专利名称：高强度、高塑性球墨铸铁及其制造方法
技术领域：
本发明涉及球墨铸铁材料技术领域，特别涉及一种高强度、高塑性球墨铸铁，还涉及此球墨铸铁的制造方法。
背景技术：
按抗拉强度大小国家标准规定球墨铸铁牌号主要有QT400-15、QT400-18、QT450-10、QT500-7、QT550-5、QT600-3、QI700-2等，强度高时塑性差、塑性高时强度低。随着重型载重汽车吨的提高和轻量化，目前使用的球墨铸铁材料已不能满足驱动桥桥壳、支架类铸件的使用要求，希望有一种强度高且具有一定塑性的球墨铸铁材料。目前，国内厂家主要是用传统工艺按国家标准生产，要生产高于国家标准的高强度、高塑性QT550-9等材料，传统化学成分组成和工艺方法不能保证稳定达到力学性能要求，合格率不高。虽然也有很多专利材料有公开高强、高塑性球墨铸铁，比如专利号为201010112076. 5的中国发明专利，但其抗拉强度彡500MPa，韧性ak彡9J/cm2,远远达不到重型载重汽车驱动桥桥壳、支架类铸件对材料的要求。
发明内容
为了解决以上国内现有普通球墨铸铁材料强度高时塑性差，而塑性高时强度低的问题，本发明提供了一种高强度、高塑性的球墨铸铁。本发明的另一个目的是提供所述球墨铸铁的制造方法。本发明是通过以下方式实现的
一种高强度、高塑性球墨铸铁，各成分的重量百分比如下
C :3. 4 3. 8%, Si :2. 3 2. 7%,Mn :0. 3 0. 5%, S :0 0. 03%, P :0 0. 04%, Cu :0. 3 0. 5%, Cr :0. 02 0. 10%, Sb :0. 001-0. 005%, Mg :0. 03 0. 06%, Re :0. 01 0. 03%，其余为Fe。所述的高强度、高塑性球墨铸铁，各成分的重量百分比如下
C :3. 5 3. 8%, Si :2. 4 2. 6%, Mn :0. 3 0. 5%, S :0. 01 0. 02%, P :0. 02 0. 04%,Cu :0. 3 0. 5%, Cr :0. 05 0. 10%, Sb :0. 002-0. 004%, Mg :0. 05 0. 06%, Re :0. 01 0. 03%,其余为Fe。该内容是否去掉？上面以包含该范围。所述的高强度、高塑性球墨铸铁，各成分的重量百分比如下
C :3. 57%, Si :2. 46%, Mn :0. 43%, S :0. 014%, P :0. 04%, Cu :0. 42%, Cr :0. 10%, Sb 0. 0026%, Mg 0. 05%, Re :0. 017%，其余为 Fe。所述的高强度、高塑性球墨铸铁，各成分的重量百分比如下
C :3. 69%, Si :2. 51%, Mn :0. 46%, S :0. 013%, P :0. 032%, Cu :0. 394%, Cr :0. 08%, Sb 0. 0032%, Mg :0. 053%, Re :0. 016%，其余为 Fe。所述的高强度、高塑性球墨铸铁，各成分的重量百分比如下
C :3. 76%, Si :2. 56%, Mn :0. 39%, S :0. 016%, P :0. 036%, Cu :0. 44%, Cr :0. 05%, Sb
0.0023%, Mg :0. 059%, Re :0. 021%，其余为 Fe。所述的高强度、高塑性球墨铸铁的制造方法，包括以下步骤将各组份按照重量百分比 C :3. 5 3. 8%, Si :1. 5 I. 6%,Mn :0. 4 0. 5%, S :0. 02 0. 03%, P :0. 025 0. 04%,Cu :0. 08 0. 15%，Cr :0. 05 0. 10%，Sb :0. 00-0. 005%，其余为Fe，得到原铁液;原铁液出炉温度1490°C -1510°C，在包内冲入法加入原铁液重量I. 5-1. 7%的球化剂、0. 28-0. 32%的孕育剂和0. 3-0. 35%的铜，并随流孕育加入原铁液重量0. 38-0. 45%的孕育剂，得铁液，浇注。所述的制造方法，所述孕育剂为硅铁孕育剂，组成为75wt%硅和25wt%铁。所述的制造方法，球化剂中各组分的重量百分比为Mg :5. 0 7.0%，Re :1. 5
2.5%, Si 35. 0 44. 0，Ca :2. 0 3. 0，Mn :4. 0，Al :0. 5，Ti :0. 5，Fe 余量。所述的制造方法，铁液浇注温度控制在1390°C -1350°C范围内，浇注过程中用铁液重量0. 05%的孕育剂进行瞬时孕育，浇注时间不超过15分钟。所述的制造方法，将原铁液的三分之二冲入包内进行球化处理，包内原铁液镇静后加入剩余原铁液。为了实现上述目的要解决的技术问题，本发明通过确定合理的化学成分组成，其中包括球化剂和孕育剂的种类和加入量，以及微量合金化元素含量，主要改进是组成中加入锑(Sb)和严格控制硫(S)、磷(P)、铬(Cr)等含量；本发明还对出炉温度、浇注温度、浇注时间等工艺参数进行合理控制，对球化剂、孕育剂的加入方法进行改进，强化了球化和孕育效果，提高了抗球化和孕育衰退能力。本发明的有益效果
1、该种球墨铸铁材料通过采用一定的化学成分组成和工艺参数控制，获得圆度更高、数量更多的石墨，获得一定铁素体和珠光体比例含量的基体组织，从而能够稳定生产铸态情况下本体抗拉强度达到550MPa、屈服强度RpO. 2彡360MPa、伸长率大于9%的球墨铸铁铸件，具有较高强度的同时，具有较高的伸长率；
2、提高了铸件性能，使金属材料的效能得以更好的发挥；满足了重型载重汽车驱动桥桥壳、支架类铸件的使用要求。
具体实施例方式为了更好的理解本发明，下面结合具体实施例来进一步说明。实施例I :
在中频电炉内按配料成份加入废钢、生铁、回炉料及合金，熔炼后原铁液主要元素化学成分(wt%) C 3. 72，Si 1. 54，Mn :0. 44，S :0. 025，P :0. 026，Cu :0. 14，Cr :0. 08，Sb
0.0032，，其余为Fe等。原铁液在1490°C出炉，在包内冲入法加入原铁液重量I. 5%的球化齐IJ、0. 32%的孕育剂和0. 3%的纯铜，并随流孕育加入原铁液重量0. 45%的孕育剂。得到最终化学成分(wt%) C 3. 69，Si 2. 51，Mn :0. 46，S :0. 013，P :0. 032，Cu :0. 394, Cr :0. 08，Sb
0.0032，Mg 0. 053, Re :0. 016，其余为Fe的铁液。用此铁液在1385°C浇注重卡桥壳，浇注时间不超过15分钟，浇注过程中用铁液重量0. 05%的硅铁进行瞬时孕育。所得球墨铸铁单铸试棒抗拉强度Rm=625MPa、屈服强度RpO. 2=410MPa、伸长率12. 1%、表面硬度205HBW ;铸件规定部位试样抗拉强度Rm=565MPa、屈服强度RpO. 2=360MPa、伸长率13. 2%、表面硬度197HBW。所用的球化剂、孕育剂为本领域常用的球化剂、孕育剂。实施例2:
在中频电炉内按配料成份加入废钢、生铁、回炉料及合金，熔炼后原铁液主要元素化学成分(wt%)C:3. 79，Si 1. 55, Mn :0. 40，S :0. 028，P :0. 035，Cu :0. 10, Cr :0. 05，Sb :0. 0024，其余为Fe等。原铁液在1480°C出炉，在包内冲入法加入原铁液重量I. 7%的球化剂，、0. 28%的孕育剂和0. 32%的纯铜，先将原铁液量的三分之二冲入包内进行球化处理，包内铁液镇静后加入剩余原铁液，并随流加入原铁液重量0. 38%的孕育剂。得到最终化学成分(wt%)C
3.76，Si 2. 56，Mn :0. 39，S :0. 016，P :0. 036，Cu :0. 44，Cr :0. 05，Sb :0. 0023，Mg :0. 059，Re 0. 021，其余为Fe。用此铁液在1380°C浇注重卡桥壳。所得球墨铸铁单铸试棒抗拉强度Rm=630MPa、屈服强度RpO. 2=395MPa、伸长率11. 6%、表面硬度198HBW ;铸件规定部位试样抗拉强度Rm=586MPa、屈服强度RpO. 2=380MPa、伸长率9. 2%、表面硬度189HBW。
所用的球化剂各组分的重量百分比为Mg :5. 0 7. 0%, Re :1. 5 2. 5%, Si :35. 0 44. 0, Ca 2. 0 3. 0，Mn 4. 0, Al 0. 5, Ti 0. 5, Fe 余量。孕育剂为硅铁孕育剂，组成为75wt%硅和25wt%铁。实施例3
在中频电炉内按配料成份加入废钢、生铁、回炉料及合金，熔炼后原铁液主要元素化学成分(wt%) C 3. 59，Si 1. 50，Mn :0. 46，S :0. 022，P :0. 038，Cu :0. 08, Cr :0. 10，Sb :0. 0026，其余为Fe等。原铁液在1508°C出炉，冲入法加入原铁液重量I. 6%的球化剂、0. 3%的孕育剂和0. 35%的纯铜，随流加入原铁液重量0. 4%的孕育剂。得到最终化学成分(wt%) C
3.57, Si 2. 46, Mn :0. 43, S :0. 014, P :0. 040, Cu :0. 42, Cr :0. 10, Sb :0. 0026, Mg :0. 050, Re
0.017，其余为Fe。用此铁液在1405°C开始浇注重卡支架铸件。所得球墨铸铁单铸试棒抗拉强度Rm=635MPa、屈服强度RpO. 2=395MPa、伸长率10. 5%、表面硬度202HBW ;铸件规定部位试样抗拉强度Rm=595MPa、屈服强度RpO. 2=373MPa、伸长率9. 0%、表面硬度203HBW。以上实例具体细节仅是为了说明本发明，并不代表本发明构思的全部技术方案，对于本领域技术人员来说，在本专利构思及具体实例启示下，能够从本专利公开内容及常识直接导出或联想到一些变形，本领域普通技术人员将意识到可采用其他方法，或现有常用公知技术的替代，以及特征间的相互不同组合，例如球化剂、孕育剂牌号的改变，等等的非实质性改动，同样可以被应用，都能实现本专利描述力学性能，不再一一举例展开细说，均属本专利保护范围。
权利要求
1.一种高强度、高塑性球墨铸铁，其特征在于各成分的重量百分比如下C :3. 4 3. 8%, Si :2. 3 2. 7%,Mn :0. 3 0. 5%, S :0 0. 03%, P :0 0. 04%, Cu :0. 3 0. 5%, Cr :0. 02 0. 10%, Sb :0. 001-0. 005%, Mg :0. 03 0. 06%, Re :0. 01 0. 03%，其余为Fe。
2.根据权利要求I所述的高强度、高塑性球墨铸铁，其特征在于各成分的重量百分比如下C :3. 5 3. 8%, Si :2. 4 2. 6%, Mn :0. 3 0. 5%, S :0. 01 0. 02%, P :0. 03 0. 04%,Cu :0. 3 0. 5%, Cr :0. 05 0. 10%, Sb :0. 002-0. 004%, Mg :0. 05 0. 06%, Re :0. 01 0. 03%,其余为Fe。
3.根据权利要求I所述的高强度、高塑性球墨铸铁，其特征在于各成分的重量百分比如下C :3. 57%, Si :2. 46%, Mn :0. 43%, S :0. 014%, P :0. 04%, Cu :0. 42%, Cr :0. 10%, Sb 0. 0026%, Mg 0. 05%, Re :0. 017%，其余为 Fe。
4.根据权利要求I所述的高强度、高塑性球墨铸铁，其特征在于各成分的重量百分比如下 C :3. 69%, Si :2. 51%, Mn :0. 46%, S :0. 013%, P :0. 032%, Cu :0. 394%, Cr :0. 08%, Sb 0. 0032%, Mg :0. 053%, Re :0. 016%，其余为 Fe。
5.根据权利要求I所述的高强度、高塑性球墨铸铁，其特征在于各成分的重量百分比如下C :3. 76%, Si :2. 56%, Mn :0. 39%, S :0. 016%, P :0. 036%, Cu :0. 44%, Cr :0. 05%, Sb 0. 0023%, Mg :0. 059%, Re :0. 021%，其余为 Fe。
6.一种权利要求1-5所述的高强度、高塑性球墨铸铁的制造方法，其特征是包括以下步骤将各组份按照重量百分比C :3. 5 3. 8%，Si :1. 5 I. 6%，Mn :0. 4 0. 5%，S 0.02 0. 03%, P :0. 025 0. 04%, Cu :0. 08 0. 15%, Cr :0. 05 0. 10%, Sb :0. 00-0. 005%,其余为Fe，得到原铁液；原铁液出炉温度1490°C -1510°C，在包内冲入法加入原铁液重量1.5-1. 7%的球化剂、0. 28-0. 32%的孕育剂和0. 3-0. 35%的铜，并随流孕育加入原铁液重量0. 38-0. 45%的孕育剂，得铁液，浇注。
7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于所述孕育剂为硅铁孕育剂，组成为75wt% 硅和 25wt% 铁。
8.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于球化剂中各组分的重量百分比为Mg5.0 7. 0%, Re :1. 5 2. 5%, Si :35. 0 44. 0，Ca :2. 0 3. 0，Mn :4. 0，Al :0. 5，Ti :0. 5，Fe余量。
9.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于铁液浇注温度控制在1390°C-1350°C范围内，浇注过程中用铁液重量0. 05%的孕育剂进行瞬时孕育，浇注时间不超过15分钟。
10.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于将原铁液的三分之二冲入包内进行球化处理，包内原铁液镇静后加入剩余原铁液。
全文摘要
本发明涉及球墨铸铁材料技术领域，特别涉及一种高强度、高塑性球磨铸铁，各成分的重量百分比如下C3.4～3.8%，Si2.3～2.7%，Mn0.3～0.5%，S0～0.03%，P0～0.04%，Cu0.3～0.5%，Cr0.02～0.10%，Sb0.001-0.005%，Mg0.03～0.06%，Re0.01～0.03%，其余为Fe。该种球墨铸铁材料获得圆度更高、数量更多的石墨，获得一定铁素体和珠光体比例含量的基体组织，能够稳定生产铸态情况下具有较高强度的同时，具有较高的伸长率的铸件；提高了铸件性能，满足了重型载重汽车驱动桥桥壳、支架类铸件的使用要求。
文档编号C22C33/08GK102747268SQ201210240448
公开日2012年10月24日 申请日期2012年7月12日 优先权日2012年7月12日
发明者侯广怀, 刘长森, 王正军, 黄国涛 申请人:中国重汽集团济南动力有限公司