一种基于锑元素改善的灰铸铁材料及其制备方法和应用与流程

本发明属于铸造材料加工，具体涉及一种基于锑元素改善的灰铸铁材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、灰铸铁是铸铁的一种，主要成分是铁、碳、硅、锰、硫、磷。碳以片状石墨形式存在于铸铁中。断口呈灰色。有良好的铸造、切削性能，耐磨性好。用于制造机架、箱体等。灰铸铁石墨呈片状，有效承载面积比较小，石墨尖端易产生应力集中，所以灰铸铁的强度、塑性、韧度都低于其他铸铁。但具有优良的减振性、低的缺口敏感性和高的耐磨性。

2、灰铸铁由于其性能特性，在空调压缩机核心部件产品，包含主轴承、副轴承、气缸、曲轴、平衡块及活塞等均广泛应用。产品直接影响到大型压缩机制造企业的产能、性能与价格。同时，由于市场原辅材料的价格波动，生产成本的有逐步上升的态势，造成了当前产品成本的增加。基于此，就需要针对性对其中具有规模化使用的原辅材料进行研究分析，探索既能降低成本，又能改善材料理化性能的新的成份组织结构，并进行技术攻关，以在满足客户的标准要求的同时，改善金属材料的性能。

3、现有技术中，普遍采用锡和/或铜等贵重金属元素进行合金化，以提高铸件材料的理化性能及机械性能，并得到了适合产业化应用的产品。但铜市场价格5～7万元/吨，锡市场价格15～30万元/吨，使得铸件制造成本偏高。

4、专利cn 103589944a公开了一种灰铸铁，其各化学成分重量百分比含量为：c：3.1％-3.3％，si:1.8％-2.2％，mn:0.5％-0.8％，p:0-0.04％，s:0.05％-0.1％，cr:0.1％-0.4％，cu:0.3％-0.5％，sn:0-0.06％，sb：＜0.02％，余量为fe。该发明的灰铸铁适合于制造壁厚易收缩、ht300以上牌号的铸造件。通过采用在灰铸铁的生产过程中向铁水加入铜、铬、锑、锡进行合金化等技术手段，以代替现有技术中普遍采用的使用钼和镍进行合金化，从而解决了灰铸铁产品缩松倾向大的问题。但其仍要使用到价格较高的cr、cu、sn。且该铸铁成分适用面窄，机械加工切削性能有待改善，不太适用于空调压缩机核心部件产品的应用，对产品加工过程中的刀具使用寿命有不利影响。

5、专利cn 110607478 a公开了一种灰铸铁气缸套材料，成分为：碳3.25～3.5wt％；硫0.06～0.08wt％；硅2.0～2.5wt％；磷0.06～0.1wt％；锰0.3～0.5wt％；铬0.3～0.5wt％；铜0.6～0.8wt％；铌0.35～0.45wt％；锑0.02～0.04wt％；余量为铁。该发明通过对气缸套材料进行合金元素和工艺设计，使制备得到的灰铸铁气缸套材料的金相组织包括片状石墨、细片状珠光体、约1％的磷共晶，同时金相组织中均匀分布铌碳氮化物。使制备得到的气缸套材料具备高强度、优良的减磨配副性和耐蚀性。该专利需要添加较多量高价格的金属铬、铜、铌，成本较高，且加工切削性能较差。

6、专利cn 109722592 a公开了一种锑钛合金化改善大断面灰铸铁敏感性型材，其化学组成成分及质量百分比为：c：3.1-3.6％、si：2.1-2.7％、mn：0.5-1.0％、ti：0.1-0.5％、sb：0.02-0.1％、s＜0.05％、p＜0.07％、其余为fe。该技术方案在铸铁中添加钛、锑和控制铸造工艺方法获得锑钛合金化改善大断面灰铸铁敏感性型材，该型材具有很低的断面敏感性，具有组织均匀性，兼具有较高的硬度与强度。但该专利技术需要使用到价格昂贵的钛，且材料组成加工困难，不满足空调压缩机核心部件disa生产线垂直铸造生产工艺要求和机械加工切销性能要求，加工刀具成本高、加工效率低。

技术实现思路

1、针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种基于锑元素改善的灰铸铁材料。

2、本发明的另一目的在于提供上述基于锑元素改善的灰铸铁材料的制备方法。

3、本发明的再一目的在于提供上述基于锑元素改善的灰铸铁材料在加工制造空调压缩机核心部件产品中的应用；所述空调压缩机核心部件产品包含主轴承、副轴承、气缸、曲轴、平衡块及活塞。

4、本发明采用新化学成份、新的铸造工艺批量生产出铸件材料，属于在优化改善产品的基础上进行的传统生产工艺的创新，随着新材料产品在空调压缩机零部件市场的应用，不但满足了国内旺盛的空调市场需求，同时也为将来更为先进行的涡旋压缩机零部件等高效能压缩机铸造材料作好了技术沉淀和技术准备，在满足空调行业的快速发展市场需要的基础上，可以为国内空调压缩机零部件传统制造行业研发新的技术，同时减少铸件内部不良的产生的报废现象、提高良品率、降低成本、减少和杜绝因材质不良产生的批量报废的情况。

5、本发明目的通过以下技术方案实现：

6、一种基于锑元素改善的灰铸铁材料，其化学成分组成及含量(质量百分含量)如下：

7、

8、进一步地，所述基于锑元素改善的灰铸铁材料的化学成分组成及含量如下：

9、

10、进一步地，所述基于锑元素改善的灰铸铁材料的化学成分组成及含量如下：

11、

12、所述基于锑元素改善的灰铸铁材料(ht200)的抗拉强度δb≥230mpa。

13、进一步地，所述基于锑元素改善的灰铸铁材料的化学成分组成及含量如下：

14、

15、所述基于锑元素改善的灰铸铁材料(ht250)的抗拉强度δb≥280mpa。

16、上述基于锑元素改善的灰铸铁材料的制备方法，包括如下制备步骤：

17、(1)将铁质原料、硅铁、锰铁、增碳剂投入电炉熔炼，经过三次以上的打渣后加入锑进行熔炼，使锑充分扩散；光谱检测控制成分组成为：c 3.25％～3.40％，si 1.75％～1.90％，mn0.70％～0.85％，p 0～0.06％，s 0.06％～0.09％，sb 0.030％～0.035％，剩余为fe；

18、(2)将硅铁孕育剂加入到步骤(1)的铁水中进行孕育处理；光谱检测控制成分组成为：c 3.25％～3.40％，si 2.20％～2.40％，mn 0.70％～0.85％，p 0～0.06％，s 0.06％～0.09％，sb0.030％～0.035％，剩余为fe；

19、(3)铁水温度控制为>1490℃出炉，转移至浇铸台浇铸，控制首模浇铸温度1420±5℃，尾模温度≥1390℃，得到所述基于锑元素改善的灰铸铁材料。

20、进一步地，步骤(1)中所述铁质原料包括生铁、废钢、铁屑、回炉料中的至少一种。

21、进一步地，步骤(2)中所述孕育采用包内孕育、倒包孕育、随流孕育中的至少一种；其中包内孕育添加量为铁水质量的0.15％，倒包孕育添加量为铁水质量的0.3％，随流孕育添加量为3g/s。

22、上述基于锑元素改善的灰铸铁材料在加工制造空调压缩机核心部件产品中的应用；所述空调压缩机核心部件产品包含主轴承、副轴承、气缸及活塞。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

24、(1)本发明通过加入锑元素可显著改善传统灰铸铁材料的力学性能，其布氏硬度为hb198～hb260，抗拉强度相比未加入锑的传统灰铸铁材料提升一个牌号，ht200材料δb≥230mpa，ht250材料δb≥280mpa。

25、(2)本发明通过加入锑元素可显著改善传统灰铸铁材料的机械加工性能，更加易于切削；易于加工原理来源于金相组织中石墨形态及分布情况更为合理，铸件硬度分布更为均匀，所以在机械加工时可以减少换刀时间，增加有效生产时间，使产量提升，同时也增加刀具寿命，使刀具损耗降低，从而刀具费用减少，折算成每件产品中的成本降低，采用本发明材料化学成份配方及工艺生产，刀具寿命从先前传统灰铸铁生产的40～50件/刃提高到70～100件/刃。

26、(3)本发明材料化学成份配方产品满足disa生产线垂直铸造生产工艺要求；能够有效降低铸造生产过程中的铸造缺陷，提高良品率，提升产品品质；该制造方式满足大规模生产的稳定性要求，能够获得长期品质稳定。

27、(4)本发明材料化学成份配方及制造工艺具有广泛适用性，适用于当前大规模供货的不同产品规格型号的要求。