耐热疲劳蠕墨铸铁、铸铁模及其制备方法
【专利摘要】本发明提供一种耐热疲劳蠕墨铸铁，由该耐热疲劳蠕墨铸铁制造的铸铁模及其制备方法，该耐热疲劳蠕墨铸铁按质量百分比由以下化学成分组成：C3.5?3.9％、Si1.6?2.0％、Mn0.5?0.7％、P<0.05％、S<0.015％、Mo0.3?0.6％、Cu0.6?0.8％、Ca0.005?0.032％、RE0.015?0.018％、Ti0?0.008％，Mg0?0.03％，余量为Fe和不可避免的杂质；碳当量CE＝4.3?4.6％。本发明的技术方案可以很好的解决在高温和激冷?激热的环境下服役的铸铁模的耐热疲劳的问题。
【专利说明】
耐热疲劳蠕墨铸铁、铸铁模及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明设及铸造领域，具体设计一种耐热疲劳蠕墨铸铁，由该耐热疲劳蠕墨铸铁 制造的铸铁模及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 模具通常在空气的氧化环境下服役，由于铸铁组织中的石墨颗粒的存在，模具表 面氧化后，氧原子会W石墨缝隙、缩松和裂纹等缺陷作为通道，深入金属内部，导致内部金 属基体的变化，从而引起材质不可逆的变化。灰铁虽然导热性较高，但是由于片状石墨对基 体的割裂作用，导致灰铁的力学性能很差，在运样应力作用下便更早的出现裂纹。
[0003] 从石墨形态来说，片状石墨比表面积大，共晶团之间相互联系形成了氧原子向组 织内部扩散的通道，导致灰铁的抗氧化性较差;球状石墨的比表面积最小，并且相互被金属 集体隔离，石墨颗粒不能成为氧原子的通道，氧化只能逐层进行氧化，运样的组织结构导致 球墨铸铁的抗氧化性好。
[0004] 蠕墨铸铁具有力学性能接近球墨铸铁，导热性与灰铁相近。蠕墨铸铁的石墨形态 是介于片状和球状石墨之间的，通常情况下，蠕墨铸铁的抗氧化性也介于二者之间。为了适 应更恶劣的工作环境，蠕墨铸铁的耐热疲劳性能还有待进一步加强。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种耐热疲劳蠕墨铸铁，由该耐热疲劳蠕墨铸铁制造的铸 铁模及其制备方法，能够显著提高其在高溫和激冷-激热的工作环境下的耐热疲劳性能，即 能够实现在高溫和激冷-激热的工作环境下长时间安全可靠的服役。
[0006] 为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0007] -种耐热疲劳蠕墨铸铁，该耐热疲劳蠕墨铸铁按质量百分比由W下化学成分组 成：〔3.5-3.9%、511.6-2.0%、]?110.5-0.7%、口<0.05%、5<0.015%、]\1〇0.3-0.6%、加0.6- 0.8%、Ca0.005-0.032%、RE0.015-0.018%、Ti0-0.008%，Mg0-0.03%，余量为化和不可避 免的杂质；碳当量CE = 4.3-4.6%，其中碳当量的计算公式为：〔6=[〔+0.3(51+?)+0.45- 0.03Mn] %，该公式中各元素分别代表相应元素在该耐热疲劳蠕墨铸铁中的质量百分比。 [000引进一步地，在上述耐热疲劳蠕墨铸铁中，所述耐热疲劳蠕墨铸铁中，按质量百分比 计，Mo的含量为0.5-0.6%、Cu的含量为0.7-0.8%。
[0009] 进一步地，在上述耐热疲劳蠕墨铸铁中，该耐热疲劳蠕墨铸铁按质量百分比由W 下化学成分组成：〔3.6-3.8%、511.9-2.0%、]?110.5-0.6%、口<0.05%、5<0.015%、]\1〇0.5- 0.6%、Cu 0.7-0.8%、Ca0.00 7-0.032%、RE0.015-0.017%、Mg0.00 5-0.01 %、余量为 Fe 和 不可避免的杂质；或者 C3.6-3.8%、Sil. 9-2.0%、MnO. 5-0.6%、P<0.05%、S<0.015%、Mo 0.5-0.6%、Cu 0.7-0.8%、CaO.005-0.032%、RE0.016-0.018%、TiO.002-0.008%、余量为 化和不可避免的杂质。
[0010] 另一方面，本发明还公开一种耐热疲劳蠕墨铸铁的方法，包括如下步骤：
[0011] (1)配料：按照上述C、Si、Mn质量百分比选取生铁和Q235废钢，其中生铁占80 % - 90%，9235废钢占10%-20%;
[0012] (2)铜钢合金选取:按照权利要求1-3任一所述的合金元素的质量百分比选取铜钢 合金；
[0013] (3)烙炼:将生铁、Q235废钢W及铜钢合金加入电炉中烙炼成铁液，然后将所述铁 液转入精炼炉中进行精炼，精炼过程中，化渣取样进行炉前成分分析，根据检测结果调整铁 液中各成分符合要求，精炼后除渣，在1480°C -1550°C之间将铁液出炉进入蠕化处理；
[0014] (4)蠕化处理:使用包底冲入法工艺，将铁液转入底部放置蠕化剂的诱包中，蠕化 剂选用稀±儀娃铁合金或稀±娃铁合金，蠕化剂的使用量为诱包中铁液总质量的0.5- 0.9%;
[0015] (5)诱注:取样检测合格后，在1430 r -1480 r诱注。
[0016] 进一步地，在上述方法中，在所述步骤(2)中，所述铜钢合金为氧化钢和黄铜。
[0017] 进一步地，在上述方法中，在所述步骤(3)中，所述铁液出炉的溫度为1480°c-1500 〇C。
[0018] 进一步地，在上述方法中，在所述步骤(3)中，将生铁、Q235废钢W及1/2量的铜钢 合金加入电炉中烙炼成铁液，然后将所述铁液转入精炼炉中并随钢流加入剩余1/2量的铜 钢合金。
[0019] 进一步地，在上述方法中，在所述步骤(4)中，当蠕化剂为稀±儀娃铁合金时，使用 量为诱包中铁液总质量的0.52%-0.55%;当蠕化剂为稀±娃铁合金时，使用量为诱包中铁 液总质量的0.75 %-0.85 %;
[0020] 进一步地，在上述方法中，在所述步骤(4)中，将铁液转入底部放置蠕化剂的诱包 中W后，立即取样使用超声测厚仪对蠕化效果进行检测，当超声波纵波声速高于5.6Km/s 时，继续向诱包中铁液加入蠕化剂；当超声波纵波声速低于5.4Km/s时，继续向诱包中注入 铁液，当超声波纵波速位于5.4-5.6Km/s范围内时即完成蠕化处理。
[0021] 另一方面，本发明还公开一种铸铁模，该铸铁模上述的耐热疲劳蠕墨铸铁或者方 法制备而成。
[0022] 分析可知，本发明公开一种耐热疲劳蠕墨铸铁，由该耐热疲劳蠕墨铸铁制造的铸 铁模及其制备方法，本发明的技术方案可W很好的解决在高溫和激冷-激热的环境下服役 的铸铁模的耐热疲劳的问题；由于该蠕墨铸铁具有较好的铸造性能，可W使用消失模铸造 工艺铸造，铸件表面较为平整，不需要进行后续热处理和机械加工即可服役，大大减少生产 成本；同时蠕墨铸铁具有接近灰铸铁的导热性和接近球墨铸铁的力学性能，具有较好的抗 生长性能，保证了铸铁模在服役过程中的尺寸稳定性。
【附图说明】
[0023] 构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示 意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：
[0024] 图1为实施例1使用稀±娃铁合金蠕化处理的铸铁模底部的金相照片；
[0025] 图2为实施例1使用稀±娃铁合金蠕化处理的铸铁模侧壁的金相照片；
[0026] 图3为实施例2使用稀±儀娃铁合金蠕化处理的铸铁模底部的金相照片；
[0027] 图4为实施例2使用稀±儀娃铁合金蠕化处理的铸铁模侧壁的金相照片。
【具体实施方式】
[0028] 下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情 况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可W相互组合。
[0029] 根据本发明的实施例，提供了一种耐热疲劳蠕墨铸铁，该耐热疲劳蠕墨铸铁按质 量百分比包括 W下化学成分：C3.5-3.9%、Sil .6-2.0%、MnO. 5-0.7%、P<0.05%、S< 0.015%、Mo0.3-0.6%、Cu0.6-0.8%、Ca0.005-0.032%、RE0.015-0.018%、Ti0-0.008%， MgO-0.03%，余量为化和不可避免的杂质；碳当量CE = 4.3-4.6%，其中碳当量的计算公式 为:CE=[C+0.3(Si+P)+0.4S-0.03Mn]%，该公式中各元素分别代表相应元素在该耐热疲劳 蠕墨铸铁中的质量百分比。
[0030] 优选地，耐热疲劳蠕墨铸铁中，按质量百分比计，MoO. 5-0.6%、化0.7-0.8%。
[0031] 优选地，该耐热疲劳蠕墨铸铁按质量百分比包括W下化学成分：C3.6-3.8%、 Sil.9-2.0%、Mn0.5-0.6%、P<0.05%、S<0.015%、Mo0.5-0.6%、Cu0.7-0.8%、Ca0.007- 0.032%、360.015-0.017%、]\^0.005-0.01%、余量为。6和不可避免的杂质；或者〔3.6- 3.8%、Sil.9-2.0%、Mn0.5-0.6%、P<0.05%、S<0.015%、Mo 0.5-0.6%、Cu 0.7-0.8%、 Ca0.00 5-0.032%、RE0.016-0.018%、Ti0.00 2-0.008%、余量为化和不可避免的杂质。
[0032] 本发明的耐热疲劳蠕墨铸铁的化学成分及质量百分比的设计原理如下：
[0033] 碳当量:碳当量的计算公式为:CE= [C+0.3(Si+P)+0.4S-0.03Mn] %，公式中各元 素分别代表相应元素在该耐热疲劳蠕墨铸铁中的质量百分比。在该蠕墨铸铁中对力学性能 的影响不如在灰铸铁中那样敏感，亚共晶成分有利于蠕虫状石墨的形成。但如果碳当量太 高，铸件容易出现缩孔缩松并增大白口倾向和降低铁液的流动性，初晶石墨析出太多，会出 现石墨漂浮，甚至是铁液流动性迅速恶化。因此，本发明的碳当量需要控制在4.3-4.6%。
[0034] 碳:蠕化处理前铁液中碳含量控制在3.5%-3.9%即可，蠕化处理前铁液中碳含量 的控制对蠕化处理和蠕铁性能影响不敏感;优选地，制备厚大件或珠光体蠕墨铸铁通常取 上述范围值的下限，薄小件或铁素体蠕墨铸铁通常取上述范围值的上限；
[0035] 娃:终娃1.6-2.0%，优选地，厚大件或珠光体通常取下限，薄小件或铁素体取蠕墨 铸铁通常取上述范围值的上限；终娃含量低于上述范围，对蠕墨铸铁的白口倾向影响很敏 感;优选采用1.9-2.0%。
[0036] 儘:儘含量在0.5-0.7 %范围内对珠光体的数量的影响不敏感;但儘含量高于上述 范围的上限，会出现脆性相，导致力学性能和切削加工性能恶化;优选采用0.5-0.6%。
[0037] 钢:钢在铸铁中，含量小于0.6%对稳定碳化物的作用比较溫和，本申请采用0.3- 0.6%，主要作用是细化珠光体和石墨;优选采用0.5-0.6%。
[0038] 铜：铜在铸铁中，主要作用是促进共晶阶段的石墨化，降低奥氏体转变临近溫度， 细化并增加珠光体，同时细化石墨颗粒，本申请采用0.6-0.8%，优选采用0.7-0.8%。
[0039] 憐:本申请采用<0.05 %，憐含量在本发明的范围内对蠕化效果的影响不明显，且 蠕化处理前后其含量变化不大，含憐量的增加会明显加大蠕墨铸铁缩孔缩松的倾向，降低 致密性和材质力学性能。
[0040] 硫:本申请采用<0.015%，硫会消耗蠕化元素稀±、儀、巧，严重影响蠕化的处理效 果。如果原铁液中的含硫量越大，稀±残余量分析结果越不真实且不稳定。
[0041 ]本发明得到的蠕墨铸铁的铸态组织为：
[0042] 蠕化率:80% ;
[0043] 基体组织为:珠光体+铁素体，其中珠光体占75%-85% ;
[0044] 抗拉强度 >400Mpa;
[0045] 延伸率>3%。
[0046] 本发明得到的蠕墨铸铁可在高溫和激冷-激热的环境下服役，且寿命长，服役期间 性能稳定，降低了该类环境下使用的铸铁的生产成本。
[0047] 本发明还公开一种制备所述耐热疲劳蠕墨铸铁的方法，包括如下步骤：
[004引 （1)配料：按照上述C、Si、Mn质量百分比选取生铁和Q235废钢，其中生铁占80 % - 90%(比如82%、83%、85%、87%、89%)，9235废钢占10%-20%(比如12%、13%、15%、 16%、18%);
[0049] (2)铜钢合金选取:按照上述合金元素的质量百分比选取铜钢合金其中，铜钢合金 的使用量应该考虑到烧损情况;优选地，在所述步骤(2)中，Mo:由于钢酸巧在热分解时会释 放出有毒的含钢烟雾，所WMoW氧化钢的形式加入。
[0050] 优选地，在所述步骤(2)中，Cu:由于黄铜的价格较紫铜便宜，铜W黄铜的形式加 入。
[0051] (3)烙炼:将生铁、Q235废钢W及黄铜和氧化钢加入电炉中烙炼成铁液，然后将所 述铁液转入精炼炉中进行精炼，精炼过程中，化渣取样进行炉前成分分析，根据检测结果调 整铁液中各成分符合要求，精炼后除渣，在1480°C-1550°C (比如1490°C、1500°C、1510°C、 1520°C、1530°C、1540°C)之间将铁液出炉进入蠕化处理;优选地，铁液出炉溫度为1480°C- 1500°C，在该溫度下出炉蠕化效果更好，得到的铸铁性能更优异。优选地，将生铁、Q235废钢 W及1/2量的黄铜和氧化钢加入电炉中烙炼成铁液，然后将所述铁液转入精炼炉中并随钢 流加入剩余1/2量的黄铜和氧化钢。
[0052] (4)蠕化处理:使用包底冲入法工艺，将铁液转入底部放置蠕化剂的诱包中，蠕化 剂选用稀±儀娃铁合金或稀±娃铁合金，蠕化剂的使用量为诱包中铁液总质量的0.5- 0.9%，优选地，当蠕化剂为稀±儀娃铁合金时，使用量为诱包中铁液总质量的0.52%- 0.55% ;当蠕化剂为稀±娃铁合金时，使用量为诱包中铁液总质量的0.75 %-0.85 % ;随后， 立即取样使用超声测厚仪对蠕化效果进行检测，当超声波纵波声速高于5.6Km/s时，继续向 诱包中铁液加入蠕化剂；当超声波纵波声速低于5.4Km/s时，继续向诱包中注入铁液，当超 声波纵波速位于5.4-5.6Km/s范围内时即完成蠕化处理(即蠕化率可达到80 % )。
[0053] 优选地，蠕化处理如下：先将占待诱入诱包中铁液总质量0.3-0.35%的稀±儀娃 铁合金蠕化剂置于诱包的底部，然后将铁液诱入所述诱包中，同时顺钢流加入占待诱入诱 包中铁液总质量0.15-0.17%的稀±儀娃铁合金蠕化剂;或者先将占待诱入诱包中铁液总 质量0.5-0.57 %的稀±娃铁合金蠕化剂置于诱包的底部，然后将铁液诱入所述诱包中，同 时顺钢流加入占待诱入诱包中铁液总质量0.25-0.28%的稀±娃铁合金蠕化剂;分两次加 入可W避免由于采用包底冲入法加入导致混合不均匀。
[0054] 优选地，当超声波纵波声速高于5.6Km/s时，按照超声波纵波声速与5.6Km/s每相 差1.5m/s向诱包中加入占诱包中铁水总质量0.063%的稀±娃铁合金或者加入占入诱包中 铁水总质量0.0385 %的稀±儀娃铁合金;当超声波纵波声速低于5.4Km/s时，按照超声波纵 波速度与5.4Km/s每相差15m/s向诱包中继续注入占诱包中总铁水质量1 %的铁液。
[0055] 本发明中使用的稀±儀娃铁合金和稀±娃铁合金的成分如下表1，其属于市售产 品，产品牌号或型号为195032(稀±娃铁合金)和195101A(稀±儀娃铁合金）。
[0056] 表1稀±補铁合舍巧稀±儀補铁合舍的成分表
[0化7]
[0化引（5)诱注：在 1430 °C -1480 °C (比如 1440 °C、1450 °C、1460 °C、1470 °C、1475 °C)条件下 进行诱注。
[0059] 本发明还公开一种铸铁模，该铸铁模采用上述方法制造而成。
[0060] 实施例1:
[0061] 本实施例制备的耐热疲劳蠕墨铸铁按质量百分比包括W下化学成分:C3.7%、Si 1.8%、Mn0.5%、Mo0.5%、Cu0.6%、P0.035%、S0.01%、Ca0.008%、RE0.016%、Ti0.004%、 余量化和不可避免的杂质元素。CE = 4.3%。
[0062] 制备上述成分设计的蠕墨铸铁及铸铁模的方法，包括如下步骤：
[0063] (1)配料:按照C、Si、Mn质量百分比选取生铁和Q235废钢，其中Q235废钢占二者总 质量的15%，生铁占二者总质量的85% ;
[0064] (2)铜钢合金选取：按照合金元素的质量百分比计算合金元素加入量:M〇0.5%， 化0.6% ;其中MoW氧化钢加入，化W黄铜加入。
[0065] (3)烙炼:将生铁、Q235废钢W及1/2量的氧化钢和黄铜加入电炉中烙炼成铁液，然 后将所述铁液转入精炼炉中并随钢流加入剩余1/2氧化钢和黄铜，精炼过程中，化渣取样进 行炉前成分分析，根据检测结果调整铁液中各成分符合要求，精炼后除渣，在1510°C将铁液 出炉；
[0066] (4)蠕化处理:使用包底冲入法工艺，将铁液转入底部放置蠕化剂的诱包中，放置 诱包底部的蠕化剂选用稀±娃铁合金，底部放置的蠕化剂的量为转入诱包中铁液总质量的 0.57%，另在将铁液转入诱包的过程中加入占转入诱包铁水总质量为0.28%的稀±娃铁合 金，待5分钟后，炉中取样，使用超声测厚仪对蠕化率进行测量，根据检测结果对诱包中铁液 的蠕化率进行及时调整，调整规则如下：当超声波纵波声速高于5.6Km/s时，按照超声波纵 波声速与5.6Km/s每相差1.5m/s向诱包中加入占诱包中铁水总质量0.063%的稀±娃铁合 金，当超声波纵波声速低于5.4Km/s时，按照超声波纵波速度与5.4Km/s每相差15m/s向诱包 中继续注入占诱包中总铁水质量1%的铁液;调整后取样测定超声波纵波声速为5.5Km/s， 此时蠕化率接近80 %。
[0067] (5)诱注:铁液溫度在1450°C时，把金属液注入铸铁模的消失模模样中，经过冷却 后落砂，得到铸铁模。
[0068] 本实施例所得蠕墨铸铁铸铁模平均厚度为35mm，金相照片如图1和图2所示。从图 中可W看到组织的基体为铁素体+珠光体，蠕虫状石墨较为圆整。对蠕墨铸铁进行力学性能 测试，测试结果如下，抗拉强度为400MPa，延伸率为3.5 %。
[0069] 对诱注试样进行如下测试:试样尺寸为30mmX25mmX 15mm，热疲劳溫度区间：最高 溫度900°C;最低溫度25°C。实验过程:先把电阻炉加热至900°C，然后将试样放入电阻炉中 加热3分钟后取出，将试样放入25°C的自来水中冷却，如此往复循环，当试样由于内外溫度 差引起的热应力损坏出现宏观裂纹停止实验。
[0070] 采用10个试样进行平行试验，试样出现宏观裂纹的平均次数为80次。
[0071] 实施例2:
[0072] 本实施例制备的耐热疲劳蠕墨铸铁各化学成分及质量百分含量如下:C3.8%、Si 1.7%、Mn0.5%、Mo0.6%、Cu0.8%、Ca0.008%、RE0.018%、Ti0.005%、P0.03%、S0.01%， 余量化和不可避免的杂质元素 。CE = 4.3。
[0073] 制备上述成分设计的蠕墨铸铁及铸铁模的方法，包括如下步骤：
[0074] (1)配料:按照C、Si、Mn质量百分比选取生铁80%，Q235废钢20% ;
[0075] (2)铜钢合金选取：按照合金元素的质量百分比计算合金元素加入量:M〇0.6%， 化0.8% ;其中MoW氧化钢加入，化W黄铜加入。
[0076] (3)烙炼:将生铁、Q235废钢W及1/2量的氧化钢和黄铜加入电炉中烙炼成铁液，然 后将所述铁液转入精炼炉中并随钢流加入剩余1/2氧化钢和黄铜，精炼过程中，化渣取样进 行炉前成分分析，根据检测结果调整铁液中各成分符合要求，精炼后除渣，在1510°C将铁液 出炉；
[0077] (4)蠕化处理:使用包底冲入法工艺，将铁液转入底部放置蠕化剂的诱包中，放置 诱包底部的蠕化剂选用稀±娃铁合金，底部放置的蠕化剂的量为转入诱包中铁液总质量的 0.57%，另在将铁液转入诱包的过程中加入占转入诱包铁水总质量为0.28%的稀±娃铁合 金，待5分钟后，炉中取样，使用超声测厚仪对蠕化率进行测量，根据检测结果对诱包中铁液 的蠕化率进行及时调整，调整规则如下：当超声波纵波声速高于5.6Km/s时，按照超声波纵 波声速与5.6Km/s每相差1.5m/s向诱包中加入占诱包中铁水总质量0.063%的稀±娃铁合 金，当超声波纵波声速低于5.4Km/s时，按照超声波纵波速度与5.4Km/s每相差15m/s向诱包 中继续注入占诱包中总铁水质量1%的铁液;调整后取样测定超声波纵波声速为5.5Km/s， 此时蠕化率接近80 % ;
[0078] (5)诱注:取样检测合格后，铁液溫度在147(TC时，把金属液注入铸铁模的消失模 模样中，经过冷却后落砂，得到铸铁模。
[0079] 本实施例所得蠕墨铸铁铸铁模平均厚度为35mm，金相照片如图3和图4所示。从图 中可W看到组织的基体为铁素体+珠光体，蠕虫状石墨较为圆整，组织致密，无缩孔、缩松等 铸造缺陷。对蠕墨铸铁进行力学性能测试，测试结果如下，抗拉强度为450M化，延伸率为 4%。
[0080] 对诱注试样进行如下测试:试样尺寸为30mm X 25mm X 15mm，热疲劳溫度区间：最高 溫度900°C;最低溫度25°C。实验过程:先把电阻炉加热至900°C，然后将试样放入电阻炉中 加热3分钟后取出，将试样放入25°C的自来水中冷却，如此往复循环，当试样由于内外溫度 差引起的热应力损坏出现宏观裂纹停止实验。
[0081] 采用10个试样进行平行试验，试样出现宏观裂纹的平均次数为86次。
[0082] 实施例3:
[0083] 本实施例制备的耐热疲劳蠕墨铸铁各化学成分及质量百分含量如下:C3.7%、Si 2.0%、Mn0.6%、Mo0.55%、Cu0.75%、Ca0.01%、RE0.017%、Ti0.006%、P0.02%、S0.01%， 余量化和不可避免的杂质元素 。CE = 4.3。
[0084] 制备上述成分设计的蠕墨铸铁及铸铁模的方法，包括如下步骤：
[00化](1)配料:按照C、Si、Mn质量百分比选取生铁80%，Q235废钢20% ;
[0086] (2)铜钢合金选取:按照合金元素的质量百分比计算合金元素加入量:M〇0.55%， 化0.75 % ;其中Mo W氧化钢加入，化W黄铜加入。
[0087] (3)烙炼:将生铁、Q235废钢W及1/2量的氧化钢和黄铜加入电炉中烙炼成铁液，然 后将所述铁液转入精炼炉中并随钢流加入剩余1/2氧化钢和黄铜，精炼过程中，化渣取样进 行炉前成分分析，根据检测结果调整铁液中各成分符合要求，精炼后除渣，在149(TC将铁液 出炉；
[0088] (4)蠕化处理:使用包底冲入法工艺，将铁液转入底部放置蠕化剂的诱包中，放置 诱包底部的蠕化剂选用稀±娃铁合金，底部放置的蠕化剂的量为转入诱包中铁液总质量的 0.57%，另在将铁液转入诱包的过程中加入占转入诱包铁水总质量为0.28%的稀±娃铁合 金，待5分钟后，炉中取样，使用超声测厚仪对蠕化率进行测量，根据检测结果对诱包中铁液 的蠕化率进行及时调整，调整规则如下：当超声波纵波声速高于5.6Km/s时，按照超声波纵 波声速与5.6Km/s每相差1.5m/s向诱包中加入占诱包中铁水总质量0.063%的稀±娃铁合 金，当超声波纵波声速低于5.4Km/s时，按照超声波纵波速度与5.4Km/s每相差15m/s向诱包 中继续注入占诱包中总铁水质量1%的铁液;调整后取样测定超声波纵波声速为5.5Km/s， 此时蠕化率接近80 % ;
[0089] (5)诱注:取样检测合格后，铁液溫度在143(TC时，把金属液注入铸铁模的消失模 模样中，经过冷却后落砂，得到铸铁模。
[0090] 本实施例所得蠕墨铸铁铸铁模平均厚度为35mm，从其金相组织图中可W看到组织 的基体为铁素体+珠光体，蠕虫状石墨较为圆整，组织致密，无缩孔、缩松等铸造缺陷。对蠕 墨铸铁进行力学性能测试，测试结果如下，抗拉强度为500MPa，延伸率为4%。
[0091 ] 对诱注试样进行如下测试:试样尺寸为30mm X 25mm X 15mm，热疲劳溫度区间：最高 溫度900°C;最低溫度25°C。实验过程:先把电阻炉加热至900°C，然后将试样放入电阻炉中 加热3分钟后取出，将试样放入25°C的自来水中冷却，如此往复循环，当试样由于内外溫度 差引起的热应力损坏出现宏观裂纹停止实验。
[0092] 采用10个试样进行平行试验，试样出现宏观裂纹的平均次数为100次。
[0093] 实施例4:
[0094] 本实施例制备的耐热疲劳蠕墨铸铁各化学成分及质量百分含量如下:C3.7%、Si 2.0%、Mn0.6%、M〇0.55%、加0.75%、Ca0.01%、RE0.017%、Ti0.006%、P0.04%、S< 0.008%，余量化和不可避免的杂质元素 。CE = 4.3。
[00%]制备上述成分设计的蠕墨铸铁及铸铁模的方法，包括如下步骤：
[0096] (1)配料:按照C、Si、Mn质量百分比选取生铁80%，Q235废钢20% ;
[0097] (2)铜钢合金选取:按照合金元素的质量百分比计算合金元素加入量:M〇0.55%， 化0.75 % ;其中Mo W氧化钢加入，化W黄铜加入。
[009引（3)烙炼:将生铁、Q235废钢W及全部的氧化钢和黄铜加入电炉中烙炼成铁液，然 后将所述铁液转入精炼炉中进行精炼，精炼过程中，化渣取样进行炉前成分分析，根据检测 结果调整铁液中各成分符合要求，精炼后除渣，在1500°C将铁液出炉；
[0099] (4)蠕化处理:使用包底冲入法工艺，将铁液转入底部放置蠕化剂的诱包中，放置 诱包底部的蠕化剂选用稀±娃铁合金，底部放置的蠕化剂的量为转入诱包中铁液总质量的 0.57%，另在将铁液转入诱包的过程中加入占转入诱包铁水总质量为0.28%的稀±娃铁合 金，待5分钟后，炉中取样，使用超声测厚仪对蠕化率进行测量，根据检测结果对诱包中铁液 的蠕化率进行及时调整，调整规则如下：当超声波纵波声速高于5.6Km/s时，按照超声波纵 波声速与5.6Km/s每相差1.5m/s向诱包中加入占诱包中铁水总质量0.063%的稀±娃铁合 金，当超声波纵波声速低于5.4Km/s时，按照超声波纵波速度与5.4Km/s每相差15m/s向诱包 中继续注入占诱包中总铁水质量1%的铁液;调整后取样测定超声波纵波声速为5.5Km/s， 此时蠕化率接近80 % ;
[0100] (5)诱注:取样检测合格后，铁液溫度在144(TC时，把金属液注入铸铁模的消失模 模样中，经过冷却后落砂，得到铸铁模。
[0101] 本实施例所得蠕墨铸铁铸铁模平均厚度为35mm，从其金相组织图中可W看到组织 的基体为铁素体+珠光体，蠕虫状石墨较为圆整，组织致密，无缩孔、缩松等铸造缺陷。对蠕 墨铸铁进行力学性能测试，测试结果如下，抗拉强度为480MPa，延伸率为3.5 %。
[0102] 对诱注试样进行如下测试:试样尺寸为30mm X 25mm X 15mm，热疲劳溫度区间：最高 溫度900°C;最低溫度25°C。实验过程:先把电阻炉加热至900°C，然后将试样放入电阻炉中 加热3分钟后取出，将试样放入25°C的自来水中冷却，如此往复循环，当试样由于内外溫度 差引起的热应力损坏出现宏观裂纹停止实验。
[0103] 采用10个试样进行平行试验，试样出现宏观裂纹的平均次数为95次。
[0104] 实施例5:
[0105] 本实施例制备的耐热疲劳蠕墨铸铁各化学成分及质量百分含量如下:C3.7%、Si 1.9%、Mn0.5%、M〇0.55%、加0.75%、Ca0.008% 'RE0.016%、Mg0.008%、P0.04%、 S0.0 1 %，余量化和不可避免的杂质元素 。CE = 4.3。
[0106] 制备上述成分设计的蠕墨铸铁及铸铁模的方法，包括如下步骤：
[0107] (1)配料:按照C、Si、Mn质量百分比选取生铁80%，Q235废钢20% ;
[0108] (2)铜钢合金选取：按照合金元素的质量百分比计算合金元素加入量:M〇0.6%， 化0.8% ;其中MoW氧化钢加入，化W黄铜加入。
[0109] (3)烙炼:将生铁、Q235废钢W及1/2量的铜钢合金加入电炉中烙炼成铁液，然后将 所述铁液转入精炼炉中并随钢流加入剩余1/2铜钢合金，精炼过程中，化渣取样进行炉前成 分分析，根据检测结果调整铁液中各成分符合要求，精炼后除渣，在149(TC将铁液出炉；
[0110] (4)蠕化处理:使用包底冲入法工艺，将铁液转入底部放置蠕化剂的诱包中，放置 诱包底部的蠕化剂选用稀±儀娃铁合金，底部放置的蠕化剂的量为转入诱包中铁液总质量 的0.32%，另在将铁液转入诱包的过程中加入占转入诱包铁水总质量为0.16%的稀±儀娃 铁合金，待5分钟后，炉中取样，使用超声测厚仪对蠕化率进行测量，根据检测结果对诱包中 铁液的蠕化率进行及时调整，调整规则如下：当超声波纵波声速高于5.6Km/s时，按照超声 波纵波声速与5.6Km/s每相差1.5m/s向诱包中加入占入诱包中铁水总质量0.0385%的稀± 儀娃铁合金，当超声波纵波声速低于5.4Km/s时，按照超声波纵波速度与5.4Km/s每相差 15m/s向诱包中继续注入占诱包中总铁水质量1 %的铁液;调整后取样测定超声波纵波声速 为5.6Km/s，此时蠕化率接近80 % ;
[0111] (5)诱注:取样检测合格后，铁液溫度在145(TC时，把金属液注入铸铁模的消失模 模样中，经过冷却后落砂，得到铸铁模。
[0112] 本实施例所得蠕墨铸铁铸铁模平均厚度为35mm，从其金相组织图中可W看到组织 的基体为铁素体+珠光体，蠕虫状石墨较为圆整，组织致密，无缩孔、缩松等铸造缺陷。对蠕 墨铸铁进行力学性能测试，测试结果如下，抗拉强度为480MPa，延伸率为3.8 %。
[0113] 对诱注试样进行如下测试:试样尺寸为30mmX25mmX 15mm，热疲劳溫度区间：最高 溫度900°C;最低溫度25°C。实验过程:先把电阻炉加热至900°C，然后将试样放入电阻炉中 加热3分钟后取出，将试样放入25°C的自来水中冷却，如此往复循环，当试样由于内外溫度 差引起的热应力损坏出现宏观裂纹停止实验。
[0114] 采用10个试样进行平行试验，试样出现宏观裂纹的平均次数为98次。
[011引实施例6:
[0116] 本实施例制备的耐热疲劳蠕墨铸铁各化学成分及质量百分含量如下:C3.9%、Si 1.7%、Mn0.7%、Mo0.4%、Cu0.6%、Ca0.009%、RE0.016%、Mg0.009%、P0.02%、S0.009%， 余量化和不可避免的杂质元素 。CE = 4.4。
[0117] 制备上述成分设计的蠕墨铸铁及铸铁模的方法，包括如下步骤：
[0118] (1)配料:按照C、Si、Mn质量百分比选取生铁80%，Q235废钢20%;
[0119] (2)铜钢合金选取：按照合金元素的质量百分比计算合金元素加入量:M〇0.4%、 化0.6% ;其中MoW氧化钢加入，化W黄铜加入。
[0120] (3)烙炼:将生铁、Q235废钢W及全部的氧化钢和黄铜加入电炉中烙炼成铁液，然 后将所述铁液转入精炼炉中进行精炼，精炼过程中，化渣取样进行炉前成分分析，根据检测 结果调整铁液中各成分符合要求，精炼后除渣，在1510°C将铁液出炉；
[0121] (4)蠕化处理:使用包底冲入法工艺，将铁液转入底部放置蠕化剂的诱包中，放置 诱包底部的蠕化剂选用稀±儀娃铁合金，底部放置的蠕化剂的量为转入诱包中铁液总质量 的0.32%，另在将铁液转入诱包的过程中加入占转入诱包铁水总质量为0.16%的稀±儀娃 铁合金，待5分钟后，炉中取样，使用超声测厚仪对蠕化率进行测量，根据检测结果对诱包中 铁液的蠕化率进行及时调整，调整规则如下：当超声波纵波声速高于5.6Km/s时，按照超声 波纵波声速与5.6Km/s每相差1.5m/s向诱包中加入占入诱包中铁水总质量0.0385%的稀± 儀娃铁合金，当超声波纵波声速低于5.4Km/s时，按照超声波纵波速度与5.4Km/s每相差 15m/s向诱包中继续注入占诱包中总铁水质量1 %的铁液;调整后取样测定超声波纵波声速 为5.6Km/s，此时蠕化率接近80 % ;
[0122] (5)诱注:取样检测合格后，铁液溫度在145(TC时，把金属液注入铸铁模的消失模 模样中，经过冷却后落砂，得到铸铁模。
[0123] 本实施例所得蠕墨铸铁铸铁模平均厚度为35mm，金从其金相组织图中可W看到组 织的基体为铁素体+珠光体，蠕虫状石墨较为圆整，组织致密，无缩孔、缩松等铸造缺陷。对 蠕墨铸铁进行力学性能测试，测试结果如下，抗拉强度为410MPa，延伸率为3%。
[0124] 对诱注试样进行如下测试:试样尺寸为30mm X 25mm X 15mm，热疲劳溫度区间：最高 溫度900°C;最低溫度25°C。实验过程:先把电阻炉加热至900°C，然后将试样放入电阻炉中 加热3分钟后取出，将试样放入25°C的自来水中冷却，如此往复循环，当试样由于内外溫度 差引起的热应力损坏出现宏观裂纹停止实验。
[0125] 采用10个试样进行平行试验，试样出现宏观裂纹的平均次数为80次。
[0126] 从W上的描述中，可W看出，与现有技术相比，本发明上述的实施例实现了如下技 术效果：
[0127] 由于本发明得到的蠕墨铸铁的最大优势是:可在高溫和激冷-激热的环境下服役， 且寿命长，服役期间性能稳定，降低了该类环境下使用的铸铁的生产成本。
[0128] W上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人 员来说，本发明可W有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、 等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种耐热疲劳蠕墨铸铁，其特征在于，该耐热疲劳蠕墨铸铁按质量百分比由以下化 学成分组成：C3.5-3.9%、Sil.6-2.0%、ΜηΟ·5-0.7%、Ρ〈0·05%、S〈0.015%、Μ〇0· 3-0.6%、 CuO · 6-0 · 8%、CaO · 005-0 · 032%、REO · 015-0 · 018%、Ti〇-〇 · 008%，Mg〇-〇 · 03 %，余量为Fe和 不可避免的杂质；碳当量CE = 4.3-4.6%，其中碳当量的计算公式为:CE=[C+0.3(Si+P) + 0.4S-0.03Mn]%，该公式中各元素分别代表相应元素在该耐热疲劳蠕墨铸铁中的质量百分 比。2. 根据权利要求1所述的耐热疲劳蠕墨铸铁，其特征在于，所述耐热疲劳蠕墨铸铁中， 按质量百分比计，Mo的含量为0.5-0.6%、Cu的含量为0.7-0.8%。3. 根据权利要求1所述的耐热疲劳蠕墨铸铁，其特征在于，该耐热疲劳蠕墨铸铁按质量 百分比由以下化学成分组成：C3.6-3.8%、Sil .9-2.0%、ΜηΟ· 5-0.6%、Ρ〈0· 05%、S〈 0.015%、Mo0.5-0.6%、Cu0.7-0.8%、Ca0.007-0.032%、RE0.015-0.017%、Mg0.005-0 · 01 %、余量为Fe和不可避免的杂质；或者C3 · 6-3 · 8 %、Si 1 · 9-2 · 0 %、MnO · 5-0 · 6 %、P〈 0.05%、S〈0.015%、M〇 0.5-0.6%、Cu 0.7-0.8%、Ca0.00 5-0.032%、RE0.016-0.018%、 Ti0.00 2-0.008%、余量为Fe和不可避免的杂质。4. 制备权利要求1至3中任一项所述的耐热疲劳蠕墨铸铁的方法，其特征在于:包括如 下步骤： (1) 配料:按照权利要求1-3任一所述的C、Si、Mn质量百分比选取生铁和Q235废钢，其中 生铁占80%-90%，Q235废钢占 10%-20% ; (2) 铜钼合金选取：按照权利要求1-3任一所述的合金元素的质量百分比选取铜钼合 金； (3) 熔炼:将生铁、Q235废钢以及铜钼合金加入电炉中熔炼成铁液，然后将所述铁液转 入精炼炉中进行精炼，精炼过程中，扒渣取样进行炉前成分分析，根据检测结果调整铁液中 各成分符合要求，精炼后除渣，在1480 °C -1550 °C之间将铁液出炉进入蠕化处理； (4) 蠕化处理:使用包底冲入法工艺，将铁液转入底部放置蠕化剂的浇包中，蠕化剂选 用稀土镁硅铁合金或稀土硅铁合金，蠕化剂的使用量为浇包中铁液总质量的0.5-0.9%; (5) 浇注:取样检测合格后，在1430°(：-1480°(：浇注。5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于:在所述步骤(2)中，所述铜钼合金为氧化钼 和黄铜。6. 根据权利4所述的方法，其特征在于:在所述步骤(3)中，所述铁液出炉的温度为1480 。(:-1500。。。7. 根据权利4所述的方法，其特征在于:在所述步骤(3)中，将生铁、Q235废钢以及1/2量 的铜钼合金加入电炉中熔炼成铁液，然后将所述铁液转入精炼炉中并随钢流加入剩余1/2 量的铜钼合金。8. 根据权利4所述的方法，其特征在于:在所述步骤(4)中，当蠕化剂为稀土镁硅铁合金 时，使用量为浇包中铁液总质量的〇. 52 %-0.55 % ;当蠕化剂为稀土硅铁合金时，使用量为 浇包中铁液总质量的0.75%-0.85%。9. 根据权利4所述的方法，其特征在于:在所述步骤(4)中，将铁液转入底部放置蠕化剂 的浇包中以后，立即取样使用超声测厚仪对蠕化效果进行检测，当超声波纵波声速高于 5.6Km/s时，继续向浇包中铁液加入蠕化剂;当超声波纵波声速低于5.4Km/s时，继续向浇包 中注入铁液，当超声波纵波速位于5.4-5.6Km/s范围内时即完成蠕化处理。10.-种铸铁模，其特征在于:该铸铁模由权利1至9中任一项所述的耐热疲劳蠕墨铸铁 或者方法制备而成。
【文档编号】C22C33/08GK106048402SQ201610679544
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年8月17日
【发明人】许磊, 霍晓阳, 王有超, 历长云, 王丽梅, 米国发, 左善超, 王狂飞, 魏娟娟
【申请人】河南理工大学