[发明专利]一种铸态砂型铸造含铌高强高韧球墨铸铁材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种铸态砂型铸造含铌高强高韧球墨铸铁材料及其制备方法，该球墨铸铁材料按重量百分比计由如下成分组成：C：3.7％‑3.9％、Si：2.0％～2.5％、Mn：0.2％～0.4％、Nb：0.06％～0.2％、Cu：0.3％～0.6％、Ni：0.3％～0.5％、P≤0.05％、S≤0.02％，余量为Fe。本发明通过铌微合金化并调整合金的配比，使球化等级达到2～3级，石墨大小5～6级，珠光体含量控制在70～80％之间，球墨铸铁的常温抗拉强度达到700MPa以上，同时其延伸率达到10％以上，具备高强度和高韧性。

技术领域

本发明涉及球墨铸铁及其制备工艺，具体地指一种铸态砂型铸造含铌高强高韧球墨铸铁材料及其制备方法。

背景技术

球墨铸铁铸件因其强度高、成本相对低廉、铸造工艺性好，既能承受较大的应力，也能适应各种产品结构、形状的要求，因此在汽车上得到普遍应用，尤其是汽车悬架铸件。近年来，商用车朝着重载、低能耗、低排放的方向发展，用户对车辆的经济要求日趋严格，轻量化的需求不断增加，汽车悬架铸件被设计得更轻，承受的结构应力更大，这不仅要求零件具有较高的强度，同时也要具有较好的延伸率。传统的球墨铸铁如QT450-10、QT600-3、QT700-2等牌号，延伸率高则强度偏低，强度高则延伸率下降，因此传统球墨铸铁材料的抗拉强度和延伸率无法同时满足零件设计要求；铸钢件性能优越，但和铸铁件相比，铸钢件重量重且生产成本高，这类材料越来越无法满足产品轻量化和降成本的迫切需求。在这种背景下，开发一种兼具高强度和高韧性的球墨铸铁材料是大势所趋。

目前一些高强高韧球墨铸铁材料，其力学性能大多是经过热处理获得的，例如QTD1050-10等奥贝球铁材料是通过等温淬火热处理得到的，这种手段不仅工艺复杂而且增加生产成本。中国专利文献CN 104775065 A公布了一种高强韧耐磨球铁摇臂及其制备方法，所提供的铁水化学组成及其质量分数为：C：3.45-3.70％，Si：1.30％-1.45％，Mn≤0.20％，Cu：0.15％-0.25％，Nb：0.03％-0.06％，S＜0.04％，P＜0.04％。通过球化、孕育和微合金化处理工艺得到铸件，其中球化剂加入量为1.0-1.2％，球化剂粒度为32mm-45mm，由稀土镁硅铁合金和铜镁合金组成，复合孕育剂的加入量为1.6-1.8％，孕育剂的粒度为20mm-30mm，由硅铁合金和硅钙钡锶铁合金组成，浇注包底部预先加入1.8-2.0％的多元合金变质剂，粒度为12mm-18mm。浇注开箱后，对摇臂进行清砂和打磨后，随炉加热至900-920℃，保温2-3小时后，炉冷至温度为800℃，出炉空冷至温度低于300℃后重新加热至550-620℃回火，保温2-6小时后空冷至室温，得到高强韧耐磨球铁摇臂。然而，该方法采用铸造后进行热处理的方案，增加了工序，提高生产成本。

中国专利文献CN 108004460 A公布了一种高强度高韧性铸态QT800-5球墨铸铁及其生产方法，其化学成分质量百分比为：C：3.4％-3.9％，Si：2.30-3.0％，Mn＜0.30％，P＜0.04％，S≤0.02％，Cu：0.50-1.20％，Ni：0.50-1.50％，Mo＜0.30％，Sn＜0.03％，Sb＜0.02％，Bi＜0.01％。通过熔炼，球化，包内孕育，随流孕育，浇注。然而，该球墨铸铁中Cu、Ni、Mo等贵重合金添加量较高，导致成本高，此外QT800-5延伸率低，拉压疲劳性能散差大，用在悬架铸件上，失效风险较高。