本发明属于合金铸铁材料技术领域，具体涉及一种球墨铸铁金属材料及其制备方法。
背景技术：
随着国内外工业的迅速发展，对球墨铸铁中具有高强度高韧性的球墨铸铁的性能要求日益增高，目前防爆电机以其较高的安全保证性能已经广泛应用于各种危化行业，特别是易燃易爆场所，如煤矿、石油天然气、石油化工、化学行业以及纺织、冶金、城市煤气、交通、粮油加工、造纸、医药等部门广泛应用。防爆电机作为主要的动力设备，通常用于驱动泵、风机、压缩机和其他动力机械，对其材质要求越来越高，必须选用具有较高生产技术含量的高强度高韧性球墨铸铁，以此来保证配件的使用安全。因此高强度高韧性的球墨铸铁金属材料的研发与应用，对天然气、化工、船舶、石油及石化行业的发展具有非常重要的意义。
目前我国在防爆电机铸件的材料上主要应用铸钢、钢板焊接、HT200和HT250，最近几年也有研究铝合金和铝镁合金作为防爆电机铸件的结构性材料，但是只能应用在一部分微型和小型防爆电机上，中大型防爆电机不能使用。高强度高韧性球墨铸铁金属材料可以代替以上材料。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种球墨铸铁金属材料，既能满足良好的结构性能、铸造成型性能、切削加工性能，又能满足高强度、高韧性、高耐磨、耐蚀性、减震性、安全性能要求高的工作场合，成本低；本发明同时提供了球墨铸铁金属材料的制备方法，科学合理、简单易行。
本发明所述的球墨铸铁金属材料，由如下重量份数的原料制成：
所述的生铁为Q10#生铁，Q10#生铁为低磷、低硫的生铁。
所述的废钢为无锈一级废钢，C含量小于0.3％，S、P含量不大于0.05％。
所述的硅铁75#硅铁。硅能减少结晶过冷和白口倾向，细化石墨，提高石墨球的圆整度；起孕育作用，改变铁液中的珠光体和铁素体的比例；提高韧性和塑性。
所述的锰铁为65#锰铁。
所述的球化剂为稀土镁硅铁合金，优选QRMg6RE2稀土镁硅铁合金。
所述的孕育剂为硅钡孕育剂。
本发明所述的球墨铸铁金属材料的制备方法是生铁、废钢、硅铁、锰铁、球化剂与孕育剂采用电炉熔炼，经过炉前变质孕育处理，再经浇注成型冷却，即得。
本发明所述的球墨铸铁金属材料的制备方法，具体步骤如下：
由生铁、废钢、硅铁、锰铁、孕育剂、球化剂采用电炉熔炼，首先取少量废钢放入炉底，然后加入生铁，加料约至坩埚中间，待炉料即将熔化时继续加入生铁，生铁加完后加入废钢，最后加入铁合金。熔化完成后，加入聚渣剂，并及时扒渣。铁液达到1530℃出炉。炉前光谱分析化学成分，按分析结果进行成分调整。炉前变质孕育处理是通过添加球化剂、孕育剂及采用二次孕育方法获得，在1350℃-1380℃将球化后的液态混合物浇铸到铸型中，并使其在铸型中缓慢冷却到500℃以下，从铸型中清出，获得本材料浇注的铸件。
本发明是在QT500-7的基础上，提高Si的含量，硅能减少结晶过冷和白口倾向，细化石墨，提高石墨球的圆整度；起孕育作用，改变铁液中的珠光体和铁素体的比例，提高韧性和塑性。因此终硅控制在2.8-3.3％，并用一定量的稀土镁球化剂进行变质处理得到一种适于高强度高韧性的特种球墨铸铁。
采用中频感应电炉熔炼，应用FeSiMg合金球化剂进行冲入法球化处理，BaSi孕育剂进行孕育处理，充分利用硅的固溶强化作用，得到一种新的QT500-14高Si球墨铸铁材料，此材料具有高强度、高韧性，硬度均匀、机械加工性能优良等特点，抗拉强度大于500MPa，延伸率大于14％，力学性能和金相组织达到EN 1563:2012的规范要求。用其生产的大型防爆电机外壳用于组装中心高400以上的大型隔爆型电动机。此电机外壳组装的防爆电机广泛应用于天然气、船舶、石油、化工等行业领域对安全要求较高的场所。
本发明所述的球墨铸铁金属材料的化学成分为：C：3.5-3.7％，Si：2.8-3.3％，Mn：0.3-0.4％，S：≤0.02％，P：≤0.07％，Mg：0.04-0.06％，Re：0.02-0.05％。
硅高易形成异形石墨，提高韧性，因此终硅控制在2.8-3.3％。
本发明所述的球墨铸铁金属材料的机械性能：
抗拉强度≥500MPa，屈服强度：400MPa-450MPa，延伸率≥14％，硬度HB185—215。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明球墨铸铁金属材料既能满足良好的结构性能、铸造成型性能、切削加工性能，又能满足高韧性、高强度、高耐磨、耐蚀性、减震性、安全性能要求高的工作场合。
对本发明的球墨铸铁金属材料QT500-14，按照GB/T20123-2006，GB/T223，GB/T228.1-2010和GB/T9441-2009标准进行检测，其各种技术指标如下：抗拉强度500MPa-600MPa，屈服强度：400MPa-450MPa，延伸率：14.0％-17.0％，球化率：85％-90％，石墨大小：6-7级。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步描述。
实施例1
Q10#生铁80份，无锈一级废钢20份，75#硅铁2份，65#锰铁1.5份，采用中频感应电炉熔化，温度达到1530℃后，加入硅钡孕育剂0.7份，QRMg6RE2稀土镁硅铁合金1.5份，经过炉前变质孕育球化处理而成，在1350℃将球化后的液态混合物浇铸到砂型中，并使其在铸型中缓慢冷却到500℃以下，从铸型中清出，得到铸件。
经过检验，铸件的化学成分为：C：3.55％，Si：2.86％，Mn：0.312％，P：0.027％，S：0.014％，Mg：0.045％，Re：0.023％。
拉伸强度526MPa，延伸率14.8％，硬度HB190。球化率：85％，石墨大小：7级。
实施例2
Q10#生铁78份，无锈一级废钢22份，75#硅铁1.5份，65#锰铁1.1份，采用中频感应电炉熔化，温度达到1530℃后，通过光谱仪检测化学成分，加入硅钡孕育剂0.5份，QRMg6RE2稀土镁硅铁合金1.6份，经过炉前变质孕育球化处理而成，浇注于砂型型腔内得到铸件。
经过检验，铸件的化学成分为：C：3.61％，Si：2.95％，Mn：0.36％，P：0.031％，S：0.016％，Mg：0.051％，Re：0.039％。
拉伸强度548MPa，延伸率16.5％，硬度HB198。球化率：88％，石墨大小：6级。
实施例3
Q10#生铁75份，无锈一级废钢25份，75#硅铁1份，65#锰铁0.8份，采用中频感应电炉熔化，温度达到1530℃后，通过光谱仪检测化学成分，加入硅钡孕育剂0.3份，QRMg6RE2稀土镁硅铁合金1.7份，经过炉前变质孕育球化处理而成，浇注于砂型型腔内得到铸件。
经过检验，铸件的化学成分为：C：3.70％，Si：3.28％，Mn：0.039％，P：0.052％，S：0.019％，Mg：0.058％，Re：0.048％。
拉伸强度561MPa，延伸率15.6％，硬度HB205。球化率：90％，石墨大小：7级。