一種高強(qiáng)度球墨鑄鐵及其生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于球墨鑄鐵鑄造領(lǐng)域，具體涉及一種高強(qiáng)度球墨鑄鐵及其生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著汽車、拖拉機(jī)、工程機(jī)械等裝備發(fā)動(dòng)機(jī)功率的增大，對(duì)相關(guān)承載零部件如曲軸、后橋等的性能要求也不斷提尚，曲軸、后橋等零部件材質(zhì)有鍛鋼和球墨鑄鐵，鍛鋼因?yàn)橹谱鞴に噺?fù)雜和成本高，目前球墨鑄鐵逐漸替代鍛鋼在曲軸等上得到廣泛應(yīng)用，在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO球墨鑄鐵和中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GB球墨鑄鐵件，球墨鑄鐵牌號(hào)有QT400-18、QT450-10、QT500-7、QT600-3、QT700-2、QT800-2、QT900-2等，可以看出隨著強(qiáng)度提高，伸長(zhǎng)率逐漸降低，塑性、韌性和疲勞強(qiáng)度逐漸降低，因此使用標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)已不能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)功率提高對(duì)零部件材質(zhì)性能的要求，近年來(lái)可以看到很多高強(qiáng)度高韌性非標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)的球墨鑄鐵如QT600-10、QT700-3/7、QT740-3、QT800-5/6、QT850-3/5、QT900-4/5 的應(yīng)用報(bào)道，這些牌號(hào)除 QT600-10夕卜，均要求有很高的珠光體含量。對(duì)于高強(qiáng)度牌號(hào)(如QT700-2?7與QT740-3)，除了要求石墨球化率高、球徑小外，通常珠光體含量在70%以上，對(duì)于更高強(qiáng)度牌號(hào)(如QT800-2?6、QT850-3/5、QT900-2?5等)，技術(shù)條件中要求珠光體量在80%以上甚至95%以上。提高珠光體含量以提高強(qiáng)度的方法通常有正火熱處理和合金化兩種方法。正火熱處理由于增加熱處理工序，生產(chǎn)流程復(fù)雜、生產(chǎn)成本高、鑄件容易變形等原因，除非萬(wàn)不得已的情況下，正火熱處理一般不被企業(yè)所采納。采用合金化方法增加珠光體含量，常用的合金元素除錳以外有銅、鉻、鉬、錫、鉍、銻等，通常是這些元素中的兩種或兩種以上配合使用(除錳以外)。例如，中國(guó)專利CN201310645883.7“高強(qiáng)度高彈性模量低應(yīng)力鑄態(tài)球墨鑄鐵及其制造方法”，采用的化學(xué)成分為 3.7 ?3.9% C，2.0 ?2.2%Si，4.50 ?4.65% CE，0.5 ?0.6%Mn，彡 0.03%P，彡 0.02%S，0.03 ?0.06% Mg，0.01 ?0.02% RE，0.5 ?0.7%Cu，0.05 ?0.06%Sn，即 Cu -Sn合金化、釔基重稀土鎂球化包芯線喂絲球化處理和高鈣鋇孕育劑孕育處理得到珠光體含量彡95%的QT700-3牌號(hào)球墨鑄鐵，用于機(jī)床鑄件。中國(guó)專利CN103805832A “高強(qiáng)度與高韌性的球墨鑄鐵及由其制造的汽車用配件”，采用Cu-Sn- Bi合金化(0.4?0.8%Cu，0.001?0.03%Sn，0.001?0.03%Bi)生產(chǎn)QT700-7牌號(hào)的汽車配件用鑄態(tài)球墨鑄鐵。中國(guó)期刊《武漢汽車工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)》2000年第5期論文“鑄態(tài)珠光體球鐵顯微組織與疲勞性能的關(guān)系”，采用的化學(xué)成分為3.6?4.0% C，1.8?2.2%Si，0.3?0.5%Mn，0.8?1.0%Cu，
0.004?0.005%Sn，即Cu - Sn合金化，生產(chǎn)出珠光體含量為95%的鑄態(tài)高強(qiáng)韌性QT740-3富康轎車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸。中國(guó)期刊《現(xiàn)代鑄鐵》2003年第2期論文“鑄態(tài)QT800-2球鐵曲軸的試制”，采用的化學(xué)成分為 3.6 ?3.8% C，2.0 ?2.4%Si，0.25 ?0.35%Mn，0.3 ?0.4%Cu，
0.18?0.22%Mo，O?0.031%Sb即Cu - Mo-Sb合金化，采用中頻電爐熔煉鐵水、鐵型覆砂造型工藝，選用高純QlO生鐵、C-6S珠光體型球化劑沖入法球化處理、BS-1型高效孕育劑包內(nèi)孕育加隨流孕育等措施，生產(chǎn)出珠光體含量高于80%的QT800-2鑄態(tài)高強(qiáng)度4JB1發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸。中國(guó)專利CN101343711A “球墨鑄鐵行星架的生產(chǎn)方法”，采用的化學(xué)成分為3.6?3.9% C，1.8 ?2.3%Si，4.38 ?4.56%CE, 0.25 ?0.60%Mn，彡 0.05%P，彡 0.03%S，0.03 ?0.04% Mg，0.02 ?0.03% RE，0.4 ?0.6%Cu，O ?0.06%Sn,彡 0.015Sb，即 Cu-Sn- Sb 合金化、包內(nèi)沖入法球化處理(球化劑加入量1.3?1.5%)、2?4次孕育、控制鑄件冷卻方式等措施，生產(chǎn)出珠光體含量大于80%的鑄態(tài)高強(qiáng)韌性球墨鑄鐵行星架鑄件QT800-3 (實(shí)施例，0.5%Cu、0.053%Sn、( 0.015Sb時(shí)，抗拉強(qiáng)度815MPa，伸長(zhǎng)率3.3%，275HB)。中國(guó)期刊《現(xiàn)代鑄鐵》2005年第5期論文“鑄態(tài)QT850-3球墨鑄鐵曲軸的生產(chǎn)”，采用的化學(xué)成分為3.7?3.85% C，2.2 ?2.6%Si，0.40 ?0.60%Mn,彡 0.05%P,彡 0.02%S, 0.03 ?0.04% Mg，0.02 ?0.03% RE，0.3?0.5%Cu，0.015?0.020%Sb,即Cu - Sb合金化、采用電爐熔化鐵水、鐵型覆砂工藝、包內(nèi)沖入法球化處理、一次沖入隨流孕育加二次瞬時(shí)孕育等措施，生產(chǎn)出珠光體含量大于80%的鑄態(tài)高強(qiáng)韌性QT850-3柴油機(jī)曲軸。中國(guó)專利CN103602880A“一種高強(qiáng)韌性QT850-5曲軸的鑄態(tài)生產(chǎn)方法”，采用的化學(xué)成分為3.7?3.8% C，2.1?2.3%Si，0.35?0.45%Mn，0.025-0.40%P，0.005-0.015%S，0.038 ?0.055% Mg，0.015 ?0.025% RE，0.6 ?0.7%Cu，0.014?0.022%Sn，即Cu - Sn合金化、采用電爐熔化鐵水、鐵型覆砂工藝、蓋包球化處理、高鋇孕育劑包內(nèi)孕育加隨流孕育等措施，生產(chǎn)鑄態(tài)高強(qiáng)韌性QT850-5柴油機(jī)曲軸。中國(guó)期刊《現(xiàn)代鑄鐵》1996年第2期論文“用Cu-Sb合金化生產(chǎn)鑄態(tài)QT900-2球墨鑄鐵曲軸”，采用的化學(xué)成分為 3.6 ?3.8% C，2.0 ?2.4%Si，0.3 ?0.5%Mn，( 0.050%P，( 0.020%S，
0.030 ?0.040% Mg，0.020 ?0.030% RE，0.2 ?0.4%Cu，0.02 ?0.03%Sb，即 Cu - Sb 合金化、采用電爐熔化鐵水、鐵型覆砂工藝，生產(chǎn)鑄態(tài)高強(qiáng)韌性QT900-2發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸。中國(guó)專利CN1350069 “高強(qiáng)度合金球墨鑄鐵曲軸及其生產(chǎn)方法”，采用的化學(xué)成分為3.6?3.8% C，
1.9 ?2.3%Si，0.3 ?0.5%Mn，< 0.05%P, < 0.035%S, 0.03 ?0.05% Mg，0.02 ?0.035% RE，
0.4?0.6%Cu，0.1?0.2% Mo，即Cu - Mo合金化，采用沖天爐熔煉鐵液，多次孕育，生產(chǎn)出QT900-4曲軸?？梢钥闯?，生產(chǎn)700MPa以上高強(qiáng)度球墨鑄鐵，有效的合金化方式是銅與錫、鉬、鉍、銻等配合使用，如Cu - SnXu - Sn - SbXu - Sn-BiXu-MoXu - Sb。由于鉬價(jià)格昂貴，使用成本高，一般工廠難以承受；鉻應(yīng)用也較少。有資料認(rèn)為其促進(jìn)珠光體形成能力約為錫的10倍，銅的20倍甚至100倍，因此采用銻微量合金化可有效提高球墨鑄鐵的珠光體含量，顯著降低原材料成本。但是，球鐵中銻的適宜加入量看法不統(tǒng)一，認(rèn)為銻含量較高時(shí)，球墨鑄鐵件薄壁處組織中易出現(xiàn)滲碳體，降低球墨鑄鐵的塑性和韌性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]綜上所述，為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
一種高強(qiáng)度球墨鑄鐵，其組分質(zhì)量百分比為:C 3.60-3.90%，Si 2.2-2.7%，Mn
0.40-0.55%，P 彡 0.06%，S 彡 0.03%，Mg 0.030-0.060%，RE 0.020-0.040%，Cu 0.5-0.7%，Sb 0.012-0.016%，余量為Fe及不可避免的少量雜質(zhì)。
[0004]一種尚強(qiáng)初球墨鑄鐵的制備方法，包括如下步驟:
a、