10生鐵和低錳碳素廢鋼的質(zhì)量比為70:30)進(jìn)行電爐熔煉生產(chǎn)；采用增碳劑(加入量為低錳碳素廢鋼質(zhì)量的4.0%)增碳，鎳板(加入量為QlO生鐵和低錳碳素廢鋼總質(zhì)量的1-1.5%)調(diào)整鐵液成分，使鐵液的化學(xué)成分如表I所示；按下述表中鐵液化學(xué)成分要求熔煉鐵液，達(dá)到要求后，將爐溫升到1500-1540°C，靜置2分鐘后出爐；表2原鐵液及鑄件的化學(xué)成分wt%
權(quán)利要求
1.一種低溫高韌性球墨鑄鐵軸承座，其特征是，其化學(xué)成分及其重量百分比為:C:3.5-3.8%, Si:1.7-2.1%，Mn<0.2%, Mg:0.035-0.055%, N1:1-1.5%, RE:0.01-0.02%,S〈0.015%，P〈0.035%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種低溫高韌性球墨鑄鐵軸承座，其特征是，抗拉強(qiáng)度380-450N/mm2,屈服強(qiáng)度 260_280N/mm2，延伸率為 23_25%，硬度為 164-168HBW，V 型缺口 -20±2°C沖擊值為 ll-13J/cm2。
3.權(quán)利要求1或2所述的低溫高韌性球墨鑄鐵軸承座的制造方法，其特征是， (O熔煉處理:將本溪QlO生鐵和低錳碳素廢鋼加入電爐熔煉成鐵液，采用增碳劑增碳，鎳板調(diào)整鐵液成分中鎳含量，經(jīng)調(diào)整后鐵液的化學(xué)成分及其重量百分比為:C:3.7-3.9%, Si:0.7-1.1%，Mn〈0.2%, S〈0.020%, Ρ〈0.035%, N1:1-1.5% ;按上述化學(xué)成分要求熔煉鐵液，將爐溫升到1500-1540°C，靜置1-3分鐘后出爐； (2)球化處理: 利用蓋包球化法進(jìn)行球化，經(jīng)此球化后鎂殘量控制在0.035-0.055wt% ； 球化劑:DY-5釔基重稀土球化劑，其用量為QlO生鐵和低錳碳素廢鋼總質(zhì)量的0.8 土 0.1% ;稀土鎂合金FeSiMg8Re3，其用量為QlO生鐵和低錳碳素廢鋼總質(zhì)量的0.8±0.1%;二者復(fù)合使用； (3)孕育處理:采用兩次孕育處理:一次孕育在包底將孕育劑覆蓋在球化劑表面，上面用鋼板遮蓋；二次孕育采用低溫1310-1350°C澆注過程中的隨流孕育； 所述一次孕育時采用粒度為3-8mm的含Ba與Ca孕育劑，其加入量為QlO生鐵和低錳碳素廢鋼總質(zhì)量的0.8% ;二次孕育時采用粒度為0.2-0.7mm的含Ba和Bi的孕育劑，加入量為QlO生鐵和低錳碳素廢鋼總質(zhì)量的0.10-0.15% ； (4)石墨化退火:將試樣升溫至930-950°C，保溫2-3小時；爐冷至730_750°C，保溫2_3小時，然后爐冷至600 °C出爐。
4.如權(quán)利要求3所述的低溫高韌性球墨鑄鐵軸承座的制造方法，其特征是，步驟(I)中，所述QlO生鐵和低錳碳素廢鋼的質(zhì)量比為68-72:30 ;所述增碳劑加入量為低錳碳素廢鋼質(zhì)量的4±0.2% ;所述鎳板加入量為QlO生鐵和低猛碳素廢鋼總質(zhì)量的1-1.5%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低溫高韌性球墨鑄鐵軸承座及其制造方法，屬于鑄造技術(shù)領(lǐng)域。其化學(xué)成分及其重量百分比為C3.5-3.8%，Si1.7-2.1%，Mn<0.2%，Mg0.035-0.055%，Ni1-1.5%，RE0.01-0.02%，S<0.015%，P<0.035%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明通過原材料選擇與控制，材料成分設(shè)計；選用適合的球化劑及孕育劑，輔以相應(yīng)的球化孕育工藝；最后輔以適當(dāng)?shù)臒崽幚硎侄伪ＷC鐵素體體積分?jǐn)?shù)，從而獲得低溫綜合性能優(yōu)異的球墨鑄鐵軸承座，滿足大功率、長壽命風(fēng)力發(fā)電機(jī)組建設(shè)的需求。
文檔編號C22C37/04GK103160727SQ201310114040
公開日2013年6月19日 申請日期2013年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月3日
發(fā)明者劉憲民, 劉明亮, 焦守民, 郭宏濤, 周長猛 申請人:山東匯豐鑄造科技股份有限公司