[发明专利]一种高强韧铁素体基蠕墨铸铁材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明一种高强韧铁素体基蠕墨铸铁材料及其制备方法，属于材料制备技术领域。

背景技术

蠕墨铸铁（以下简称蠕铁）是 20 世纪 70 年代开始得到应用的工程材料，生产方法是在出铁时向铁水中加入适宜的蠕化剂，进行蠕化处理，然后加入孕育剂进行育处理而制得。蠕墨铸铁根据石墨形态中蠕虫状石墨所占的比例确定蠕化率。由于蠕墨铸铁兼有球墨铸铁和灰铸铁的性能，因此，它具有独特的用途，在钢锭模、汽车发动机、排气管、玻璃模具、柴油机缸盖、制动零件等方面的应用均取得了良好的效果，但 40 年来发展速度不如球铁那样迅速。影响蠕铁发展的重要原因之一就是蠕化率范围难以控制。

目前蠕墨铸铁主要原材料为碳3.4～3.8％，硫 ≤ 0.05％，硅1.8～2.6％，磷 ≤0.50％，锰0.5～1.0％，铬0.2～0.5％，铜0.2～0.5％，余量为Fe。采用该发明所述的化学组成的蠕墨铸铁气缸套工作表面硬度为260～320HB，抗拉强度430～520MPa，符合高强度和高耐磨性要求，且成本相对较低，完全能满足当代高速、高强化、高性能、低排放、长寿命大功率内燃机的要求。该铸铁存在大量的石墨，材料的韧性和抗拉强度都受到了很大的限制。

发明内容

本发明克服了现有技术存在的不足，提供了一种高强韧铁素体基蠕墨铸铁材料及其制备方法，该蠕墨铸铁材料能够承受高热负荷及高机械负荷，以满足对柴油发动机高马力、高转矩、低废气排放以及降低燃料使用量的需求。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种高强韧铁素体基蠕墨铸铁材料，蠕墨铸铁材料中各元素含量为：

碳（C）：3 .6%～3 .7%；硅（Si）：2 .2%～2 .4%；锰（Mn）：0 .3%～0 .5%；硫（S）：＜0 .02%；磷（P）：＜0 .07%，铜（Cu）：0 .6%～0 .7%；锡（Sn）：0 .01%～0 .03%、铝（Al）：0.35%～0.55%。

优选地，所述蠕墨铸铁包括以下原材料配比：

一级生铁：85%～88%；低碳钢：9%～11%；硅铁孕育剂：0 .5%～0 .65%；锰铁：0 .3%～0 .5% ；稀土硅铁镁蠕化剂：0 .4%～0 .6%；硅钡孕育剂：0 .4%～0 .55%。

本发明一种如上所述的蠕墨铸铁材料的制备方法，采用三次孕育，其中炉内加入硅铁是第一次孕育，转包加孕育剂是第二次孕育，在铁水出炉时随流孕育是第三次孕育；具体操作步骤如下：

（1）第一次孕育：将硅铁孕育剂放入中频炉中进行孕育，温度升至1500℃左右，加入铜和铝，孕育温度控制在1550-1580℃；

（2）第二次孕育：处理温度在1480℃～1500℃，出铁约2/3，采用包底凹坑冲入法进行蠕化、孕育处理，加入0 .3%～0 .4%硅钡孕育剂；

（3）第三次孕育：出铁1/3进行孕育；随铁流加入0 .1%～0 .15%硅钡孕育剂和锡，温度控制在1380℃~1420℃。

本发明与现有技术相比具有的有益效果是：本发明中严格控制碳（C）含量，既保证其易于发生石墨化，同时又保证了材料的力学性能；少量锰（Mn）的加入，使材料具有交到的强度与硬度，且减少了锰（Mn）对其塑性的影响；加入Al提高铁素体的数量，提高塑性和韧性，同时改善蠕虫石墨的形貌，提高蠕化率。加入Cu和Sn促进了珠光体生成，提高材料的强度。

同时，本发明通过硅铁和硅钡复合的三次孕育方法，同时添加Cu、Sn和Al三种合金元素，制备蠕墨铸铁材料，实现了既提高蠕化率的同时又提高强度和塑、韧性，所制备的蠕墨铸铁材料，其室温抗拉强度≥400MPa，延伸率≥3.5%，硬度达到180-200HBW，较现有牌号的Rut350蠕墨材料性能室温抗拉伸提高了22%，延伸率提高了120%。

具体实施方式

下面通过具体实施例，对本发明进行详细的阐述。

实施例一

按照原材料比例：一级生铁87 .5%，低碳钢10%，硅铁0 .64%，锰铁0 .3% ，蠕化剂0 .5%，硅钡孕育剂0 .33%，随流孕育0 .11%；合金元素含量：铜( Cu )0 .7%，锡( Sn )0 .03%，铝（Al）0.45%。

材料制备的具体方法如下：

（1）将称好的生铁、低碳钢、锰铁、硅铁放入中频炉中进行熔炼；当温度升至1500℃左右，加入铜、铝，温度升至1550℃，出炉；

（2）蠕化处理温度在1485℃，采用包底凹坑冲入法，出铁约2/3或3/4进行蠕化孕育处理。