高强度灰口铸铁材料及其制备方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属于金属材料技术领域，涉及一种高强度灰口铸铁材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 申请号CN200510016878.5的发明专利涉及一种新型微合金化高强度灰铸铁。它通 过优化合金成分设计，加入V、N等元素进行微合金化处理，最终获得具有优良抗拉性能与加 工性能的新型微合金化高强度灰铸铁。其重量百分比成分为：C: 2.92%~3.48% ; Si: 1.52%~2.36%;Mn:0.22%~0.78%;P :0.011%~0.048%;S:0.03%~0.15%;Cr: 0.15%~0.50%;Cu :0.3%~0.78%;Sn:0.011%~0.098%;V :0~0.100%;N:0~ 0.100%。该发明突破了目前世界上为提高强度加钼、镍等元素进行合金化的问题。但是灰 口铁加入N的难度大;尽管采取添加 V、Cu、Sn等元素，然而对提高材料的强度也是有限的；而 且加入了 Cr，Cr为重金属，六价Cr对环境及人体的危害很大。
[0003] 灰口铸铁应用于数控机床导轨、滑轨上，现有灰口铸铁的耐磨强度低，硬度低，硬 度一般为180-190HB，抗拉强度低，抗拉强度一般为200-300Mpa左右，不易切割。
【发明内容】
[0004] 为了达到上述目的，本发明提供一种高强度灰口铸铁材料，解决了现有技术中灰 口铸铁的耐磨强度低，硬度低，抗拉强度低，不易切削的问题。
[0005] 本发明的另一目的是，提供一种尚强度灰口铸铁材料的制备方法。
[0006] 本发明所采用的技术方案是，一种高强度灰口铸铁材料，由以下质量百分比组成， 碳2.5%-3.0%，硅1.0%-1.5%，锰0.8%-1.2%，磷0.1%-0.2%，硫0.04%-0.06%，其余 为纯铁，以上各成分的质量百分比总和为100%。
[0007] 本发明所采用的另一技术方案是，一种高强度灰口铸铁材料的制备方法，具体按 照以下步骤进行：
[0008] 步骤1，称取原材料：
[0009] 按照以下质量百分比：碳 2.5%-3.0%，硅 1.0%-1.5%，锰 0.8%-1.2%，磷0.1%_ 0.2 %，硫0.04 % -0.06 %，其余为纯铁，分别称取Q10生铁、废钢、回炉料、闸瓦废料、电极石 墨、75硅铁、75锰铁；
[0010] 步骤2,加入废钢及增碳剂：
[0011 ]先加已称取的废钢到电炉里，送电熔炼，电炉的中频功率为60KW-100KW，持续15分 钟后，电炉的中频功率升至500KW;当有1/5体积的铁水时，停电、停止加热，一次性加入已称 取的增碳剂后，送电升温，500KW恪炼；
[0012] 步骤3,加入Q10生铁、闸瓦废料及回炉料后，进入精炼过程：
[0013] 当废钢熔炼完成，加已称取的Q10生铁，当Q10生铁熔炼完成，再加已称取的闸瓦废 料、回炉料，回炉料加完后，温度保持在1400_1450°C，在铁水表面加入珍珠岩，遇热膨胀，珍 珠岩造渣厚度在20mm-30mm时，升温至1480-1490°C，取出珍珠岩膜；用测温枪测温度，保持 温度在1480-1490°C，在铁水表面加入珍珠岩，珍珠岩造渣厚度为10mm-20mm，取出珍珠岩 膜;再次在铁水表面加入珍珠岩，珍珠岩造渣厚度为8mm-l 2mm，取出珍珠岩膜；
[0014] 步骤4,加入75锰铁：
[0015]加入已称取的75锰铁，熔炼完成，取样，将铁水浇铸在三角试片模型中；待试片暗 红色时，把三角试片插入水中冷却，乳断断口有黑心；
[0016] 步骤5,加入75硅铁粒：
[0017]加入已称取的75硅铁粒，在出铁水时，随流孕育，将白口铸铁孕育成灰口铸铁后， 在浇包里取出铁水，再将铁水浇铸在三角试片模型中，待试片暗红色，把三角试片插入水中 冷却，乳断三角试片尖处，有10_20mm厚的白口，其余为细灰口，则制得。
[0018]进一步的，所述步骤1中的增碳剂为电极石墨。
[0019] 进一步的，所述步骤5中，75娃铁粒的粒径为l〇-15mm。
[0020] 本发明的有益效果是:本发明的灰口铸铁，不易出现缩松，容易孕育，抗拉强度增 强;耐磨性增强，硬度适中易加工，铸件不易发生断裂;本发明的原材料不用贵重稀土元素 和重金属元素 Cr，原材料成本低，制备工艺简单，绿色环保。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0022] 本发明灰口铸铁由以下质量百分比组成，碳2.5%-3.0%，硅1.0%-1.5%，锰 0.8%-1.2%，磷0.1%-0.2%，硫0.04%-0.06%，其余为纯铁，以上各成分的质量百分比总 和为100%;
[0023] 制备本发明高强度灰口铸铁的原材料为:废钢、增碳剂、Q10生铁、闸瓦废料、75锰 铁、75硅铁及回炉料，其中，75硅铁粒的粒径为10-15_。
[0024]其中，增碳剂为电极石墨；
[0025] Q10生铁中各成分的质量分数：碳3.8%，硅1 ·0%，锰0.6%，磷0.053%，硫 0.023% ；
[0026] 废钢中各成分的质量分数:碳0.20%-0.25%，硅0.40%-0.45%，锰0.6%-0.8%， 硫 <0.04%，磷 <0.04%，
[0027] 回炉料中各成分的质量分数:碳3.2%，硅1.8%，锰1.0%，磷0.1 %，硫0.1 % ;
[0028] 闸瓦废料（高磷铸铁）中各成分的质量分数：碳2 · 66 %，硅3 · 84 %，锰0 · 92 %，磷 1.46%，硫0.06% ;
[0029]国内牌号HT400的灰口铸铁，碳含量低、硅含量低、磷含量高;本发明大量加入废钢 用于降低硅含量，消除铸造生铁遗传性，废钢加入过多，碳、磷明显降低，必须增碳、增磷，本 发明用电极石墨增碳，用闸瓦废料(高磷铸铁)增磷;碳当量低，用的75硅铁孕育，得到高强 度铸铁;Q10生铁的有害元素硫含量低，硅含量低，增强抗拉强度;75锰铁的有害元素硫含量 低，锰含量高，增强耐磨性，抗拉强度提高；回炉料能够调节化学成分，废料有效回用。
[0030] 实施例1，
[0031] 本发明灰口铸铁各组分的质量百分比:碳2.80 %，娃1.5 %，猛1.2 %，磷0.15 %，硫 0.04%，其余为纯铁。
[0032]实施例2，
[0033] 本发明灰口铸铁各组分的质量百分比：碳2.5 %，硅1.3 %，锰1.0 %，磷0.2 %，硫 0.05%，其余为纯铁。
[0034]实施例3，
[0035] 本发明灰口铸铁各组分的质量百分比：碳3.0 %，硅1.0 %，锰0.8%，磷0.1 %，硫 0.06%，其余为纯铁。
[0036] 实施例4，
[0037] 本发明灰口铸铁的制备方法，具体按照以下步骤进行：
[0038] 步骤 1，
[0039] 按照以下质量百分比：碳2.80%，硅1.5 %，锰1.2%，磷0.15%，硫0.04%，其余为 纯铁，分别称取Q10生铁、废钢、回炉料、闸瓦废料、电极石墨、75硅铁、75锰铁；
[0040]步骤 2，
[00411先加已称取的废钢到电炉里，送电熔炼，电炉的中频功率为80KW，持续15分钟后， 电炉的中频功率升至500KW;当有1/5体积的铁水时，停电、停止加热，一次性加入已称取的 增碳剂后，送电升温，全功率熔炼;其中，没有铁水时不能加电极石墨，如果加了电极石墨出 现石墨粉粘在炉底，导致整炉铁水报废;必须一次性加电极石墨，在加入时需停电、停止加 热，否侧石墨会随热气流飞散至空气中；
[0042]步骤 3，
[0043]当废钢熔炼完成，加已称取的Q10生铁，当Q10生铁熔炼完成，再加已称取的闸瓦废 料、回炉料，回炉料加完后，温度保持在1425 °C，进入精炼过程，在铁水表面加入珍珠岩，遇 热膨胀，珍珠岩造渣厚度在20-30mm时，升温至1485Γ，取出珍珠岩膜；用测温枪测温度，保 持温度在1485°C，在铁水表面加入珍珠岩，遇热膨胀，珍珠岩造渣厚度为10-20_，取出珍珠 岩膜;再次在铁水表面加入珍珠岩，遇热膨胀，珍珠岩造渣厚度为8-12mm，取出珍珠岩膜； [0044]步骤 4，
[0045]加入已称取的75锰铁，熔炼完成，取样，将铁水浇铸在三角试片模型中；待试片暗 红色