[发明专利]一种低残余应力、高弹性模量球墨铸铁的制备方法、球墨铸铁及应用

说明书

本发明一种低残余应力、高弹性模量球墨铸铁的制备方法，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，然后以不高于60℃/h的冷却速度炉冷至595‑635℃保温t₂，然后以100℃/h‑200℃/h的冷却速度空冷至室温，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的制备方法以及经由该方法制备得到的球墨铸铁及其应用，该方法制备得到的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。

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得制备方法。

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的制备方法，其制备得到的球墨铸铁特别适用于作为高精度机床的床身、导轨等部件，该球墨铸铁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的制备方法，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，然后以不高于60℃/h的冷却速度炉冷至595-635℃保温t₂，然后以100℃/h-200℃/h的冷却速度空冷至室温，其中：

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