[发明专利]一种球墨铸铁的制备方法

说明书

本发明涉及一种球墨铸铁的制备方法，包括熔炼、球化、孕育、浇注步骤，并且孕育过程中使用含Bi孕育剂；浇注得到的球墨铸铁的化学成分按重量百分比计为:碳:3.45‑3.70％，硅:3.6‑4.3％，锰:0.31‑0.58％，硫:0.05％以下，磷:0.05％以下，铋:0.0012‑0.005％，余量为Fe以及不可避免的杂质元素，并且硅含量[Si]与铋含量[Bi]满足750≤[Si]:[Bi]≤3000，制备得到的球墨铸铁具有优异的强度、韧性、延伸率，并且硬度适中，球化级别为1‑3级，石墨大小等级为6‑7级，基体组织为铁素体和珠光体。

技术领域

本发明涉及一种球墨铸铁的制备方法，该方法适用于高硅固溶强化型球墨铸铁，其制备得到的球墨铸铁兼顾了强度、韧性、延伸率和硬度，可以应用于车辆桥壳、差速器壳体、减速器壳体、转向节、行星架等产品。

背景技术

随着全社会对于节能减排的要求越来越高，车辆的轻量化已经成为一个很重要的发展趋势，这就要求车辆零部件用材料必须具有较高的力学性能，才能确保零件的轻薄化。

目前车辆的桥壳、差速器壳体等材料多选用QT450-10和QT500-7等球墨铸铁材料。但是这些材料难以兼顾强度、延伸率和韧性，如QT450-10延伸可以满足要求但强度不符合要求，QT500-7材料强度满足要求但延伸相差较远，通常使用这两种材料会使零件尺寸较大，重量较高，不利于整车轻量化要求，并且二者的韧性也较低，无法满足轻量化、重载荷、大功率工况使用。添加合金化元素如Cu、Ni、Mo虽然可以提高材料的强度，但是也无法兼顾各项力学性能之间的平衡，且合金化元素通常较为昂贵。因此要求开发一种高强度、高延伸率、高韧性、硬度理想且成本低的球墨铸铁材料的制备方法，以满足零件的轻量化高性能要求。

发明内容

本发明提供一种兼顾了强度、韧性、延伸率、硬度且成本较低的球墨铸铁的制备方法，该方法制备得到的材料可以应用于车辆桥壳、差速器壳体、减速器壳体、转向节、行星架等产品，无需添加贵重的元素Ni、Cu、Mo等，即可实现材料的高性能和零部件的轻量化。

本发明的技术目的是通过以下手段实现的。

一种球墨铸铁的制备方法，其特征在于，所述球墨铸铁的制备方法包括熔炼、球化、孕育、浇注步骤，并且孕育过程中使用含Bi的孕育剂；浇注得到的球墨铸铁的化学成分按重量百分比计为:碳:3.45-3.70％，硅:3.6-4.3％，锰:0.31-0.58％，硫:0.05％以下，磷:0.05％以下，铋:0.0012-0.005％，余量为Fe以及不可避免的杂质元素，并且硅含量[Si]与铋含量[Bi]满足750≤[Si]:[Bi]≤3000。

本发明的技术目的主要是依靠对制备过程中孕育剂的选择以及对球墨铸铁的成分及含量的调整实现的。

使用Si进行固溶强化，Si可以提高球墨铸铁的强度和硬度，但是强度的提高往往会带来延伸率的损失，而Mn也是强化和提高硬度的元素，Mn与Si的作用类似，但Mn容易生成碳化物，恶化延伸率和韧性，因此，控制Si:3.6-4.3％、Mn:0.31-0.58％，即采用高硅低锰的设计，这样强度、硬度的性能能够得到基本保证，并且合金化元素比较低廉。作为优选，Si为3.7-4.2％，Si更优选3.75-4.1％；Mn优选为0.35-0.55％，Mn更优选为0.40-0.50％。

但是在Si含量较高时，会导致球墨铸铁石墨碎块化，严重影响球墨铸铁的性能，现有技术认为通过采用含Bi的孕育剂，可以克服石墨碎块化的问题。本发明的发明人在生产过程中发现，在采用含Bi孕育剂的基础上，通过将Si和Bi的含量控制在一定的比例范围内，可以在防止石墨碎块化的同时获得高的韧性和延伸率。

基于以上认识，发明人完成了本发明。通过控制球墨铸铁的碳:3.45-3.70％，硅:3.6-4.3％，锰:0.31-0.58％来保证材料的强度和硬度，孕育过程中加入0.0012-0.005％的Bi可以防止石墨的碎块化，而通过限制特定的[Si]和[Bi]比例在750-3000，可以获得优异的延伸率和韧性的匹配。