[发明专利]一种高疲劳性能的高硅铁素体球墨铸铁材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高疲劳性能的高硅铁素体球墨铸铁件及其制备方法，通过在熔炼过程中添加适量的合金Sb，抑制了碎块状石墨的产生，改善了心部球化状况，增加石墨球颗数，从而提高铸态性能；合金Ni的加入，改善了金属的韧性，并细化晶粒；通过控制随流孕育剂的加入量为0.2‑0.3%，可提高石墨球数量，从而提高铸件的力学性能和疲劳性能；在微量元素的种类及含量得到控制的前提下，通过变量控制实验，创造性的发现了，当C、Si、Ni的含量处于控制范围（C：3.4～3.6wt%；Si：3.5～3.9wt%；Ni：0.3‑0.8%）内时，铸件能够实现在±287.5MPa应力条件下，疲劳循环次数超过60万次的优良抗疲劳性能，所述疲劳循环次数最高甚至可达89.4万次。

技术领域

本发明涉及金属铸造领域，具体涉及一种高疲劳性能的高硅铁素体球墨铸铁材料及其制备方法。

背景技术

近年来，随着风电行业的快速发展，风电球墨铸铁配件需求快速增加，风电用的球墨铸铁得到快速发展，球墨铸铁由于低成本及高强韧性，得到国内外广泛的应用。但是与普通球墨铸铁相比，风电行业对铸件的质量和性能要求更高，这是由于风电铸件的断面较大，壁厚不均匀且结构复杂，风电机组工作环境恶劣，维修困难，因此对风电铸件的质量和使用性能要求较高。为满足国内外风电产业的持续发展及风力发电装备的要求，研究性能优良又适用于风电铸件的新材料具有实际生产意义，也是十分必要的。

疲劳作为工程词汇用以表达材料在循环载荷作用下的损伤和破坏。日内瓦国际标准化组织将金属疲劳描述为“金属材料在应力或应变的反复作用下所发生的性能变化叫做疲劳”,由于工程中绝大多数机械在动载荷作用下工作，因此疲劳破坏问题普遍存在于各种机械之中。它的危险性表现在,引起疲劳失效的循环载荷峰值往往远小于根据静态断裂分析估算出来的安全载荷,并且在达到疲劳寿命时无明显征兆,结构会突然断裂失效。据统计在设备的断裂事故中,约80％属于疲劳断裂,机械结构失效的突然性给工程应用带来很大的威胁,疲劳问题研究至今仍是机械强度研究的重点内容之一。近年来,随着机械设备向高速大型化发展,机械零构件的服役条件也越来越恶劣,使得重大疲劳失效事故层出不穷。

国内外利用新型高硅铁素体球墨铸铁生产风电配件企业很少，并且都处于保密状态。同时，将疲劳性能应用在风电配件上更是少之又少。新材料的熔炼工艺、铸造工艺没有经验可借鉴，其生产技术难度较大。面对国内外形势及企业现状，企业自主研发新材料用于生产风电配件具有实际意义和一定的经济价值。

目前，国家标准《GB/T1348-2009球墨铸铁件》中，以附铸试块检测性能的高硅铁素体球墨铸铁有QT500-10；欧美标准《DIN EN 1563-2012铸造球墨铸铁》中，以附铸试块检测性能的有EN-GJS-500-14和EN-GJS-600-10。具体性能指标见下表

目前，对于球墨铸铁件的主要评价标准主要包括抗拉强度、屈服强度、伸长率、有缺口冲击值、无缺口冲击值等力学参数及石墨球形态、尺寸、数量；铁素体/奥氏体/贝氏体含量等组织参数；而对于球墨铸铁件的抗疲劳性能并无相关应用和标准，针对球墨铸铁件抗疲劳性能而展开的研究也鲜见报道。

发明内容

为解决现有技术中的上述问题，本发明提供一种高疲劳性能的高硅铁素体球墨铸铁材料及其制备方法。

为评价球墨铸铁件的抗疲劳性能，本发明结合工件的实际应用场景，选择±287.5MPa高应力条件下，球墨铸铁件的疲劳循环次数作为评价参照。

具体的，本发明提供一种高疲劳性能的高硅铁素体球墨铸铁件，所述高硅铁素体球墨铸铁件的基体组织为95％以上的铁素体，其具有大于60mm的壁厚，且满足：抗拉强度Rm≥450MPa，屈服强度Rp0.2≥350MPa，伸长率A≥10％；±287.5MPa的高应力条件下的疲劳循环次数≥60万次。