[发明专利]一种低残余应力、高弹性模量球墨铸铁及其应用

说明书

本发明提供一种低残余应力、高弹性模量球墨铸铁，其特征在于：所述球墨铸铁的成分如下：C：3.3‑3.7％，Si：1.2‑1.6％，Mn：0.5‑0.9％，RE：0.05‑0.1％，P：0.3‑0.7％，S：0.03％以下，Mg：0.015‑0.045％，余量为Fe和不可避免的杂质，该球墨铸铁的制备方法包括铸造后的铸坯热处理步骤，具体是：将铸坯加热至温度T，保温t₁，然后炉冷至595‑635℃保温t₂，然后空冷至室温，其中：885+2.61×C+4.5×Si+20.7×P≤T≤936+2.61×C+4.5×Si+20.7×P；944×C×(P‑2.27RE²)≤t₁≤1272×C×(P‑2.27RE²)；627.3×(Mn+2.12RE)≤t₂≤952.6×(Mn+2.12RE)；以上式中C、Si、P、RE、Mn均为相应元素的质量百分含量，T的单位为℃，t₁、t₂的单位均为秒。

技术领域

本发明涉及球墨铸铁的技术领域，特别是提出了一种低残余应力、高弹性模量球墨铸铁及其应用，该球墨铸铁适用于高精度机床的导轨、床身等部件。

背景技术

机床被称为“工业之母”，是工业装备、零件制备的基础，是工业发展的核心。近年来，随着高端制造业大力发展，加工精度的要求也越来越高，这就对机床的加工水平提出了更高的要求。

机床的床身、导轨等部件通常使用珠光体型球墨铸铁制造，但是球墨铸铁在铸造过程中由于铁液流动性不好、补缩能力不理想等，导致铸件通常存在残余应力，在作为机床部件使用过程中，床身、导轨的残余应力的释放将使其发生形变，导致机床的加工精度受到负面影响。

为了解决珠光体型球墨铸铁残余应力的问题，科研工作者们提出了多种改进措施，主要包括：1、采用高的碳当量，即高硅，2、采用高的硅碳比，3、对铸件进行振动时效、热时效等处理，4、控制打箱温度等手段。然而，高碳当量、高硅碳比主要是为了保证铁水的流动性，使铸件在浇铸过程中可以充分充型，凝固过程中能够充分的补缩，从而确保浇铸后铸铁的残余应力较低，但带来的负面影响是Si含量较高，而Si是铁素体形成元素，不利于珠光体组织的获得，因此，需要额外添加Cu、Sn等等多种促进珠光体形成的元素来抵消Si的铁素体形成作用，导致成本过高；时效处理工艺复杂，通常要经过多段式的升温、保温，耗费时间长；控制打箱温度需要将铸型冷却至200℃以下再打箱，冷却工艺缓慢。并且，即使采用了上述工艺，其残余应力水平仍然较高。

综合以上问题，发明人提出一种成分简单、低残余应力、高弹性模量的珠光体型球墨铸铁。

发明内容

本发明提供一种成分简单、低残余应力、高弹性模量的珠光体型球墨铸铁，特别适用于作为高精度机床的床身、导轨等部件，在长期使用过程无残余应力释放导致的变形，在大负荷使用过程中不产生变形。

本发明的技术目的是通过以下手段实现的。

本发明的第一个方面在于提供一种低残余应力、高弹性模量球墨铸铁，所述球墨铸铁的成分如下：C：3.3-3.7％，Si：1.2-1.6％，Mn：0.5-0.9％，RE：0.05-0.1％，P：0.3-0.7％，S：0.03％以下，Mg：0.015-0.045％，余量为Fe和不可避免的杂质，该球墨铸铁的制备方法包括铸造后的铸坯热处理步骤，具体是：将铸坯加热至温度T，保温t₁，然后炉冷至595-635℃保温t₂，然后空冷至室温，其中：

885+2.61×C+4.5×Si+20.7×P≤T≤936+2.61×C+4.5×Si+20.7×P；

944×C×(P-2.27RE²)≤t₁≤1272×C×(P-2.27RE²)；