[发明专利]高强度高弹性模量低应力灰铸铁的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及灰铸铁，尤其是涉及一种适合制造机床铸件的高强度高弹性模量低应力灰铸铁，本发明还涉及该灰铸铁的制造方法。

背景技术

随着数控机床逐渐往高精度、强力切削、高速切削、大型化、薄壁化等方面的不断发展，要求机床铸件的材质需要具有高强度、高刚度、低应力与高的精度保持性。目前机床铸件大部分为灰铸铁，国内外实践证明，高碳当量、高强度灰铸铁是灰铸铁的发展方向，它是灰铸铁在高强度下获得“低的铸造应力、良好的加工性能、良好的铸造性能”的重要途径，是这三方面达到综合平衡的重要措施。

据调查，国内大部分机床铸件生产厂家皆以较大幅度地降低碳当量来达到高强度，因此，在生产HT300时，因收缩的增加导致的缩松、因铸造应力的增加引起的变形、因硬度的增加导致的加工性能恶化是生产高牌号机床铸件经常发生的问题。调查发现有81%的企业认为机床铸件高强度、高刚度与低应力的矛盾是技术难题。

现有的灰铸铁生产方法中，通过添加适量的Cu、Sn、Sb、Cr等合金元素来细化共晶团、强化基体而得到抗拉强度≥300MPa的灰铸铁，但此种生产方法存在以下问题：1、难以同时达到高强度和高弹性模量两个指标，当抗拉强度≥300MPa时，铸件的弹性模量一般为100~115GPa，处于较低的水平，并且国内在铸件生产中几乎都没有控制弹性模量这项性能指标；2、孕育处理方法比较粗放，孕育剂多大量采用75#硅铁，只进行包内孕育和浮硅孕育，孕育剂吸收率低，孕育不到位，孕育效果检验欠缺、孕育衰退难以防止；3、不测量铸件的残余应力，也没有将残余应力作为控制指标，铸件的残余应力变化幅度大(为50~250MPa)；4、不进行热时效处理，或者热时效时的退火温度、升降温速度、保温时间等工艺参数均不按规范进行，导致铸件的残余应力不降反升，严重的导致铸件变形甚至开裂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种技术指标可满足高档数控机床铸件要求的高强度高弹性模量低应力灰铸铁，本发明还提供该灰铸铁的制造方法。

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：

本发明所述的高强度高弹性模量低应力灰铸铁的成分组成为（按质量百分比计）：C：3.15~3.25%；Si：1.80~2.00%；CE：3.75~3.90%；Mn：0.70~1.00%；P：≤0.07%；S：0.06~0.10%；Cu：0.50~0.70%；Cr：0.20~0.30%，余量为Fe。

本发明所述的高强度高弹性模量低应力灰铸铁的制造方法包括下述步骤：

第一步，造型、制芯：

采用树脂砂造型、制芯，型腔表面涂刷醇基石墨涂料，重要部位应刷两次，刷涂料时要求表面光洁、棱角清晰；在厚大部位放置冷铁，冷铁使用面要求平整，没有油污、气孔、锈蚀、缺损等缺陷；

第二步，原料配制：

配料原则是“高废钢配比+增碳”，按优质碳素废钢:高纯生铁:回炉料=60~70%:5~10%:20~35%之重量百分比称取原料，其中：所用高纯生铁的化学成分为：C：4.61%；Si：0.62%；Mn：0.08%；S：0.026%；P：0.011%；Ti：0.030%，余量为Fe；所用优质碳素废钢的化学成分为：C：0.16%；Si：0.23%；Mn：0.44%；S：0.02%；P：0.027%，余量为Fe；所述回炉料为同材质回炉料，化学成分为：C：3.20%；Si：1.90%；Mn：0.80%；P：0.03%；S：0.08%；Cu：0.60%；Cr：0.25%，余量为Fe；

第三步，铁液熔炼：

将原料经400℃±10℃烘烤预热后加入中频感应电炉熔炼，原料熔清后添加石墨增碳剂和75#硅铁，调整铁液含碳量到3.15~3.25%、含硅量到1.1~1.3%为止，铁液过热温度为1510~1540℃，静置时间8~10 min，出铁温度为1480~1510℃；

第四步，合金化处理：

按铁液总重量的1.40~2.00%添加颗粒状合金，合金种类及其添加量为Mn：0.70~1.00%，Cu：0.50~0.70%，Cr：0.20~0.30%，经400℃±10℃烘烤预热后在铁液出炉倒入浇包时随流加入；

第五步，强化孕育：