专利名称：铸态厚断面铁素体基球墨铸铁件石墨球和基体组织的控制方法
技术领域：
本发明涉及一种铸态厚断面铁素体基球墨铸铁件石墨球和基体组织的控制方法，特别是涉及一种球化及孕育处理的控制方法，属于大型铸铁件铸造领域。
背景技术：
球墨铸铁由于其具有良好的强韧性能和铸造性能，生产方式简单，产量连年增加。 但是，对于厚大断面球墨铸铁件，由于模数大，降温较慢，凝固时间长，壁厚中心或热节处易出现石墨畸变、石墨球数少且石墨球粗大等一系列缺陷，降低了铸件性能。对于铸态下获得 QT400-18材质要求的铁素体基组织，由于石墨球数少、粗大,使得铸件中珠光体量增加,强度增加，但延伸率降低，材质的韧性达不到要求，特别是低温冲击韧性差。故需提高厚大断面球墨铸铁件石墨球数量及圆整度，即在保证石墨球球化优良前提下缩短石墨球液态保持时间，减少衰退。一般而言，通过改变球化剂、孕育剂种类及球化孕育工艺，改善工艺，放置冷铁等缩短凝固时间，来控制厚断面球铁中出现的石墨畸变、石墨球数少等缺陷。发明内容
解决的技术问题本发明提供一种铸态厚断面铁素体基球墨铸铁件石墨球和基体组织的控制方法，来控制厚断面球墨铸铁件的石墨畸变，提高石墨球数和铸件的机械性能。
技术方案本发明提供一种铸态厚断面铁素体基球墨铸铁件石墨球和基体组织的控制方法，包括以下步骤(1)根据球化处理包的包坑形状制得压铁平板，平板大小刚好填满包坑；(2)将熔炼好的铁水>1500°C对球化处理包进行烫包，烫包时间不小于3min ; (3)烫包后在包坑中依次加入铁水重1.05%的埃肯5800球化剂、O. 4%埃肯高钙钡孕育剂，在孕育剂上面撒所处理铁水重量O. 2%的铁屑，压密实后在包坑上方放入压铁平板， 然后加入生铁，生铁和压铁平板总重量为所处理铁水重量的4%-5%，最后加入30-70ppm的 Sb ；(4)控制原铁水质量分数为C3. 75-3. 85%, S1:1. 10-1. 40%, Μη〈0· 15%, Ρ〈0· 050%, SCO. 02%，余量为铁以及不可避免的微量元素，出炉铁水温度为1450-1480°C ;经球化处理后铁水中硅和镁质量分数为Si 1. 80-2. 20%, Mg 0. 045-0. 055% ;然后在铁水表面加入铁水重O. 1-0. 2%的埃肯高钙钡孕育剂，搅拌后在铁水表面撒铁水重O. 1%的珍珠岩集渣剂；球化孕育结束后浇入事先准备好的树脂砂造型的砂箱铸造成型，浇注时需随流孕育，孕育量为铸件重量的O. 2%，待铸件冷却到300°C以下开箱。
本发明提供的铸态厚断面铁素体基球墨铸铁件石墨球和基体组织的控制方法，铸件造型时距砂箱壁的吃砂量厚度控制在55-65mm，控制始浇温度为1320_1350°C。
本发明提供的球墨铸铁材料适宜于壁厚IOOmm及以上的厚大断面铁素体基球墨铸铁产品的生产。
该材料铸态下本体中心部位(即铸件性能最差部位)的机械性能为抗拉强度 σ b彡380MPa，屈服强度σ O. 2彡230Pa，断后延伸率δ彡20%，V型缺口冲击_20°C下彡 16J/cm2，-30°C下彡 13J/cm2，-40°C下彡 12J/cm2，-50°C下彡 10J/cm2。本体中心部位的金相组织基体为铁素体> 95%，石墨大小5-6级，球化级别< 2，未出现异态石墨。
有益效果(1)球化过程中铁水与球化剂相遇需先融化生铁、压铁平板、铁屑、孕育剂等，爆发较为滞后，这使得球化剂在上浮过程中会遇到足够多的铁水，球化剂利用率达到最大，同时能保证出水结束Mg还继续爆发。
(2)由于球化剂爆发较为剧烈，Sb在铁水中能均匀分散。
(3)较低的处理温度能减小孕育的衰退，吃砂量控制在55-65mm，更大吃砂量会减缓铁水的凝固冷却速度，加快衰退，更小吃砂量会使铸型强度不够，二者结合使得铸件中心石墨球数量较多，降低了珠光体的含量，提高了材质的韧性。
(4)生产方法易于掌握和操作，实现无热处理的铸件，节约能耗，降低生产成本，产品的力学性能、-20°C低温冲击性能优异，同时使用本发明制得的铸件在-30 -50°C也具备较好的冲击性能，有更广泛的应用。
图1为200X 200X 200mm3铸件球化后在处理包添加O. 1%孕育剂铸件中心金相图；图2为200X 200X 200mm3铸件球化后在处理包添加O. 2%孕育剂铸件中心金相图；图3为250 X 250 X 250mm3铸件球化后在处理包添加O. 2%孕育剂铸件中心金相图。
具体实施方式
实施例1 本实施例的铸件尺寸为200 X 200 X 200mm3，根据球化处理包的包坑形状制得压铁平板，平板大小刚好填满包坑；选用生铁、回炉料、废钢和硅铁进行配料，将熔炼好的铁水 1523°C对球化处理包进行烫包，烫包时间为4min ;烫包后在包坑中依次加入铁水重1. 05% 的埃肯5800球化剂、4%的埃肯高钙钡孕育剂，在孕育剂上面撒所处理铁水重量O. 2%的铁屑，压密实后在包坑上方放入压铁平板，然后加入生铁，生铁和压铁平板总重量为所处理铁水重量的4%，最后加入30ppm的Sb ;控制原铁水质量分数为C :3. 75-3. 85%，Si 1. 10-1. 40%, Μη〈0· 15%, Ρ〈0· 050%, S〈0. 02%，铁水出炉温度为 1460_1470°C，球化处理后铁水中硅和镁质量分数为Si 1. 80-2. 20%, Mg 0. 045-0. 055% ;然后在铁水表面加入铁水重量O. 1%的高钙钡孕育剂，搅拌后在铁水表面撒铁水重量O. 1%的集渣剂；球化孕育结束后控制始浇温度为1330-1340°C，再浇入事先准备好的树脂砂型中，砂型的吃砂量厚度在 55-65mm,浇注时使用硫氧孕育剂进行随流孕育，孕育量为铸件重量的O. 2%，成型后冷却到 250-270°C 开箱。
取样位置为铸件的中心部位即IOOmm处切割一块200X 200X 25mm3的板下来进行力学性能、冲击性能检测，并在此面板中心切割25X 25X 25mm3试块进行基体组织观察。
按照GB/T 228-2002和GB/T 229-1994金属夏比缺口冲击试验方法测得上述球墨铸铁材料的铸态性能为抗拉强度σ b=395MPa，屈服强度σ O. 2=245MPa,断后延伸率δ =20. 6%，-20°C冲击为 16. 2J/cm2，-30°C冲击为 14J/cm2，_40°C冲击为 12. 3J/cm2，_50°C冲击为10. 5J/cm2。按照GB/T 9441-2009测得基体金相组织基体为铁素体95%，石墨大小5_6 级，球化级别2级。
实施例2本实施例的铸件尺寸为200 X 200 X 200mm3，根据球化处理包的包坑形状制得压铁平板，平板大小刚好填满包坑，选用生铁、回炉料、废钢和硅铁进行配料，将熔炼好的铁水 1510°C对球化处理包进行烫包，烫包时间为4min ;烫包后在包坑中依次加入铁水重1. 05% 的埃肯5800球化剂、4%的埃肯高钙钡孕育剂，在孕育剂上面撒所处理铁水重量的O. 2% 的铁屑，压密实后在包坑上方放入压铁平板，然后加入生铁，生铁和压铁平板总重量为所处理铁水重量的4%，最后加入50ppm的Sb ；;控制原铁水质量分数C :3. 75-3. 85%，Si 1. 10-1. 40%, Μη〈0· 15%, Ρ〈0· 050%, S〈0. 02%，铁水出炉温度为 1460_1470°C，球化处理后铁水中硅和镁质量分数为Si 1. 80-2. 20%, Mg 0. 045-0. 055% ;然后在铁水表面加入铁水重量O. 2%的高钙钡孕育剂，搅拌后在铁水表面撒铁水重量O. 1%的集渣剂；球化孕育结束后控制始浇温度为1320-1330°C，再浇入事先准备好的树脂砂型中，砂型的吃砂量厚度在 55-65mm，浇注时使用硫氧孕育剂经行随流孕育，孕育量为铸件重量的O. 2%，成型后冷却到 250-260°C 开箱。
取样位置为铸件的中心部位即IOOmm处切割一块200X 200X 25mm3的板下来进行力学性能、冲击性能检测。并在此面板中心切割25X25X25mm3试块进行基体组织观察。
按照GB/T 228-2002和GB/T 229-1994金属夏比缺口冲击试验方法测得上述球墨铸 铁材料的铸态性能为抗拉强度ob=385MPa，屈服强度σ O. 2=240MPa，断后延伸率 δ =22. 9%, -20°C冲击为 16. 5J/cm2，_30°C冲击为 15J/cm2，_40°C冲击为 13. 3J/cm2，-50°C 冲击为11.3J/cm2。按照GB/T 9441-2009测得基体金相组织基体为铁素体98%，石墨大小6 级，球化级别2级。实施例3本实施例的铸件尺寸为250X250X250mm3，根据球化处理包的包坑形状制得压铁平板，平板大小刚好填满包坑，选用生铁、回炉料、废钢和硅铁进行配料，将熔炼好的铁水 1513°C对球化处理包进行烫包，烫包时间为4min ;烫包后在包坑中依次加入铁水重1. 05% 的埃肯5800球化剂、4%的埃肯高钙钡孕育剂，在孕育剂上面撒所处理铁水重量的O. 2%的铁屑，压密实后在包坑上方放入压铁平板，然后加入生铁，生铁和压铁平板总重量为所处理铁水重量的5%，最后加入50ppm的Sb ;控制原铁水质量分数C :3. 75-3. 85%，S1:1. 10-1. 40%， Μη〈0. 15%，P〈0. 050%, S〈0. 02%，铁水出炉温度为1450_1460°C，球化处理后铁水中硅和镁质量分数为S1:1. 80-2. 20%, Mg :0. 045-0. 055% ;然后在铁水表面加入铁水重量O. 2%的高钙钡孕育剂，搅拌后在铁水表面撒铁水重量O. 1%的集渣剂，球化孕育结束后控制始浇温度为 1330-1340°C，再浇入事先准备好的树脂砂型中，砂型的吃砂量厚度在55-65mm，浇注时使用硫氧孕育剂进行随流孕育，孕育量为铸件重量的O. 2%，成型后冷却到250-260°C开箱。
取样位置为铸件的中心部位即125mm处切割一块250X 250X 25mm3的板下来进行力学性能、冲击性能检测。并在此面板中心切割25X25X25mm3试块进行基体组织观察。
按照GB/T 228-2002和GB/T 229-1994金属夏比缺口冲击试验方法测得上述球墨铸铁材料的铸态性能为抗拉强度σ b=390MPa，屈服强度σ O. 2=240MPa,断后延伸率δ =20. 9%，-20°C冲击为 16J/cm2，-30°C冲击为 14J/cm2，_40°C冲击为 13. 2J/cm2，_50°C冲击为10.8J/cm2。按照GB/T 9441-2009测得基体金相组织基体为铁素体97%，石墨大小6级， 球化 级别2级。
权利要求
1.一种铸态厚断面铁素体基球墨铸铁件石墨球和基体组织的控制方法，其特征在于包括以下步骤 (1)根据球化处理包的包坑形状制得压铁平板，平板大小刚好填满包坑； (2)将熔炼好的铁水>1500°C对球化处理包进行烫包，烫包时间不小于3min ; (3)烫包后在包坑中依次加入铁水重1.05%的埃肯5800球化剂、0. 4%埃肯高钙钡孕育剂，在孕育剂上面撒所处理铁水重量0. 2%的铁屑，压密实后在包坑上方放入压铁平板，然后加入生铁，生铁和压铁平板总重量为所处理铁水重量的4%-5%，最后加入30-70ppm的Sb ；(4)控制原铁水质量分数为C3. 75-3. 85%, S1:1. 10-1. 40%, Mn〈0. 15%, P〈0. 050%,SCO. 02%，余量为铁以及不可避免的微量元素，出炉铁水温度为1450-1480°C ;经球化处理后铁水中硅和镁质量分数为Si 1. 80-2. 20%, Mg 0. 045-0. 055% ;然后在铁水表面加入铁水重0. 1-0. 2%的埃肯高钙钡孕育剂，搅拌后在铁水表面撒铁水重0. 1%的珍珠岩集渣剂；球化孕育结束后浇入事先准备好的树脂砂造型的砂箱铸造成型，浇注时需随流孕育，孕育量为铸件重量的0. 2%，待铸件冷却到300°C以下开箱。
2.根据权利要求1所述铸态厚断面铁素体基球墨铸铁件石墨球和基体组织的控制方法，其特征在于铸件造型时距砂箱壁的吃砂量厚度控制在55-65mm，控制始浇温度为1320-1350°C。
全文摘要
本发明公开了一种铸态厚断面铁素体基球墨铸铁件石墨球和基体组织的控制方法。步骤是先根据球化处理包形状制得压铁平板；选用生铁、回炉料、废钢和硅铁进行配料，将熔炼好的铁水≥1500℃对球化处理包进行烫包；在包坑中依次加入球化剂、孕育剂、铁屑、压铁平板、生铁和Sb进行球化处理；球化结束后在铁水表面加铁水重0.1-0.2%的孕育剂，搅拌后在铁水表面撒集渣剂；球化孕育结束后浇入事先准备好的树脂砂造型的砂箱铸造成型，浇注时需随流孕育，孕育量为铸件重量的0.2%，成型后冷却到300℃以下开箱。该材料铸态下本体中心部位的机械性能为抗拉强度σb≥380MPa，屈服强度σ0.2≥230Pa，断后延伸率δ≥20%。
文档编号C22C33/10GK103014219SQ20121045354
公开日2013年4月3日 申请日期2012年11月13日 优先权日2012年11月13日
发明者杨金德, 潘冶, 邵建华, 周张松, 孙国雄, 陈立新 申请人:南通宏德机电有限公司, 东南大学