[发明专利]一种高韧性的球墨铸铁的制备方法

说明书

本发明公开了一种高韧性的球墨铸铁的制备方法，包括：步骤一，设计球墨铸铁的化学成分；步骤二，将原材料利用中频感应炉熔炼；步骤三，加入孕育剂孕育微观组织形态；步骤四，经历3次不同温度下的升温降温，最后然后将球墨铸铁制件置于气体冷却介质中以10‑15K/s的冷却速度冷却至500℃后在大气环境中自然冷却至室温。本发明中通过改进球墨铸铁的成分含量，在制备方法中通过在特定温度下进行保温、降温的过程，促进能够提升表面硬度的微观组织的生长，最后在以10‑15K/s的冷却速度冷却至500℃后在大气环境中自然冷却至室温，获得最佳表面状态，从而提升整体的耐冲击性能。

技术领域

本发明属于合金材料领域，具体属于球墨铸铁材料领域，具体涉及一种高韧性的球墨铸铁制件的加工方法。

背景技术

铸铁是一种铁碳合金，其特征为含碳量高，碳元素的质量百分含量大于2%，还含有较多的硅、锰、磷、硫等杂质元素。摊在铸铁中大部分以碳化物或者游离态的石墨存在，还有极少量固溶于铁素体。铸铁中的石墨晶格类型为简单六方晶格，其基面中的原子间距为0.142nm，结合力较强，但是两基面之间的面间距是0.340nm，结合力弱，因此石墨的基面很容易滑动，其强度、硬度、塑性和任性极地，常以片状形态存在。球墨铸铁中的石墨是球状的，强度和韧性高于灰铸铁等其他铸铁，同时具有优异的铸造性、高的阻尼性、好的切削加工性，并且与性能相近的钢铁相比，具有相对低廉的价格，因此在工业中获得了广泛的应用，如曲轴、凸轮轴、热轧辊等耐磨件往往采用球墨铸铁制造，在制造业中的用量位居所有金属材料的第二位。球墨铸铁也叫延性铸铁，其中的石墨扮演止裂器的的角色，使其具有优异的人性和延性。球墨铸铁的多样性使其适合更多的应用，被认为是钢的替代品，但是由于球状石墨镶嵌在铁基体中，使得铁基体的强度不连续，而且在冲击载荷下球状石墨为裂纹源，容易造成基体的开裂。由于石墨是一种软基相，用于铸铁制造的零部件往往耐磨性较差，石墨相的存在使应力容易集中产生集屑瘤，铸铁表面的石墨相裸露在空气、润滑油等介质中，会产生碳化腐蚀，因此为了提升球墨铸铁表面的强韧性和耐磨性，表面的石墨相必须去除，但是在现有技术中，一旦对球墨铸铁进行相变硬化处理，进行改变其组织形态，使其变成细针状的马氏体，而不能改变石墨的形态。

球墨铸铁本身在使用过程中，随着环境侵蚀的加剧，其脆性会不断增大，韧性不断降低，尤其是在使用环境容易发生变化的工况条件下，球墨铸铁制件韧性的下降尤其明显，特别是冲击韧性的大幅降低。

发明内容

为了解决所述现有技术的不足，本发明提供了一种具有高韧性的球墨铸铁的制备方法。本发明所要达到的技术效果通过以下方案实现：

本发明中提供的一种高韧性的球墨铸铁的制备方法，包括如下步骤：

步骤一，设计球墨铸铁的化学成分及质量百分比为：C3.6-3.7%、Si1.6-1.9%、Mn0.55-0.60%、P≤0.02%、S≤0.02%、Cr≤0.02%、B0.015-0.023%、Mo0.3-0.5%、Cu0.7-0.9%、Mg0.02-0.03%、Ni1.0-1.15%、V0.03-0.045%，余量为铁以及不能避免的杂质；所述球墨铸铁的原材料主要采用生铁和废钢，其余的采用钼铁、紫铜、锰铁、钒铁；球化剂采用FeSiMg8Re7，加入量为原材料总质量的1.0-1.3%；

步骤二，将原材料利用中频感应炉熔炼，在1400-1450℃条件下将原材料熔炼成熔液；采用冲入法处理，将浇包烘干后，把球化剂放入浇包内，表面覆盖硅铁合金，当原材料熔液温度超过1400℃后立即冲入70-80%的熔液至浇包内，至球化反应完成后再冲入剩余的原材料熔液；

步骤三，待步骤二完成后，加入占原材料质量0.55-0.60%的孕育剂进行一次孕育，在1450-1480℃条件下出炉进行浇注，浇注温度为1380-1400℃，制成球墨铸铁制件；