[发明专利]一种球墨铸铁的低温(-60℃)韧性改进方法

说明书

技术领域

一种球墨铸铁的低温韧性改进方法，具体涉及一种球墨铸铁的合金冶炼和热处理方法。

背景技术

由于具有优良的铸造、机械以及减振耐磨性能，球墨铸铁在现代工业得到广泛应用。其中，铁素体基球墨铸铁在室温下具有较高的延伸率和冲击韧性，可以满足在一些铁路机械和风力发电等传动设备中轮毅、底座、轴箱等重要部件的室温下使用要求。比如QT-400-18的附铸试块(壁厚t＜30)力学性能指标如下，抗拉强度400MPa，屈服强度240MPa，延伸率≥18％。同时，在极寒、动载的恶劣工作状况下，为了避免脆性断裂等严重事故发生，对构件材料低温(-40℃以下)冲击韧性提出了更加严苛的要求。然而，现有标准中仅对球墨铸铁零下20℃(QT-400-18LT)和零下40℃(QT-350-22LT)的冲击吸收功进行规定(壁厚30＜t＜60时，三试样平均值≥12J，单个最低值≥9J)，而更低温度下(-60℃)的冲击韧性未作规定。因此，为了拓宽高韧球墨铸铁的在高寒环境下的实用，必须提高球墨铸铁的低温(-60℃)韧性。

发明内容

本发明旨在解决高韧性球墨铸铁产品在特低气温环境下特别是-60℃下使用的技术性难题，通过适量添加微量的镍元素，控制合金成分以及熔炼、球化、孕育工艺，并采用两步退火热处理工艺，提高球墨铸铁材料的低温韧性。

本发明涉及合金的主要化学成分为(质量百分比：wt.％)：C：3.6％～3.9％，Si：1.7～2.0％，Mn≤0.08％，P≤0.03％，S≤0.02％，Ni：0.5～0.9％；其技术方案有以下步骤：(1)按重量配比：生铁55％～60％，废钢4％～7％，回炉铁30％～35％，增碳剂0.2％～0.25％；(2)采用感应电炉熔炼上述备料，在铁水熔化至1400℃时加适量镍以达到所要求的比例；(3)当铁水温度达到1520℃时，出炉将铁水缓慢平稳地倾倒进预先烘干浇包中，进行球化和一次孕育，浇包内事先加入占铁水总质量1％～1.1％的球化剂和0.6％的孕育剂；(4)待球化反应结束后，清除渣物，迅速将铁水浇注入铸件型腔，随流加入占铁水总质量0.2％的孕育剂进行二次孕育。(5)对铸件进行两步热处理，先在920±10℃下保温2.0±0.5h随炉冷却至735±5℃再保温3.5±0.5h随炉冷却至550～600℃后出炉空冷，控制炉冷速率为＜5℃/min。

本发明的突出应用效果为：利用生铁和较多量回炉料为主要原料，大大降低了成本；通过微量添加镍和两步退火处理，在不降低屈服强度、延伸率等力学性能的前提下，显著提高了球墨铸铁的低温韧性。通过上述步骤获得的球墨铸铁件的抗拉强度不低于385MPa，屈服强度不低于240MPa，延伸率不低于22％左右，-60℃下夏比V型缺口冲击吸收功大于12J，且为韧性断裂。

具体实施方式：

实施例1：标准U型试块(镍加入量为0.7wt.％)：

采用感应电炉熔炼合金备料，其中生铁60wt.％，废钢6wt.％，回炉铁34wt.％，增碳剂0.2wt.％；在铁水熔化并达到1400℃时，加入适量镍块以达到所要求0.7wt.％的镍含量，当铁水温度达到1520℃，出炉导入备好的浇包中进行球化和一次孕育，浇包内球化剂和孕育剂加入量分别为铁水重量的1.1wt.％和0.6wt.％；球化反应结束后，清除渣物，快速浇注成标准U型试块(GBT 1348-2009球墨铸铁件)，随流加入铁水总质量0.2wt.％的孕育剂；在电阻炉中将U型铸块加热至920℃保温2.0h，随炉冷却至740℃保温3h，随炉冷却至580℃后出炉空冷(控制炉冷速率为＜5℃/min)。

使用QSN-750型电火花直读光谱仪和CSC880型高频碳硫分析仪测得合金化学成分为(wt.％)：C：3.61％，Si：1.9％，Mn≤0.08％，P≤0.03，S≤0.02，Ni：0.69％；从退火态U型试块底部取样并加工，使用电子万能试验机和布洛维显微硬度计测试并取平均值为：抗拉强度403MPa，屈服强度254MPa，延伸率25％，布氏硬度HB142。采用低温冷却槽和示波冲击仪对不同温度下标准夏比V型缺口试样进行检测，结果如表1所示。

表1 不同温度下标准夏比V型缺口冲击吸收功J(镍加入量0.7wt.％)

由表1可见，经过热处理后，该球墨铸铁U型试块-60℃下的冲击韧性达完全满足要求。

实施例2：标准U型试块(镍加入量为0.5wt.％·)：