一种高强度球墨铸铁及其生产方法
【技术领域】
[0001]本发明属于球墨铸铁铸造领域，具体涉及一种高强度球墨铸铁及其生产方法。
【背景技术】
[0002]随着汽车、拖拉机、工程机械等装备发动机功率的增大，对相关承载零部件如曲轴、后桥等的性能要求也不断提尚，曲轴、后桥等零部件材质有锻钢和球墨铸铁，锻钢因为制作工艺复杂和成本高，目前球墨铸铁逐渐替代锻钢在曲轴等上得到广泛应用，在国际标准ISO球墨铸铁和中国标准GB球墨铸铁件，球墨铸铁牌号有QT400-18、QT450-10、QT500-7、QT600-3、QT700-2、QT800-2、QT900-2等，可以看出随着强度提高，伸长率逐渐降低，塑性、韧性和疲劳强度逐渐降低，因此使用标准牌号已不能满足发动机功率提高对零部件材质性能的要求，近年来可以看到很多高强度高韧性非标准牌号的球墨铸铁如QT600-10、QT700-3/7、QT740-3、QT800-5/6、QT850-3/5、QT900-4/5 的应用报道，这些牌号除 QT600-10夕卜，均要求有很高的珠光体含量。对于高强度牌号(如QT700-2?7与QT740-3)，除了要求石墨球化率高、球径小外，通常珠光体含量在70%以上，对于更高强度牌号(如QT800-2?6、QT850-3/5、QT900-2?5等)，技术条件中要求珠光体量在80%以上甚至95%以上。提高珠光体含量以提高强度的方法通常有正火热处理和合金化两种方法。正火热处理由于增加热处理工序，生产流程复杂、生产成本高、铸件容易变形等原因，除非万不得已的情况下，正火热处理一般不被企业所采纳。采用合金化方法增加珠光体含量，常用的合金元素除锰以外有铜、铬、钼、锡、铋、锑等，通常是这些元素中的两种或两种以上配合使用(除锰以外)。例如，中国专利CN201310645883.7“高强度高弹性模量低应力铸态球墨铸铁及其制造方法”，采用的化学成分为 3.7 ?3.9% C，2.0 ?2.2%Si，4.50 ?4.65% CE，0.5 ?0.6%Mn，彡 0.03%P，彡 0.02%S，0.03 ?0.06% Mg，0.01 ?0.02% RE，0.5 ?0.7%Cu，0.05 ?0.06%Sn，即 Cu -Sn合金化、钇基重稀土镁球化包芯线喂丝球化处理和高钙钡孕育剂孕育处理得到珠光体含量彡95%的QT700-3牌号球墨铸铁，用于机床铸件。中国专利CN103805832A “高强度与高韧性的球墨铸铁及由其制造的汽车用配件”，采用Cu-Sn- Bi合金化(0.4?0.8%Cu，0.001?0.03%Sn，0.001?0.03%Bi)生产QT700-7牌号的汽车配件用铸态球墨铸铁。中国期刊《武汉汽车工业大学学报》2000年第5期论文“铸态珠光体球铁显微组织与疲劳性能的关系”，采用的化学成分为3.6?4.0% C，1.8?2.2%Si，0.3?0.5%Mn，0.8?1.0%Cu，
0.004?0.005%Sn，即Cu - Sn合金化，生产出珠光体含量为95%的铸态高强韧性QT740-3富康轿车发动机曲轴。中国期刊《现代铸铁》2003年第2期论文“铸态QT800-2球铁曲轴的试制”，采用的化学成分为 3.6 ?3.8% C，2.0 ?2.4%Si，0.25 ?0.35%Mn，0.3 ?0.4%Cu，
0.18?0.22%Mo，O?0.031%Sb即Cu - Mo-Sb合金化，采用中频电炉熔炼铁水、铁型覆砂造型工艺，选用高纯QlO生铁、C-6S珠光体型球化剂冲入法球化处理、BS-1型高效孕育剂包内孕育加随流孕育等措施，生产出珠光体含量高于80%的QT800-2铸态高强度4JB1发动机曲轴。中国专利CN101343711A “球墨铸铁行星架的生产方法”，采用的化学成分为3.6?3.9% C，1.8 ?2.3%Si，4.38 ?4.56%CE, 0.25 ?0.60%Mn，彡 0.05%P，彡 0.03%S，0.03 ?0.04% Mg，0.02 ?0.03% RE，0.4 ?0.6%Cu，O ?0.06%Sn,彡 0.015Sb，即 Cu-Sn- Sb 合金化、包内冲入法球化处理(球化剂加入量1.3?1.5%)、2?4次孕育、控制铸件冷却方式等措施，生产出珠光体含量大于80%的铸态高强韧性球墨铸铁行星架铸件QT800-3 (实施例，0.5%Cu、0.053%Sn、( 0.015Sb时，抗拉强度815MPa，伸长率3.3%，275HB)。中国期刊《现代铸铁》2005年第5期论文“铸态QT850-3球墨铸铁曲轴的生产”，采用的化学成分为3.7?3.85% C，2.2 ?2.6%Si，0.40 ?0.60%Mn,彡 0.05%P,彡 0.02%S, 0.03 ?0.04% Mg，0.02 ?0.03% RE，0.3?0.5%Cu，0.015?0.020%Sb,即Cu - Sb合金化、采用电炉熔化铁水、铁型覆砂工艺、包内冲入法球化处理、一次冲入随流孕育加二次瞬时孕育等措施，生产出珠光体含量大于80%的铸态高强韧性QT850-3柴油机曲轴。中国专利CN103602880A“一种高强韧性QT850-5曲轴的铸态生产方法”，采用的化学成分为3.7?3.8% C，2.1?2.3%Si，0.35?0.45%Mn，0.025-0.40%P，0.005-0.015%S，0.038 ?0.055% Mg，0.015 ?0.025% RE，0.6 ?0.7%Cu，0.014?0.022%Sn，即Cu - Sn合金化、采用电炉熔化铁水、铁型覆砂工艺、盖包球化处理、高钡孕育剂包内孕育加随流孕育等措施，生产铸态高强韧性QT850-5柴油机曲轴。中国期刊《现代铸铁》1996年第2期论文“用Cu-Sb合金化生产铸态QT900-2球墨铸铁曲轴”，采用的化学成分为 3.6 ?3.8% C，2.0 ?2.4%Si，0.3 ?0.5%Mn，( 0.050%P，( 0.020%S，
0.030 ?0.040% Mg，0.020 ?0.030% RE，0.2 ?0.4%Cu，0.02 ?0.03%Sb，即 Cu - Sb 合金化、采用电炉熔化铁水、铁型覆砂工艺，生产铸态高强韧性QT900-2发动机曲轴。中国专利CN1350069 “高强度合金球墨铸铁曲轴及其生产方法”，采用的化学成分为3.6?3.8% C，
1.9 ?2.3%Si，0.3 ?0.5%Mn，< 0.05%P, < 0.035%S, 0.03 ?0.05% Mg，0.02 ?0.035% RE，
0.4?0.6%Cu，0.1?0.2% Mo，即Cu - Mo合金化，采用冲天炉熔炼铁液，多次孕育，生产出QT900-4曲轴。可以看出，生产700MPa以上高强度球墨铸铁，有效的合金化方式是铜与锡、钼、铋、锑等配合使用，如Cu - SnXu - Sn - SbXu - Sn-BiXu-MoXu - Sb。由于钼价格昂贵，使用成本高，一般工厂难以承受；铬应用也较少。有资料认为其促进珠光体形成能力约为锡的10倍，铜的20倍甚至100倍，因此采用锑微量合金化可有效提高球墨铸铁的珠光体含量，显著降低原材料成本。但是，球铁中锑的适宜加入量看法不统一，认为锑含量较高时，球墨铸铁件薄壁处组织中易出现渗碳体，降低球墨铸铁的塑性和韧性。
【发明内容】
[0003]综上所述，为了克服现有技术的不足，本发明采用的技术方案如下:
一种高强度球墨铸铁，其组分质量百分比为:C 3.60-3.90%，Si 2.2-2.7%，Mn
0.40-0.55%，P 彡 0.06%，S 彡 0.03%，Mg 0.030-0.060%，RE 0.020-0.040%，Cu 0.5-0.7%，Sb 0.012-0.016%，余量为Fe及不可避免的少量杂质。
[0004]一种尚强初球墨铸铁的制备方法，包括如下步骤:
a、