一种高强度高延伸率铸态球墨铸铁
阅读说明：本技术 一种高强度高延伸率铸态球墨铸铁 (High-strength high-elongation as-cast nodular cast iron ) 是由 焦金国 焦洪雷 焦洪开 于 2020-10-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种高强度高延伸率铸态球墨铸铁,化学成分的质量百分数为：C含量3.7％-3.8％、Si含量2.4％-2.6％、Mn含量0.3％-0.4％、Mg含量0.01%-0.05%、Cu含量0.15%-0.3%、Cr含量0.09％-0.14％、Sn含量0.02％-0.025％、Mo含量0.04％-0.06％、铸元素变质剂0.03％-0.035％、P含量≤0.07%、S含量≤0.03%、剩余为铁元素及不可避杂质。本发明利用合金元素调控基体组织、提高球墨铸铁件的综合力学能力,使其同时具有较高强度和高的延伸率。(The invention relates to high-strength high-elongation as-cast nodular cast iron which comprises the following chemical components in percentage by mass: 3.7 to 3.8 percent of C, 2.4 to 2.6 percent of Si, 0.3 to 0.4 percent of Mn, 0.01 to 0.05 percent of Mg, 0.15 to 0.3 percent of Cu, 0.09 to 0.14 percent of Cr, 0.02 to 0.025 percent of Sn, 0.04 to 0.06 percent of Mo, 0.03 to 0.035 percent of casting element modifier, less than or equal to 0.07 percent of P, less than or equal to 0.03 percent of S, and the balance of iron and inevitable impurities. The invention utilizes alloy elements to regulate and control the matrix structure and improve the comprehensive mechanical capability of the nodular iron casting, so that the nodular iron casting has higher strength and high elongation.)
技术领域
本发明属于铸造技术领域，特别涉及一种高强度高延伸率铸态球墨铸铁。
背景技术
铸铁是含碳量大于2.11%的铁碳合金，由工业生铁、废钢等钢铁及其合金材料经过高温熔融和铸造成型而得到，除Fe外，还含及其它铸铁中的碳以石墨形态析出，若析出的石墨呈条片状时的铸铁叫灰口铸铁或灰铸铁、呈蠕虫状时的铸铁叫蠕墨铸铁、呈团絮状时的铸铁叫可锻铸铁或码铁、而呈球状时的铸铁就叫球墨铸铁。球墨铸铁件因具其良好的力学性能和铸造性能得以迅速发展，已成为替代铸钢的毛坯成型材料的一种选择，随着经济的快速发展和科技水平的提高，汽车产品的空载轻量化的需求不断加强，进而催生了汽车零件对高强度高韧性球墨铸铁件的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度高延伸率铸态球墨铸铁，以期望利用合金元素调控基体组织、提高球墨铸铁件的综合力学能力，使其同时具有较高强度和高的延伸率。
为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：一种高强度高延伸率铸态球墨铸铁，其特征在于，化学成分的质量百分数为：C含量3.7％-3.8％、Si含量2.4％-2.6％、Mn含量0.3％-0.4％、Mg含量0.01%-0.05%、Cu含量0.15%-0.3%、Cr含量0.09％-0.14％、Sn含量0.02％-0.025％、Mo含量0.04％-0.06％、铸元素变质剂0.03％-0.035％、P含量≤0.07%、S含量≤0.03%、剩余为铁元素及不可避杂质。
所述的高强度高延伸率铸态球墨铸铁，其特征在于：化学成分的质量百分数为：C含量3.71％、Si含量2.45％、Mn含量0.32％、Mg含量0.02%、Cu含量0.2%、Cr含量0.1％、Sn含量0.021％、Mo含量0.05％、铸元素变质剂0.031％、P含量0.07%、S含量0.03%、剩余为铁元素及不可避杂质。
所述铸态球墨铸铁的的抗拉强度大于等于600兆帕，屈服强度大于等于370兆帕,延伸率大于等于10%，布氏硬度为190-250HBW。
所述铸元素变质剂主要成分为：强烈促进球化的铈元素Ce及金属化合物助熔剂，其中金属化合物助熔剂为Sn类化合物。
一种高强度高延伸率铸态球墨铸铁的制备方法，包括以下步骤：物料选用，选用碳素废钢、球铁铁屑、球墨铸铁回炉、料作为原料，选配增碳剂。
熔炼，将原材料加入感应电炉熔炼，熔炼至1600摄氏度后静置，随后进行扒渣后得到铁液。
球化孕育，将球化包中逐层加入FeSiMg8Re2球化剂、硅铁、硅钡孕育剂，并覆盖珍珠岩，将铁液冲入球化包中进行球化，待球化完毕后造渣除渣，随后进行倒包孕育，得到纯净铁液。
造型，将制备好的覆膜砂加入制型机中进行壳型制作，形成铸型型壳，所述铸型型壳中放入铁型，随后将球化孕育后的纯净铁液吊至所述铁型的铸型浇注位置进行浇注，浇注完成后形成待成品。
冷却，将待成品进行冷却，在经过脱箱操作取下造型模具后得到铸态球墨铸铁。
上述熔炼，在待接近1500摄氏度时，进行取样分析，根据分析结果调整配料，其静置时间为3至5分钟。
上述球化孕育在球化包内还加入紫铜屑，上述倒包孕育过程中随铁液加入SiBa复合孕育剂，并充分搅拌铁液后加覆盖剂。
C是铸铁中最基本也是最重要的元素，通常含碳量高时析出的石墨数会増加，其中C含量有助于石墨化，促进Mg的吸收，且球墨铸铁的石墨呈球状，对比与灰铸铁、蠕墨铸铁、码铁而言，圆球形石墨对基体和力学性能的影响最小，可以充分发挥基体组织的作用，通常为了提高铁液的流动性，辅助球化效果。
Si属于促进石墨化的元素，Si含量的提髙有利于提髙C的活度
并降低其在铁液的中的溶解，进而促进石墨化，当Si溶于基体组织中，还可以起到固溶强化铁素体的作用。
P也是球墨铸铁中常见的有害杂质元素，但是能够在一定程度上降低球墨铸铁的共晶转变温度，使临界湿度范围变窄，从而提高球墨铸铁的耐磨性；但是P的含量需要严格控制，因为P共晶的熔点较低，常以液态形式存在，且凝固于共晶团边界，若不严格控制P在其中的含量会降低球墨铸铁的力学性能。
本发明利用Mn和Cu等合金元素调控基体组织，提高石墨的圆整度并级细化和稳定珠光体，提高球墨铸铁件的综合力学能力，使其同时具有较高强度和高的延伸率。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种高强度高延伸率铸态球墨铸铁，化学成分的质量百分数为：C含量3.7％％、Si含量2.4％、Mn含量0.3％、Mg含量0.01%、Cu含量0.15%、Cr含量0.09％、Sn含量0.02％、Mo含量0.04％、铸元素变质剂0.03％、P含量0.05%、S含量0.02%、剩余为铁元素及不可避杂质。
实施例2
一种高强度高延伸率铸态球墨铸铁，化学成分的质量百分数为：C含量3.8％、Si含量2.6％、Mn含量0.4％、Mg含量0.05%、Cu含量0.3%、Cr含量0.14％、Sn含量0.025％、Mo含量0.06％、铸元素变质剂0.035％、P含量0.07%、S含量0.03%、剩余为铁元素及不可避杂质。
S在球墨铸铁中属于反石墨化元素，但是P含量过大会降低铁液的流动性，増大铸件出现裂纹倾向，因此含量应当严格控制。
Cu是中等促进石墨化元素，Cu与铁液互溶，形成液态固溶体，能够降低碳与铁的结合，具有强烈的促进珠光体形成的作用，降低共析转变温度，扩大珠光体转变区，促进珠光体形成并细化珠光体，其Cu与Mn组合后，相互促进，稳定奥氏体，能够提高石墨的圆整度并级细化和稳定珠交体，通过Mn还能和硫发生反应，还可以有效的减少金属液中的残留的硫。
本实施例根据GB/T1348-2009的球墨铸铁件拉伸试样的尺寸规定，对产品进行检测,利用光谱分析仪对金相试样进行主要的化学成分分析，利用型光学显微镜、扫描电子显微镜对石墨形态、基体组织形貌、珠光体的层片间距、初生奥氏体形貌等进行观察，其球化等级1～2级，球径大小5～7级，珠光体含量为50～65%。综上所述，通过添加特殊的铸元素变质剂和微量元素，实现铸态下抗拉强度≥860、延伸率≥6％的材质性能，获得高强度、高韧性、内部组织均匀的铸件产品。
上述具体实施方式仅是本发明的具体个案，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施方式。但是凡是未脱离本发明技术原理的前提下，依据本发明的技术实质对以 上实施方式所作的任何简单修改、等同变化与改型，皆应落入本发明的专利保护范围。
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