专利名称：高强度球墨铸铁及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种高强度球墨铸铁及其制造方法，涉及金属冶炼领域，主要用于制造汽车曲轴等高强度零部件。
背景技术：
球墨铸铁具有重量轻，铸造性能好，可设计性强以及成本低等优点，使得当前在中轻型发动机中普遍采用铸态珠光体球铁，铸态球铁在曲轴上的应用节约了能源，降低了成本。而合理化学成分和工艺条件是保证铸态球墨铸铁组织和性能的重要条件。目前，国内生产曲轴通常用粘土砂型铸造，其形状及尺寸精度较低，内在质量差， 很难满足象捷达轿车这样的对发动机要求很高的车型。同时，国内外对壳型填铁丸工艺条件下球墨铸铁曲轴的凝固过程，组织和性能，各种缺陷的形成和变化规律，特别是与该工艺相匹配的曲轴球铁材质的成分尚不清楚，尚无足够的理论和实验结果来指导生产。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种高强度球墨铸铁及其制造方法，采用如下技术方案一种高强度球墨铸铁，合金化学成分分别为(按重量百分比)C :3. 5 3.7%、 Si :2. 0 2. 3 %、P 彡 0. 07 %、S 彡 0. 02 %，Mn 的含量为 0. 4 % -0. 8 %，Cu 的含量为 0.3% -0.9% ；剩余部分由!^e和不可避免的杂质组成。所述的高强度球墨铸铁，所述的Mn含量按重量百分比为0. 4%, Cu含量按重量百分比为0.6%。所述的高强度球墨铸铁的制造方法，包括以下步骤(1)合金的配制选取的合金化学成分按重量百分比分别为C 3. 5 3. 7 %、Si 2. 0 2. 3 %、P彡0. 07 %、S彡0. 02 %， Mn的含量为0. 4%，而Cu为0. 3% ；并且剩余部分由Fe和不可避免的杂质组成；(2)合金熔炼，实验合金在12Kg碱性中频感应电炉中熔炼，先将生铁和废钢在炉中化清，然后加入合金，调整合金成分，待铁合金化清后，扒掉铁液表面炉渣，最后出炉浇注，合金采用壳型浇注，壳型采用PEPSET自硬树脂砂制成，内径Φ30Χ300πιπι，厚度为10mm，然后将壳型放于油漆桶中，外部填上铁丸，微震加固。所述的制造方法，在浇注时加入1. 4%的稀土镁合金作为球化剂，0. 5 %的普通硅铁作为孕育剂；将球化剂和孕育剂一起加在浇包底部，并在其上覆盖一层珍珠岩。在节约能源，降低成本的同时获得满足曲轴的组织和性能要求的前提下，通过在壳型填铁丸工艺条件下，向合适成分下的球墨铸铁中加入适量的Mn，Cu，通过Mn，Cu对球铁微观组织的改变来提高机械性能。通过壳型填铁丸铸造工艺，克服了传统轴类零件铸造方法生产的不足，从而提供了一种新型的曲轴球铁材料和制造工艺方法。
图IMn含量为0. 4%，Cu含量为0. 3%的石墨组织；图2Mn含量为0. 8 %，Cu含量为0.9%的基体组织；图3Mn、Cu含量及铸造工艺对材料硬度的影响；图4Mn、Cu含量及铸造工艺对材料抗拉强度的影响；图5Mn、Cu含量及铸造工艺对材料延伸率的影响；
具体实施例方式以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。实施例1 (1)合金的配制一种新型高强度球墨铸铁，选取的合金化学成分分别为(按重量百分比)C: 3. 5 3. 7%,Si :2. 0 2. 3%,P^O. 07%,S^O. 02%，]^的含量为0. 4%，而 Cu 为 0. 3%; 并且剩余部分由狗和不可避免的杂质组成。如图1所示，为Mn含量为0.4%，Cu含量为 0.3%的石墨组织。⑵合金熔炼实验合金在12Kg碱性中频感应电炉中熔炼，先将生铁和废钢在炉中化清，然后加入合金，调整合金成分，待铁合金化清后，扒掉铁液表面炉渣，最后出炉浇注，合金采用壳型浇注，壳型采用PEPSET自硬树脂砂制成，内径Φ30Χ300πιπι，厚度为10mm，然后将壳型放于油漆桶中，外部填上铁丸，微震加固。浇注时加入1. 4%的稀土镁合金作为球化剂，0. 5%的普通硅铁作为孕育剂。将球化剂和孕育剂一起加在浇包底部，并在其上覆盖一层珍珠岩，以保证球化剂和孕育剂的充分吸收。实施例2 (1)合金的配制一种新型高强度球墨铸铁，选取的合金化学成分分别为(按重量百分比)C: 3. 5 3. 7%,Si :2. 0 2. 3%,P^O. 07%,S^O. 02%，]^的含量为0. 8%，而 Cu 为 0. 9%; 并且剩余部分由Fe和不可避免的杂质组成。如图2所示，Mn含量为0. 8 %，Cu含量为0. 9 % 的基体组织。(2)合金熔炼实验合金在12Kg碱性中频感应电炉中熔炼，先将生铁和废钢在炉中化清，然后加入合金，调整合金成分，待铁合金化清后，扒掉铁液表面炉渣，最后出炉浇注，合金采用壳型浇注，壳型采用PEPSET自硬树脂砂制成，内径Φ30Χ300πιπι，厚度为10mm，然后将壳型放于油漆桶中，外部填上铁丸，微震加固。浇注时加入1. 4%的稀土镁合金作为球化剂，0. 5%的普通硅铁作为孕育剂。将球化剂和孕育剂一起加在浇包底部，并在其上覆盖一层珍珠岩，以保证球化剂和孕育剂的充分吸收。实施例3 (1)合金的配制一种新型高强度球墨铸铁，选取的合金化学成分分别为(按重量百分比)C:3. 5 3. 7%,Si :2. 0 2. 3%,P^O. 07%,S^O. 02%，]^的含量为0. 4%，而 Cu 为 0. 6%; 并且剩余部分由Fe和不可避免的杂质组成。(2)合金熔炼实验合金在12Kg碱性中频感应电炉中熔炼，先将生铁和废钢在炉中化清，然后加入合金，调整合金成分，待铁合金化清后，扒掉铁液表面炉渣，最后出炉浇注，合金采用壳型浇注，壳型采用PEPSET自硬树脂砂制成，内径Φ30Χ300πιπι，厚度为10mm，然后将壳型放于油漆桶中，外部填上铁丸，微震加固。浇注时加入1. 4%的稀土镁合金作为球化剂，0. 5%的普通硅铁作为孕育剂。将球化剂和孕育剂一起加在浇包底部，并在其上覆盖一层珍珠岩，以保证球化剂和孕育剂的充分吸收。实施例4常温机械性能硬度参考表1和图3，图3所示为不同Mn含量和工艺条件下Cu含量对球墨铸铁硬度的影响。在壳型填铁丸工艺条件下，硬度明显高于普通湿砂型工艺。随着Mn含量的增加，硬度增加。当Mn量一定时，随着Cu量的增加，硬度逐渐增加，但当Cu量超过0. 6%以后，增加幅度降低。抗拉强度和延伸率不同Mn含量和工艺条件下Cu含量对球墨铸铁抗拉强度和延伸率的影响如图3和图4所示。壳型填铁丸工艺下，抗拉强度明显提高，韧性得到改善，砂型试棒的延伸率一般为2 3%，而壳型填铁丸工艺下都大于4%。由此可以看出壳型填铁丸工艺对球墨铸铁的强韧性的改善起到了一定的作用。在Cu含量一定，Mn含量从0. 4%提高到0. 8%时，抗拉强度略有提高，但不明显。Mn量的变化对延伸率的影响较显著，当含Mn 量为0.4%时，球铁的延伸率较高。随着Cu加入量的增加，在一定的范围内，对抗拉强度的提高有积极作用，但超过0. 6%后增加幅度较小，但延伸率却在一定程度上随之下降。抗弯强度不同Mn含量和工艺条件下Cu含量对球墨铸铁抗弯强度的影响如图2 所示。可以看出，壳型填铁丸工艺下抗弯强度明显提高；Mn含量的提高对球铁抗弯强度的影响并不大；随Cu量的提高，材料的抗弯强度提高。表1合金元素对球铁性能的影响数据表
权利要求
1.一种高强度球墨铸铁，其特征在于，合金化学成分按重量百分比分别为C:3.5 3. 7%,Si 2. 0 2. 3%,P ( 0. 07%,S ( 0. 02%,Mn 的含量为 0. 4% -0. 8%, Cu 的含量为 0.3% -0.9% ；剩余部分由!^e和不可避免的杂质组成。
2.根据权利要求1所述的高强度球墨铸铁，其特征在于，所述的Mn含量按重量百分比为0. 4%, Cu含量按重量百分比为0. 6%。
3.根据权利要求1所述的高强度球墨铸铁的制造方法，其特征在于，包括以下步骤 (1)合金的配制选取的合金化学成分按重量百分比分别为C :3. 5 3. 7%、Si 2. 0 2. 3%,P ^ 0. 07%,S ^ 0. 02%,Mn的含量为0. 4%，而Cu为0. 3%;并且剩余部分由!^e和不可避免的杂质组成；( 合金熔炼，实验合金在12Kg碱性中频感应电炉中熔炼，先将生铁和废钢在炉中化清，然后加入合金，调整合金成分，待铁合金化清后，扒掉铁液表面炉渣，最后出炉浇注，合金采用壳型浇注，壳型采用PEPSET自硬树脂砂制成，内径Φ 30 X 300mm，厚度为10mm，然后将壳型放于油漆桶中，外部填上铁丸，微震加固。
4.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，在浇注时加入1.4%的稀土镁合金作为球化剂，0. 5%的普通硅铁作为孕育剂；将球化剂和孕育剂一起加在浇包底部，并在其上覆盖一层珍珠岩。
全文摘要
本发明公开了一种高强度球墨铸铁及其制造方法，合金化学成分分别为(按重量百分比)C3.5～3.7％、Si2.0～2.3％、P≤0.07％、S≤0.02％，Mn的含量为0.4％-0.8％，Cu的含量为0.3％-0.9％；剩余部分由Fe和不可避免的杂质组成。在节约能源，降低成本的同时获得满足曲轴的组织和性能要求的前提下，通过在壳型填铁丸工艺条件下，向合适成分下的球墨铸铁中加入适量的Mn，Cu，通过Mn，Cu对球铁微观组织的改变来提高机械性能。通过壳型填铁丸铸造工艺，克服了传统轴类零件铸造方法生产的不足，从而提供了一种新型的曲轴球铁材料和制造工艺方法。
文档编号C22C37/10GK102181783SQ20111010995
公开日2011年9月14日 申请日期2011年4月29日 优先权日2011年4月29日
发明者于思荣, 刘家安, 刘耀辉, 朱先勇, 罗艳茹 申请人:吉林大学