[发明专利]一种超厚大球墨铸铁及其制备方法

说明书

本发明属于金属铸造技术领域，具体涉及一种超厚大球墨铸铁及其制备方法。本发明中的超厚大球墨铸铁，包括以下重量百分比的组分：碳3.35～3.45％、硅2.40～2.80％、磷≤0.025％、锰≤0.15％、镁0.040～0.055％、稀土元素0.003～0.008％、硫≤0.018％、锑0.003～0.006％，余量为铁，制备方法包括加料熔炼、脱硫处理、球化出铁和浇注孕育。通过调节硅、碳等元素的含量设计化学成分，结合冲天炉‑电炉双联熔炼方式和合理的孕育方式，制备出具有良好力学性能的超厚大球墨铸铁，具有良好的力学性能，所得球墨铸铁铸件最厚壁厚1500mm处，抗拉强度≥320MPa，屈服强度≥255MPa，延伸率≥4％。

技术领域

本发明属于金属铸造技术领域，具体涉及一种超厚大球墨铸铁及其制备方法。

背景技术

近年来，随着大型压铸机球墨铁件的快速发展，人们除了对球墨铸铁件功能的要求日益增强以外，还增加了低成本、节能减排、珍惜资源等多方面的要求，一些小型的压铸机已满足不了生产要求。从前期原辅材料的准备、加料及铁水熔化过程再到球化处理、浇注、孕育整体过程，任何环节对铸铁的性能都至关重要。

对于球墨铸铁来说，其凝固方式不同于铸钢的顺序凝固，凝固过程中有石墨的析出，遵循糊状凝固的凝固方式，外部先凝固，其芯部最后凝固，铸件壁厚越厚，其冷却速度越慢，凝固时间就越长，石墨生长时间就越充分，一些合金化学成分在铸件热节芯部聚集，壁厚内外分布不均匀，这样就会造成铸件芯部的基体组织较差及较差石墨形态，形成碎块状石墨或水草状石墨，严重降低了芯部的力学性能。

为避免大型球墨铸铁件的石墨形态出现碎块状、钉状等异形石墨，往往采用稀土含量高的重稀土球化剂来进行球化处理，避免铁水出现球化衰退。在实际生产的技术要求中，除了铸件附铸试块的性能要求，还需要检测本体的力学性能，大大增加了大型超厚大球墨铸铁件的生产难度。如果仍采用重稀土球化剂进行球化处理，球化处理后铁液中镁、稀土残留量会比较高，石墨形态恶化较为严重，铸件芯部极易产生碎块石墨，降低了球墨铸铁件的力学性能。所以要控制稀土的残留量，来保证石墨的圆整度，从而提高球墨铸铁件的机械性能。

发明内容

本发明的目的在于针对上述技术问题，提供一种超厚大球墨铸铁，应用于大型球墨铸铁件时，具有良好的力学性能。

本发明技术方案中的超厚大球墨铸铁，包括以下重量百分比的组分：碳3.35～3.45％、硅2.40～2.80％、磷≤0.025％、锰≤0.15％、镁0.040～0.055％、稀土元素0.003～0.008％、硫≤0.018％、锑0.003～0.006％，余量为铁。

在保证不出现石墨漂浮的情况下尽可能增加碳含量，以提高球墨铸铁的石墨球数，减少芯部的显微缩松缺陷；硅元素可以促进石墨化，提高球墨铸铁的抗拉强度、屈服强度和伸长率，同时提升其韧脆转变温度和共析转变温度，硅含量过高也极易在铸件芯部形成碎块状石墨，表面形成开花状石墨，影响铸铁性能；磷元素可以提高铁水的流动性，含量过高时则会在晶界形成磷共晶，显著降低材料的延伸率；锰元素可以促进珠光体的产生，提高球墨铸铁的抗拉强度，同时作为易发生正偏析的合金元素，芯部晶界处产生的珠光体，会显著降低球墨铸铁芯部组织的延伸率，尽可能的降低Mn的含量，避免晶界产生珠光体；镁元素可以稳定碳化物，促进形成球状石墨，保证球化效果；稀土元素有脱氧脱硫等作用，可以中和铁液中的反球化元素，但含量过高时会恶化石墨形态，降低球墨铸铁的力学性能；硫元素含量过高，会给球化性能及晶核形态带来不良的影响；锑元素可以提高石墨圆整度，消除稀土元素对石墨恶化的影响。

本发明的另一个目的还在于提供上述超厚大球墨铸铁的制备方法，包括加料熔炼、脱硫处理、球化出铁和浇注孕育。

熔炼采用冲天炉-电炉双联熔炼方式，冲天炉熔化铁液进行的是氧化还原反应，铁水进一步过热，消除部分杂质，有利于铁水形核，提高球墨铸铁的力学性能。硫含量控制是个关键过程，脱硫时采用氮气搅拌对铁液进行净化，并配合冲天炉的高温烧损作用，进一步降低铁液中的气体和杂质含量。