专利名称：一种高强度高硬度灰铸铁材料及其铸造铸件的方法
技术领域：
本发明属于铸造技术领域，涉及一种高强度高硬度灰铸铁材料及其铸造铸件的方法。
背景技术：
生产加工类铸件时，大多使用生铁和少量回炉料。将生铁和回炉料放入中频炉内进行熔炼，然后，将熔炼得到的液态铁注入砂型中，冷却后得到需加工零件的毛坯铸件。但是生铁的固有形态，导致放入中频炉中的生铁之间的间隙过大，消弱了中频炉的磁场，且不同批次生铁的化学成份不同，增加了熔炼过程中调整化学成份的难度。同时，生铁的价格较高，增加了生产成本。虽然利用机加工产生的铁屑熔炼制造铸件，能够降低熔炼过程中调整化学成份的难度，减少生产成本，但由于铁屑的特性，仍然无法铸造铸件的强度、硬度要求闻的铸件。因此，一些要求高强度、高硬度的灰铸铁的铸造在现阶段的铸造领域仍旧是一个难题。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种高强度高硬度灰铸铁材料及其铸造铸件的方法。该灰铸铁材料中石墨细小弥散，晶粒细小，珠光体含量高，体片间距较小，强度高，轨导内、表硬度趋向一致，稳定性好，而且有效成本低。为实现上述目的，本发明所采取的技术方案如下。一种高强度高硬度灰铸铁材料，其特征在于包括以下组分，以重量百分数表示为:碳 3.0-3.2% ;硅 1.45-1.8 0% ;锰 0.75-0.95% ;磷 < 0.1% ;硫 < 0.08% ;铬 < 0.08% 和铁。进一步地，该灰铸铁材料还含有铜，铜的重量百分数为< 0.9%。进一步地，该灰铸铁材料还含有锡，锡的重量百分数为< 0.09%。进一步地，该灰铸铁材料还含有铜和锡，且铜的重量百分数+十倍的锡的重量百分数< 0.8%。进一步地，该灰铸铁材料的组分以重量百分数表示为:碳3.01% ;娃1.49% ;猛0.92% ;硫 0.035% ;磷 0.057% ;铬 0.071% ;铜 0.27% ;锡 0.051% 和铁 94.096%。进一步地，该灰铸铁材料的组分以重量百分数表示为:碳3.03%;硅1.51%;锰
0.93% ;硫 0.035% ;磷 0.055% ;铬 0.069% ;铜 0.32% ;锡 0.047% 和铁 94.004%。本发明进一步提供了一种生广上述闻强度闻硬度灰铸铁材料的铸造铸件的方法，包括以下步骤:I)称取废钢为60_65wt%，铁屑为20_25wt%，回炉铁为10_20wt%，增碳剂为
1.5-2.0wt%,锰铁为 0.6-0.9wt%,硅铁为 1.00-1.25wt%,铜合金为 0.45-0.55wt%,锡为0.05-0.065wt%,孕育剂为 0.4-0.45wt% 备用；2)将中频炉预热，升温至200-300度后加入增碳剂，当增碳剂变为液态时，继续升温至 1250-1300 度；3)加入步骤I)中称取的废钢总重的1/3，熔化后加入步骤I)中称取的铁屑总重的1/3，铁屑熔化后加入步骤I)中称取的回炉铁总重的1/3，保温直至回炉铁熔化；4)重复步骤3) 2次，将所有的废钢、铁屑和回炉铁熔炼并充分渗碳；5)将上述混合液进行去渣处理，然后加入步骤I)称取的锰铁和硅铁并升温至1480-1500度，再次去渣，并向去渣后的混合液中加入步骤I)称取的铜合金；6)将上述混合液匀速倒入预热过的浇包，当倒入2/3混合液时，将步骤I)称取的锡投入到浇包内，然后将步骤I)称取的孕育剂随流冲入，混合液全部倒入浇包后，用铁扒将铁液捣匀并去渣；7)吊运、测温后进行浇注，浇注温度为1360-1380° C，浇注时间为75-85秒。进一步地，所述废钢中碳含量为0.40%,硅含量为0.30%,锰含量为0.55%，磷含量为0.04%，硫含量为0.03% ;所述铁屑中碳含量为3.10%，硅含量为1.65%，锰含量为0.83%，磷含量为0.055%，硫含量为0.035%，铜含量为0.45% ;所述回炉铁中碳含量为4.25%，硅含量为0.91%，锰含量为0.06%，磷含量为0.04%，硫含量为0.03%。进一步地，所述增碳剂为石墨增碳剂；所述孕育剂为硅钡孕育剂，所述硅钡孕育剂中硅的质量百分数为72%。进一步地，所述中频炉为酸性中频炉感应电炉。本发明的有益效果是:第一，本发明的采用废钢、铁屑等合成组合料铸造铸件的的高强度高硬度灰铸铁材料，其石墨形态细小、弯曲、钝化，减少了应力集中，不易产生裂纹源；石墨分布密集、均匀、无方向性，降低了石墨对基体的缩减割裂作用，有利于机体强度的发挥，提高灰铸铁的力学性能。第二，本发明的采用合成组合料铸造铸件的的高强度高硬度灰铸铁材料，其基体晶粒细小，碳化物弥散在基体上，阻碍结晶体的长大，故强度和硬度较高。第三，本发明的采用合成组合料铸造铸件的的高强度高硬度灰铸铁材料，其珠光体(P)数量增加是由于合成灰铸铁中外来质点造成一次结晶所形成的石墨片细致分散，较易获得较大量的珠光体组织，使硬度明显提高。
图1a-图1d为本发明实施例9的试棒金相组织形态分析图。图2a-图2h为本发明实施例9的导轨表面金相组织形态分析图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以详细说明本发明，并不以任何方式限制发明的范围。(I)实施例1
一种高强度高硬度灰铸铁材料，其成分含量包括(重量百分数计):碳3.00% ;硅1.80% M 0.75% ;磷 0.099% ;硫 0.04% ;铬 0.079% 和铁。
实施例1的高强度高硬度灰铸铁材料的铸造铸件的方法，包括以下步骤:I)将原料进行称重配比，各原料成分组成包括:废钢为60wt%，铁屑为20wt%，回炉铁为15.95wt%，增碳剂为1.5wt%，锰铁为0.6wt%，硅铁为1.00wt%,铜合金为0.5wt%，锡为
0.05wt%，硅钡孕育剂为0.4wt%，其中，硅钡孕育剂中硅的质量百分数为72%。2)将酸性中频炉感应电炉(优选500kg)预热，升温至200-300度后加入增碳剂，当增碳剂变为液态时，继续升温至1250-1300度。3)加入配料中约1/3重量的废钢，熔化后加入配料中约1/3重量的铁屑，铁屑熔化后加入配料中约1/3重量的回炉铁直至回炉铁熔化。4)重复步骤3) 2次，将所有的废钢、铁屑和回炉铁熔炼并充分渗碳。5)将上述混合液进行去渣处理，然后加入称好的锰铁和硅铁并升温，当升温至1480-1500度时，再次去洛，并向去渣后的混合液中加入铜合金(铜合金熔点较低，可很快熔化)。 6)将上述混合液匀速倒入预热过的浇包，当倒入2/3混合液时，将称好的锡投入到浇包内，然后将称好的孕育剂随流冲入，混合液全部倒入浇包后，用铁扒将铁液捣匀并去渣。7)吊运、测温后进行浇注，浇注温度为1360-1380° C，浇注时间为75_85秒，浇铸出500mmX 1 20mmX 70mm (即长宽高分别为500mm、120mm、70mm)力学性能试件4件。(2)实施例 2 一种高强度高硬度灰铸铁材料，其成分含量包括(重量百分数):碳3.20% ；硅
1.45% M 0.95% M 0.04% ;硫 0.079% ;铬 0.03% 和铁。实施例2的高强度高硬度灰铸铁材料通过与实施例1相同的方法得到。不同之处是适当调整废钢、铁屑、回炉铁等主要炉料以及辅助原料的比例，称取的各原料重量百分比为:废钢为64.785wt%，铁屑为20wt%，回炉铁为10wt%，增碳剂为2wt%，锰铁为0.9wt%，硅铁为1.25wt%，铜合金为0.55wt%，锡为0.065wt%，硅钡孕育剂为0.45wt%。(3)实施例 3一种高强度高硬度灰铸铁材料，其成分含量包括(重量百分数):碳3.10% ;硅1.60% M 0.85% M 0.07% ;硫 0.06% ;铬 0.05% 和铁。实施例3的高强度高硬度灰铸铁材料通过与实施例1相同的方法得到。不同之处是适当调整废钢、铁屑、回炉铁等主要炉料以及辅助原料的比例，称取的各原料重量百分比为:废钢为60wt%，铁屑为25wt%，回炉铁为10.69wt%，增碳剂为1.6wt%，锰铁为0.7wt%，硅铁为L lwt%,铜合金为0.45wt%,锡为0.06wt%,娃钡孕育剂为0.4wt%。(4)实施例 4一种高强度高硬度灰铸铁材料，其成分含量包括(重量百分数):碳3.00% ;硅1.80% M 0.75% M 0.099% ;硫 0.04% ;铬 0.079%、铜 0.089%、锡 0.0089% 和铁。实施例4的高强度高硬度灰铸铁材料的铸造铸件的方法，包括以下步骤:I)配料:各原料成分组成包括:废钢为62wt%，铁屑为20wt%，回炉铁为12.785wt%,增碳剂为2.0wt%，锰铁为0.9wt%，硅铁为1.25wt%，铜合金为0.55wt%，锡为0.065wt%，硅钡孕育剂为0.45wt%，其中，硅钡孕育剂中硅的质量百分数为72%或市售。2)将500kg酸性中频炉感应电炉预热，升温至200-300度后加入增碳剂，当增碳剂变为液态时，继续升温至1250-1300度。3)加入配料中1/3的废钢，熔化后加入配料中1/3的铁屑，铁屑熔化后加入配料中1/3的回炉铁直至回炉铁熔化。4)重复步骤2) 2次，将所有的废钢、铁屑和回炉铁熔炼并充分渗碳。5)将上述混合液进行去渣处理，然后加入锰铁和硅铁并升温，当升温至1480-1500度时，再次去渣，并向去渣后的混合液中加入铜合金。6)将上述混合液匀速倒入预热过的浇包，当倒入2/3混合液时，将锡投入到浇包内，然后将孕育剂随流冲入，混合液全部倒入浇包后，用铁扒将铁液捣匀并去渣。7)吊运、测温后进行浇注，浇注温度为1360-1380° C，浇注时间为75_85秒，浇铸出500mmX 1 20mmX 70mm (即长宽高分别为500mm、120mm、70mm)力学性能试件4件。
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经测试，上述试件的力学性能见表1:表I合成铸铁力学性能
权利要求
1.一种高强度高硬度灰铸铁材料，其特征在于包括以下组分，以重量百分数表示为:碳 3.0-3.2% ;硅 1.45-1.80% ;锰 0.75-0.95% ;磷 < 0.1% ;硫 < 0.08% ;铬 < 0.08% 和铁。
2.根据权利要求1所述的高强度高硬度灰铸铁材料，其特征在于，还含有铜，铜的重量百分数为< 0.9%。
3.根据权利要求1所述的高强度高硬度灰铸铁材料，其特征在于，还含有锡，锡的重量百分数为< 0.09%。
4.根据权利要求1所述的高强度高硬度灰铸铁材料，其特征在于，还含有铜和锡，且铜的重量百分数+十倍的锡的重量百分数< 0.8%。
5.根据权利要求1-4任一项所述的高强度高硬度灰铸铁材料，其特征在于，其组分以重量百分数表示为:碳3.01% ;硅1.49% ;锰0.92% ;硫0.035% ;磷0.057% ;铬0.071% ;铜0.27% ;锡 0.051% 和铁 94.096%。
6.根据权利要求1-4任一项所述的高强度高硬度灰铸铁材料，其特征在于，其组分以重量百分数表示为:碳3.03% ;硅1.51% ;锰0.93% ;硫0.035% ;磷0.055% ;铬0.069% ;铜0.32% ;锡 0.047% 和铁 94.004%。
7.一种用上述1-6任一权利要求所述的高强度高硬度灰铸铁材料铸造铸件的方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)称取废钢为60-65wt%，铁屑为20-25wt%，回炉铁为10_20wt%，增碳剂为1.5-2.0wt%,锰铁为 0.6-0.9wt%,硅铁为 1.00-1.25wt%,铜合金为 0.45-0.55wt%,锡为 0.05-0.065wt%,孕育剂为0.4-0.45wt%,备用； 2)将中频炉预热，升温至200-300度后加入增碳剂，当增碳剂变为液态时，继续升温至1250-1300 度； 3)加入步骤1)中称取的废钢总重的1/3，熔化后加入步骤I)中称取的铁屑总重的1/3，铁屑熔化后加入步骤1)中称取的回炉铁总重的1/3，保温直至回炉铁熔化； 4)重复步骤3)2次，将所有的废钢、铁屑和回炉铁熔炼并充分渗碳； 5)将上述混合液进行去渣处理，然后加入步骤I)称取的锰铁和硅铁并升温至1480-1500度，再次去渣，并向去渣后的混合液中加入步骤I)称取的铜合金； 6)将上述混合液匀速倒入预热过的浇包，当倒入2/3混合液时，将步骤I)称取的锡投入到浇包内，然后将步骤I)称取的孕育剂随流冲入，混合液全部倒入浇包后，用铁扒将铁液捣匀并去渣； 7)吊运、测温后进行浇注，浇注温度为1360-1380°C，浇注时间为75-85秒。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于， 所述废钢中碳含量为0.40%，硅含量为0.30%，锰含量为0.55%，磷含量为0.04%，硫含量为 0.03% ； 所述铁屑中碳含量为3.10%，硅含量为1.65%，锰含量为0.83%，磷含量为0.055%，硫含量为0.035%,铜含量为0.45% ； 所述回炉铁中碳含量为4.25%，硅含量为0.91%，锰含量为0.06%，磷含量为0.04%，硫含量为0.03%。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述增碳剂为石墨增碳剂；所述孕育剂为娃钡孕育剂，所述娃钡孕育剂中娃的质量百分数为72%。
10.根据权利要求7-9任一项所述的方法，其特征在于，所述中频炉为酸性中频炉感应电炉 。
全文摘要
本发明公开了一种高强度高硬度灰铸铁材料及用该材料铸造铸件的方法，该灰铸铁材料的组分以重量百分数表示为碳3.00-3.20%、硅1.45-1.80%、锰0.75-0.95%、磷﹤0.1%、硫﹤0.08%、铬﹤0.08%和铁。该灰铸铁材料还可以含有铜和锡。本发明的用该材料铸造铸件的方法，以废钢、铁屑和回炉铁为主要炉料，以增碳剂、硅铁、锰铁为辅助原料。本发明得到的灰铸铁材料的组织中石墨细小弥散，晶粒细小，珠光体含量高，体片间距较小，强度高，稳定性好，而且有效成本低。
文档编号B22D1/00GK103114238SQ20131004103
公开日2013年5月22日 申请日期2013年2月1日 优先权日2013年2月1日
发明者陈立国 申请人:太仓科博尔精密铸业有限公司