[0001]
本发明属于铸铁技术领域，特别是一种增强球墨铸铁力学性能的处理工艺。
背景技术：
[0002]
自英国人莫罗于1947年首先制得ce球墨铸铁，作为重量的金属材料，球磨铸铁开始出现在人们的视野中，它的诞生，是人类发明炼钢技术之后，在黑色金属应用技术方面又一次大的技术创新，得益于良好的力学、铸造性能和较低的成本，球墨铸铁逐渐取代了锻钢、铸钢以及可锻铸铁等高性能工程材料，被广泛应用于汽车、机械、建筑等领域。
[0003]
近年来，随着经济社会的发展，传统的球磨铸铁已经不能满足行业的需求，作为结构件材料，球磨铸铁在大型机床件和风电行业等领域也扮演着重要角色，如球铁风电轮毂，风电设备齿轮箱体等，这类逐渐的使用，一般在室外寒冷、环境恶劣的环境中使用，因此，不仅要求球铁具有优异的力学性能，同时，还需要具有良好的耐低温性能。
技术实现要素：
[0004]
本发明的目的是提供一种增强球墨铸铁力学性能的处理工艺，以解决现有技术中的不足。
[0005]
本发明采用的技术方案如下：一种增强球墨铸铁力学性能的处理工艺，包括以下步骤：（1）添加料：将碳粉、钛粉、铁粉混合到一起，再添加乙醇，搅拌均匀后，再采用球磨机进行球磨处理，然后，进行干燥，得到球磨料a；将球磨料a添加到模具中进行压制，得到添加块料a；（2）硅料制备：将硅微粉、铁粉混合到一起，再添加甘油，搅拌均匀后，再采用球磨机进行球磨处理，然后，进行干燥，得到球磨料b；将球磨料b添加到模具中进行压制，得到添加块料b；（3）熔炼：将添加块料a、添加块料b、球铁基材混合添加到感应电炉内进行熔炼，经过球化孕育处理后，浇注到模具中，进行冷却成型，得到基础件；浇注温度为1350-1400℃；（4）等温处理：将基础件在880-920℃下保温处理1-2小时，然后再淬火至340-350℃，保温2小时，再移入220-230℃，继续保温3小时，然后再空冷至室温，即可。
[0006]
步骤（1）中所述碳粉、钛粉、铁粉混合质量比为1-2:4-5:10-12。
[0007]
所述乙醇与碳粉重量份比为2:1。
[0008]
步骤（1）中所述球磨处理的球料比为12:1，球磨处理时间为20h。
[0009]
步骤（2）中硅微粉、铁粉混合重量份比为1:1；所述甘油与硅微粉混合重量份比为1:2。
[0010]
步骤（2）中球磨处理处理的球料比为8:1；球磨时间为25小时。
[0011]
所述添加块料a、添加块料b、球铁基材混合质量比为：2.5:1.2:80。
[0012]
所述基础件化学成分为：碳3.02-3.14wt.%、硅2.15-2.20wt.%、锰0.47wt.%、磷0.004wt.%、硫0.006wt.%、镁0.028wt.%、钛0.112-0.120wt.%。
[0013]
所述淬火为水淬。
[0014]
钛的原子序数为22，外层电子结构为3d24s2，化学性质活泼，易与碳形成化合物，因此，本发明通过将钛粉、碳粉和铁粉进行混合研磨，得到的球磨料，引入球铁熔体中，在熔体中，钛与碳反应，结合形成碳化钛，由于球墨铸铁共析转变时的能量变化小，因此，碳化钛颗粒会先在共析转变前形成，当温度降低至共析反应温度时，渗碳体在原奥氏体晶界及附近的碳化钛处优先形成形核，然后，碳原子扩散，使得两侧形成铁素体晶核，渗碳体与铁素体同时交替生长，最终，在碳化钛周围形成多个不同位向“珠光体晶粒”。
[0015]
本发明通过碳化钛的形成与硅微粉中二氧化硅的协同作用，使得铁素体晶粒度值增加，晶粒尺寸不断减小，晶粒细化效果明显，同时，由于二氧化硅、碳化钛粒子的引入，会对晶界迁移的限制作用更加明显，球铁铸件中的球状石墨数量明显增加，团絮状和蠕虫状石墨占比相应降低。
[0016]
本发明通过等温处理，使得逐渐组织中残余奥氏体含量得到明显的增加，通过擦残余奥氏体含量的增加，对于逐渐的伸长率和冲击韧性均有明显的增加，同时，通过本发明的等温处理，对于碳原子的扩散也更加充分，大幅度的改善了铸件的组织。
[0017]
有益效果：本发明工艺能够改善球墨铸铁组织性能，大幅度的改善了其力学性能，尤其是拉伸性能和冲击韧性得到大幅度的提高。
[0018]
本发明方法制备的球墨铸铁具有优异的常温冲击韧性和低温冲击韧性，能够更好的适应寒冷的环境，提高了其使用寿命，相较于采用碳化钛颗粒进行添加使用，本发明工艺中制备的添加块料a对于球磨铸铁的改善效果更好。
[0019]
本发明方法能够显著的改善球铁铸件的拉伸性能，拉伸强度和延长率都具有明显的增加，极大的提高了其应用范围。
具体实施方式
[0020]
一种增强球墨铸铁力学性能的处理工艺，向球磨铸铁中引入石墨烯复合粒子，得到成品球墨铸铁件；所述引入为在熔融态球磨铸铁中添加经过球磨处理后的石墨烯复合粒子；所述球磨处理为将铁粉、石墨烯复合粒子混合球磨处理；所述成品球墨铸铁件中石墨烯复合粒子添加量为0.25-0.33wt.%。
[0021]
所述石墨烯复合粒子制备方法为：将石墨烯、氨水与无水乙醇混合到一起，得到石墨烯氨水乙醇液；将乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷、无水乙醇、冰醋酸依次混合到一起，得到乙烯基三
(β-甲氧乙氧基)硅烷分散液；将石墨烯氨水乙醇液滴加到乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷分散液中，边滴加边搅拌，滴加完成后，再静置10-14小时，然后超声波处理5-8min，再进行辐照处理，然后再在50-55℃下保温静置1.5小时，最后进行冷冻干燥，得到反应物，对反应物采用去离子水进行清洗，再置于干燥箱内干燥10小时，然后再在马沸炉中煅烧处理2小时，自然冷却至室温，即可。
[0022]
所述石墨烯、氨水、无水乙醇混合比例为30-40g：200ml：250ml；所述氨水为饱和氨水。
[0023]
所述乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷分散液中，乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷质量分数为9%；所述无水乙醇、冰醋酸混合体积比为4:1。
[0024]
所述石墨烯氨水乙醇液与乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷分散液混合体积比为1:1.2-1.5。
[0025]
所述超声波频率为35khz，功率为500w；所述辐照处理的辐照剂量为120-130kgy；所述冷冻干燥温度为零下35℃；所述马沸炉中煅烧温度为950℃。
[0026]
所述铁粉、石墨烯复合粒子混合质量比为1.4-1.6:1。
[0027]
所述球磨处理为：球磨时间为20小时，球磨助剂为丙三醇，球磨转速为250r/min。
[0028]
下面将结合本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0029]
实施例1一种增强球墨铸铁力学性能的处理工艺，包括以下步骤：（1）添加料：将碳粉、钛粉、铁粉混合到一起，再添加乙醇，搅拌均匀后，再采用球磨机进行球磨处理，然后，进行干燥，得到球磨料a；将球磨料a添加到模具中进行压制，得到添加块料a；所述碳粉、钛粉、铁粉混合质量比为1:4:10。所述乙醇与碳粉重量份比为2:1。所述球磨处理的球料比为12:1，球磨处理时间为20h。
[0030]
（2）硅料制备：将硅微粉、铁粉混合到一起，再添加甘油，搅拌均匀后，再采用球磨机进行球磨处理，然后，进行干燥，得到球磨料b；将球磨料b添加到模具中进行压制，得到添加块料b；硅微粉、铁粉混合重量份比为1:1；所述甘油与硅微粉混合重量份比为1:2。球磨处理处理的球料比为8:1；球磨时间为25小时。
[0031]
（3）熔炼：将添加块料a、添加块料b、球铁基材混合添加到感应电炉内进行熔炼，经过球化孕育处理后，浇注到模具中，进行冷却成型，得到基础件；所述添加块料a、添加块料b、球铁基材混合质量比为：2.5:1.2:80。所述基础件化学成分为：碳3.02wt.%、硅2.15wt.%、锰0.47wt.%、磷0.004wt.%、硫0.006wt.%、镁0.028wt.%、钛0.112wt.%。浇注温度为1350℃；
（4）等温处理：将基础件在880℃下保温处理1小时，然后再淬火至340℃，保温2小时，再移入220℃，继续保温3小时，然后再空冷至室温，即可。所述淬火为水淬。
[0032]
实施例2一种增强球墨铸铁力学性能的处理工艺，包括以下步骤：（1）添加料：将碳粉、钛粉、铁粉混合到一起，再添加乙醇，搅拌均匀后，再采用球磨机进行球磨处理，然后，进行干燥，得到球磨料a；将球磨料a添加到模具中进行压制，得到添加块料a；所述碳粉、钛粉、铁粉混合质量比为2:5:12。所述乙醇与碳粉重量份比为2:1。所述球磨处理的球料比为12:1，球磨处理时间为20h。
[0033]
（2）硅料制备：将硅微粉、铁粉混合到一起，再添加甘油，搅拌均匀后，再采用球磨机进行球磨处理，然后，进行干燥，得到球磨料b；将球磨料b添加到模具中进行压制，得到添加块料b；硅微粉、铁粉混合重量份比为1:1；所述甘油与硅微粉混合重量份比为1:2。球磨处理处理的球料比为8:1；球磨时间为25小时。
[0034]
（3）熔炼：将添加块料a、添加块料b、球铁基材混合添加到感应电炉内进行熔炼，经过球化孕育处理后，浇注到模具中，进行冷却成型，得到基础件；所述添加块料a、添加块料b、球铁基材混合质量比为：2.5:1.2:80。所述基础件化学成分为：碳3.14wt.%、硅2.20wt.%、锰0.47wt.%、磷0.004wt.%、硫0.006wt.%、镁0.028wt.%、钛0.120wt.%。浇注温度为1400℃；（4）等温处理：将基础件在920℃下保温处理2小时，然后再淬火至350℃，保温2小时，再移入230℃，继续保温3小时，然后再空冷至室温，即可。所述淬火为水淬。
[0035]
实施例3一种增强球墨铸铁力学性能的处理工艺，包括以下步骤：（1）添加料：将碳粉、钛粉、铁粉混合到一起，再添加乙醇，搅拌均匀后，再采用球磨机进行球磨处理，然后，进行干燥，得到球磨料a；将球磨料a添加到模具中进行压制，得到添加块料a；所述碳粉、钛粉、铁粉混合质量比为1.3:4.4:11。所述乙醇与碳粉重量份比为2:1。所述球磨处理的球料比为12:1，球磨处理时间为20h。
[0036]
（2）硅料制备：将硅微粉、铁粉混合到一起，再添加甘油，搅拌均匀后，再采用球磨机进行球磨处理，然后，进行干燥，得到球磨料b；将球磨料b添加到模具中进行压制，得到添加块料b；硅微粉、铁粉混合重量份比为1:1；所述甘油与硅微粉混合重量份比为1:2。球磨处理处理的球料比为8:1；球磨时间为25小时。
[0037]
（3）熔炼：将添加块料a、添加块料b、球铁基材混合添加到感应电炉内进行熔炼，经过球化孕育处理后，浇注到模具中，进行冷却成型，得到基础件；所述添加块料a、添加块料b、球铁基材混合质量比为：2.5:1.2:80。所述基础件化学成分为：碳3.065wt.%、硅2.17wt.%、锰0.47wt.%、
磷0.004wt.%、硫0.006wt.%、镁0.028wt.%、钛0.116wt.%。浇注温度为1370℃；（4）等温处理：将基础件在885℃下保温处理1.5小时，然后再淬火至343℃，保温2小时，再移入224℃，继续保温3小时，然后再空冷至室温，即可。所述淬火为水淬。
[0038]
实施例4一种增强球墨铸铁力学性能的处理工艺，包括以下步骤：（1）添加料：将碳粉、钛粉、铁粉混合到一起，再添加乙醇，搅拌均匀后，再采用球磨机进行球磨处理，然后，进行干燥，得到球磨料a；将球磨料a添加到模具中进行压制，得到添加块料a；所述碳粉、钛粉、铁粉混合质量比为1.5:4.7:11。所述乙醇与碳粉重量份比为2:1。所述球磨处理的球料比为12:1，球磨处理时间为20h。
[0039]
（2）硅料制备：将硅微粉、铁粉混合到一起，再添加甘油，搅拌均匀后，再采用球磨机进行球磨处理，然后，进行干燥，得到球磨料b；将球磨料b添加到模具中进行压制，得到添加块料b；硅微粉、铁粉混合重量份比为1:1；所述甘油与硅微粉混合重量份比为1:2。球磨处理处理的球料比为8:1；球磨时间为25小时。
[0040]
（3）熔炼：将添加块料a、添加块料b、球铁基材混合添加到感应电炉内进行熔炼，经过球化孕育处理后，浇注到模具中，进行冷却成型，得到基础件；所述添加块料a、添加块料b、球铁基材混合质量比为：2.5:1.2:80。所述基础件化学成分为：碳3.10wt.%、硅2.18wt.%、锰0.47wt.%、磷0.004wt.%、硫0.006wt.%、镁0.028wt.%、钛0.116wt.%。浇注温度为1390℃；（4）等温处理：将基础件在910℃下保温处理1.2小时，然后再淬火至345℃，保温2小时，再移入228℃，继续保温3小时，然后再空冷至室温，即可。所述淬火为水淬。
[0041]
试验冲击韧性：室温和低温（-20℃）冲击试验在jbw
ꢀ-
3008型冲击试验机上进行：实验前测量试样的缺口处截面积，根据冲击功数值计算冲击韧性，取5次结果的平均值；表1 室温冲击韧性（j/cm
²
）-20℃冲击韧性（j/cm
²
）实施例110.918.98实施例210.828.77实施例311.019.33实施例411.259.76对比例19.127.96空白对照组8.246.18对比例1：与实施例1区别为将添加块料a替换为碳化钛颗粒与铁粉混合物，各元素质量不变；由表1可以看出，本发明方法制备的球墨铸铁具有优异的常温冲击韧性和低温冲击韧
性，能够更好的适应寒冷的环境，提高了其使用寿命，相较于采用碳化钛颗粒进行添加使用，本发明工艺中制备的添加块料a对于球磨铸铁的改善效果更好。
[0042]
拉伸性能；将试样waw-200拉伸试验机上进行拉伸实验，拉伸速率为0.0167mm/s，每组试验3次，取平均值（试样为直径为10mm圆柱体）：表2 拉伸强度mpa延伸率%实施例153816.39实施例253216.21实施例354516.53实施例455216.94空白对照组50214.06空白对照组：不添加添加块料a、添加块料b；由表2可以看出，本发明方法能够显著的改善球铁铸件的拉伸性能，拉伸强度和延长率都具有明显的增加，极大的提高了其应用范围。
[0043]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。