超低溫高韌性特種球墨鑄鐵金屬材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超低溫高韌性特種球墨鑄鐵金屬材料及其制備方法，所述的原材料重量配比為生鐵92～95份，廢鋼5～8份，硅鐵1～2份，錳鐵2～3份，鉍鐵0.5～1份，球化劑1.6～1.8份，孕育劑0.5～0.8份。由生鐵、廢鋼、硅鐵、錳鐵、鉍鐵、孕育劑采用電爐熔煉，經(jīng)過爐前變質(zhì)孕育處理，再經(jīng)澆注成型冷卻得到本種材料。本發(fā)明既能滿足良好的結(jié)構(gòu)性能、鑄造成型性能、切削加工性能，又能滿足高韌性、高強(qiáng)度、高耐磨、耐寒性、耐蝕性、減震性、安全性能要求高的工作場合。并可應(yīng)用于高速列車、風(fēng)電行業(yè)、車輛、石油及石化等行業(yè)。原料相對低廉，具有很高的實(shí)用價(jià)值和推廣意義，市場前景廣闊。
【專利說明】超低溫高韌性特種球墨鑄鐵金屬材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于新材料領(lǐng)域，具體涉及一種超低溫高韌性特種球墨鑄鐵金屬材料及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著國內(nèi)外工業(yè)的迅速發(fā)展，對球墨鑄鐵中具有低溫韌性的鐵素體球墨鑄鐵的性能要求日益增高，不僅對其常溫下的抗拉強(qiáng)度、延伸率、屈服強(qiáng)度有較高要求，更對低溫度下的韌性也提出了要求，使原有的牌號的低溫韌性球墨鑄鐵已不能滿足要求，新的要求突出表現(xiàn)在我國飛快發(fā)展的高速列車、風(fēng)力發(fā)電、車輛、石油及石化設(shè)備等配件上。例如:隨著我國軌道交通快速發(fā)展，時(shí)速超過200Km/h和300Km/h的動(dòng)車組對鐵素體球鐵鑄件需求增力口，由于速度快，受力復(fù)雜，一些零部件裸露在外部，還有風(fēng)電鑄件由于工作環(huán)境特殊(高空、室外)，維修及其困難，代價(jià)甚高，對球鐵件的力學(xué)性能、低溫沖擊性能要求也更為嚴(yán)格。
[0003]由于普通球墨鑄鐵的低溫沖擊韌性較低，在寒冷的環(huán)境中易發(fā)生脆性斷裂，無法滿足在低溫環(huán)境中工作的設(shè)備配件的性能要求，不適合用以生產(chǎn)高速列車、風(fēng)電等設(shè)備配件。因此在生產(chǎn)高速列車、風(fēng)電球鐵配件時(shí)，必須選用具有較高生產(chǎn)技術(shù)含量的低溫高韌性球墨鑄鐵，以此來保證配件的使用安全。因此，超低溫高韌性特種球墨鑄鐵金屬材料的研發(fā)與應(yīng)用，對高速列車、風(fēng)電行業(yè)、車輛、石油及石化行業(yè)的發(fā)展具有非常重要的意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種超低溫高韌性特種球墨鑄鐵金屬材料及其制備方法，既能滿足良好的結(jié)構(gòu)性能、鑄造成型性能、切削加工性能，又能滿足高韌性、高強(qiáng)度、高耐磨、耐寒性、耐蝕性、減震性、安全性能要求高的工作場合,成本低。
[0005]本發(fā)明所述的超低溫高韌性特種球墨鑄鐵金屬材料，原材料重量配比為生鐵92?95份，廢鋼5?8份，硅鐵I?2份，錳鐵2?3份，鉍鐵0.5?I份，球化劑1.6?1.8份，孕育劑0.5?0.8份。
[0006]球化劑為稀土鎂娃鐵合金。稀土鎂娃鐵合金優(yōu)選QRMg6RE2稀土鎂娃鐵合金。
[0007]生鐵使用Q10#生鐵。Q10#生鐵為低娃、低憐、低硫的生鐵。
[0008]廢鋼采用無銹一級廢鋼。
[0009]娃鐵米用75#娃鐵。娃能減少結(jié)晶過程和白口傾，細(xì)化石墨，提聞石墨球的圓整度。
[0010]錳鐵采用65#錳鐵。
[0011]鉍鐵采用含鉍99.99%的鉍鐵。Bi的作用是提高石墨球的球化級別和大小級別，促進(jìn)鐵素體的形成，進(jìn)一步提聞球墨鑄鐵的低溫耐沖擊性。
[0012]孕育劑采用硅鋇孕育劑。
[0013]超低溫高韌性特種球墨鑄鐵金屬材料的制備方法:
[0014]由生鐵、廢鋼、硅鐵、錳鐵、鉍鐵、球化劑和孕育劑為中頻電爐熔煉，經(jīng)過爐前變質(zhì)孕育處理，再經(jīng)澆注成型冷卻得到產(chǎn)品。
[0015]爐前變質(zhì)孕育處理是通過添加球化劑、孕育劑及采用二次孕育方法獲得，在1350°C?1380°C將球化后的液態(tài)混合物澆鑄到鑄型中，并使其在鑄型中緩慢冷卻到500°C以下，從鑄型中清出，獲到本材料澆注的鑄件。
[0016]本發(fā)明是在普通鐵素體球墨鑄鐵的基礎(chǔ)上，加入0.005 %的Bi，和稀土搭配，可有效的細(xì)化石墨，提高球化率和石墨球數(shù)，改善球化級別，防止或減少異形石墨的形成。通過加入0.005 %的Bi,促進(jìn)鐵素體的形成，娃能減少結(jié)晶過程和白口傾向，還能細(xì)化石墨，提高石墨球的圓整度，但硅高易形成異形石墨，提高低溫脆性，因此終硅控制在1.8-2.0%，并用低稀土的稀土鎂球化劑進(jìn)行變質(zhì)處理得到一種適于寒冷環(huán)境的特種球墨鑄鐵。Bi的作用是提聞石墨球的球化級別和大小級別，促進(jìn)鐵素體的形成，進(jìn)一步提聞了球墨鑄鐵的低溫耐沖擊性。
[0017]所述的超低溫高韌性特種球墨鑄鐵金屬材料的化學(xué)成分為:C:3.5-3.8%, Si:
1.8 % ?2.0 %，Mn:< 0.2 %，S:彡 0.02 %，P:彡 0.03 %，B1:0.0049 ?0.0051 %，Mg:0.04-0.06 %，Re:0.02-0.03 %。
[0018]所述的超低溫高韌性特種球墨鑄鐵金屬材料的機(jī)械性能:
[0019]1、抗拉強(qiáng)度彡400MPa，延伸率> 22%，硬度HB130-175，_40°C沖擊平均值大于17.3J，-50°C沖擊平均值大于14J。
[0020]2、基體組織:鐵素體(> 98% ) +少量珠光體+少量自由滲碳體。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0022](I)本發(fā)明所述的超低溫高韌性特種球墨鑄鐵金屬材料，既能滿足良好的結(jié)構(gòu)性能、鑄造成型性能、切削加工性能，又能滿足高韌性、高強(qiáng)度、高耐磨、耐寒性、耐蝕性、減震性、安全性能要求高的工作場合。
[0023](2)可生產(chǎn)風(fēng)電設(shè)備的輪轂、齒輪箱體、底座、軸承座等，高速列車的轉(zhuǎn)向軸箱，高寒地區(qū)行駛的汽車以及常年行駛在寒冷地區(qū)的貨輪上的一些球墨鑄鐵件，石油及石化設(shè)備配件等。
[0024](3)使用相對低廉的鉍鐵代替了鎳鐵，加鉍的生產(chǎn)成本只是加鎳的1/8，明顯降低了生產(chǎn)成本，具有很高的實(shí)用價(jià)值和推廣意義，市場前景廣闊。

【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明:
[0026]實(shí)施例1
[0027]熔煉合金鑄鐵的原材料質(zhì)量配比為:10#生鐵95份，無銹一級廢鋼5份，75#硅鐵2份，65#錳鐵3份，含鉍99.99份的鉍鐵I份，采用中頻感應(yīng)電爐熔化，溫度達(dá)到1530°C后，加入硅鋇孕育劑0.8份，QRMg6RE2稀土鎂硅鐵合金1.6份，經(jīng)過爐前變質(zhì)孕育球化處理而成，在1350°C?1380°C將球化后的液態(tài)混合物澆鑄到輪轂鑄型中，并使其在鑄型中緩慢冷卻到500°C以下，從鑄型中清出，得到輪轂。
[0028]輪轂的單件重量37.5kg，平均壁厚20mm，輪轂鑄型工藝為呋喃樹脂自硬砂造型工藝。
[0029]經(jīng)過檢驗(yàn)，輪轂的化學(xué)成分為:C:3.55%, Si:1.95%,Mn:0.186%，P:0.025%, S:0.02%, Bi:0.0051%, Mg:0.055%, Re:0.024% ?
[0030] 拉伸強(qiáng)度461MPa，延伸率23.6%，硬度HB155，_40°C沖擊平均值17.6J，_50°C沖擊平均值14.3J。
[0031 ] 經(jīng)過加工后，應(yīng)用于風(fēng)電行業(yè)的高寒環(huán)境安全性能穩(wěn)定。
[0032]實(shí)施例2
[0033]熔煉合金鑄鐵的原材料重量配比為:的10#生鐵92份，無銹一級廢鋼8份，75#硅鐵I份，65#錳鐵2份，含鉍99.99份的鉍鐵0.5份，采用中頻感應(yīng)電爐熔化，溫度達(dá)到1530°C后，通過光譜儀檢測化學(xué)成分，加入硅鋇孕育劑0.5份，QRMg6RE2稀土鎂硅鐵合金
1.8份，經(jīng)過爐前變質(zhì)孕育球化處理而成，澆注于轉(zhuǎn)向軸箱的砂型型腔內(nèi)得到轉(zhuǎn)向軸箱。
[0034]轉(zhuǎn)向軸箱的單件重量65.5kg，平均壁厚22mm，轉(zhuǎn)向軸箱的鑄型工藝為呋喃樹脂自硬砂造型工藝。
[0035]經(jīng)過檢驗(yàn)，轉(zhuǎn)向軸箱的化學(xué)成分為:C:3.78 %, S1:1.82%, Mn:0.178%, P:
0.023%, S:0.016%, B1:0.0049%, Mg:0.052%, Re:0.022%。
[0036]拉伸強(qiáng)度448MPa，延伸率27.9%，硬度HB151，_40°C沖擊平均值17.8J，_50°C沖擊平均值14.6J。
[0037]經(jīng)過加工后，應(yīng)用于高速列車，安全性能穩(wěn)定。
[0038]實(shí)施例3
[0039]熔煉合金鑄鐵的原材料重量配比為:10#生鐵94份，無銹一級廢鋼6份，75#硅鐵1.5份，65#錳鐵2.5份，含鉍99.99份的鉍鐵0.8份，采用中頻感應(yīng)電爐熔化，溫度達(dá)到1530°C后，通過光譜儀檢測化學(xué)成分，加入硅鋇孕育劑0.7份，QRMg6RE2稀土鎂硅鐵合金
1.7份，經(jīng)過爐前變質(zhì)孕育球化處理而成，澆注于輪轂的砂型型腔內(nèi)得到輪轂。
[0040]輪轂的單件重量37.5kg，平均壁厚20mm，輪轂鑄型工藝為呋喃樹脂自硬砂造型工藝。
[0041]經(jīng)過檢驗(yàn)，輪轂的化學(xué)成分為:C:3.69%, Si:1.91%,Mn:0.176%，P:0.022%, S:0.018%, Bi:0.0050%, Mg:0.053%, Re:0.026%。
[0042]拉伸強(qiáng)度461MPa，延伸率23.6%，硬度HB155，_40°C沖擊平均值17.6J，_50°C沖擊平均值14.3J。
[0043]經(jīng)過加工后，應(yīng)用于風(fēng)電行業(yè)的高寒環(huán)境安全性能穩(wěn)定。
【權(quán)利要求】
1.一種超低溫高韌性特種球墨鑄鐵金屬材料，其特征在于，所述的原材料重量配比為生鐵92?95份，廢鋼5?8份，硅鐵I?2份，錳鐵2?3份，鉍鐵0.5?I份，球化劑1.6?1.8份,孕育劑0.5?0.8份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低溫高韌性特種球墨鑄鐵金屬材料，其特征在于，球化劑為稀土鎂硅鐵合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低溫高韌性特種球墨鑄鐵金屬材料，其特征在于，所述的生鐵為Q10#生鐵。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低溫高韌性特種球墨鑄鐵金屬材料，其特征在于，所述的廢鋼為無銹一級廢鋼。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低溫高韌性特種球墨鑄鐵金屬材料，其特征在于，所述的硅鐵為75#硅鐵。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低溫高韌性特種球墨鑄鐵金屬材料，其特征在于，所述的錳鐵為65#錳鐵。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低溫高韌性特種球墨鑄鐵金屬材料，其特征在于，所述的鉍鐵為含鉍99.99%的鉍鐵。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低溫高韌性特種球墨鑄鐵金屬材料，其特征在于，所述的孕育劑為硅鋇孕育劑。
9.一種權(quán)利要求1所述的超低溫高韌性特種球墨鑄鐵金屬材料的制備方法，其特征在于，由生鐵、廢鋼、硅鐵、錳鐵、鉍鐵、球化劑和孕育劑為中頻電爐熔煉，經(jīng)過爐前變質(zhì)孕育處理，再經(jīng)澆注成型冷卻得到產(chǎn)品。
【文檔編號】C22C37/04GK104451359SQ201410698201
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月26日
【發(fā)明者】周仕勇, 李興華, 趙桂菊 申請人:山東省源通機(jī)械股份有限公司