[发明专利]一种高强韧耐磨球墨铸铁及其制备工艺和应用

说明书

本发明公开了一种高强韧耐磨球墨铸铁及其制备工艺和应用，在制备过程中合理控制了C、Si、Mn、P、S等各成分的含量，并在合适的时机加入适量的接种剂和球化剂，将终Si含量控制为2.7~2.9%，使石墨形态为A型，尺寸为7~8级，并均匀分布且球化率达到90%以上，基地组织更加致密，优化了铸件的抗拉强度达到700MPa以上，使其更好地适用于高性能曲轴。

技术领域

本发明涉及一种石墨铸铁，具体涉及一种高强韧耐磨球墨铸铁及其制备工艺和应用；属于石墨铸铁技术领域。

背景技术

随着人们对汽车使用性能的要求不断提高，汽车动力也不断增强，曲轴的旋转是发动机的动力源。曲轴作为承接连杆的上下(往复)运动变成循环(旋转)运动的重要部件，现有技术中的曲轴材料是由碳素结构钢或球墨铸铁制成的，有两个重要部位:主轴颈和连杆颈，主轴颈被安装在缸体上，连杆颈与连杆大头孔连接，连杆小头孔与汽缸活塞连接，是一个典型的曲柄滑块机构。随着汽车动力的增强，曲轴也需要承受更大的交变载荷，因而对曲轴材料的强韧性和可靠性也提出了更高的要求。

根据铸铁中石墨的形态，可将灰铸铁分为：普通灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁以及蠕墨铸铁。球墨铸铁是20世纪五十年代发展起来的一种高强度铸铁材料，其综合性能接近于钢，正是基于其优异的性能，已成功地用于铸造一些受力复杂，强度、韧性、耐磨性要求较高的零件。球墨铸铁已迅速发展为应用十分广泛的铸铁材料，所谓以铁代钢，主要指球墨铸铁。

球墨铸铁是通过球化和孕育处理得到球状石墨，有效地提高了铸铁的机械性能，特别是提高了塑性和韧性，从而得到比碳钢还高的强度。其中的石墨形态和石墨球的尺寸等级对于材料的力学性能有至关重要的影响，因此，有必要对球墨铸铁的基地组织进行优化以期获得性能更佳的材料。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种高强韧耐磨球墨铸铁，另一目的在于提供该高强韧耐磨球墨铸铁的制备工艺，再一目的在于提供该高强韧耐磨球墨铸铁的应用。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种高强韧耐磨球墨铸铁的制备工艺，包括如下步骤：

S1、熔料：将球铁返材、废钢加入变频炉内，升温熔炼使变频炉内的物料熔化成铁水，用碳硅仪检测其中的成分含量，再用分光光谱仪检测其他成分的含量，分析结束后断电进行第一次除渣作业，并根据目标值加入SiC和其他合金配料调整成分含量，直至碳硅仪和分光光谱仪检测出铁水成分含量达到目标值；

S2、出汤：将铁水包转移至炉前进行出汤作业，控制出汤温度，包内加入接种剂，及加入球化剂进行球化处理，造型后浇注前砂型型内放入孕育块，最终Si含量为2.7～2.9％，浇铸得到高强韧耐磨球墨铸铁铸件，石墨等级为7～8级。

优选地，前述的合金配料可根据实际需求灵活选择，包括：Mn、P、S、Cu、Cr、Sn、Sb及Mg中的一种或多种。

更优选地，在前述步骤S1中，铁水成分含量的目标值为：，以质量百分比计，C 3.3～3.5％，Si 1.6～1.8％，Mn 0.3～0.5％，P0.1％，S0.05％，Cu 0.4～0.7％，Cr0.1％，Sn：0.03-0.06％、Sb：0.003-0.006％，Mg0.03～0.05％，余量为Fe和伴随杂质。

C(碳)是成为石墨组织的元素，其含量对于材料的基地组织及石墨形态有重要影响，C含量过高，石墨形态粗大，会降低材料的强度。因此，本发明中，C的含量为3.3～3.5％。

Si是促进石墨结晶的元素，如果Si含量不够，则不利于高强韧耐磨球墨铸铁的形态稳定，如果Si含量太多，则石墨形状变大，基地组织中的铁素体含量会增加，不利于高强韧耐磨球墨铸铁机械性能的提升，因此，原汤Si含量为1.6％～1.8％。

Mn的作用在于稳定珠光体的结构，较佳范围为0.3％～0.5％，避免发生激冷趋势，有效提升硬度和耐磨性。