[发明专利]一种高强度灰铸铁材料及其熔炼浇注工艺

说明书

技术领域

本发明涉及铸铁材料技术领域，特别涉及一种高强度灰铸铁材料及其熔炼浇注工艺，适用于薄壁灰铸铁铸件中。

背景技术

现有技术中，灰铸铁生产主要使用的生铁是中、高硅铸造生铁，为保证灰铸铁达到中、高强度的力学性能，一般都需要加入一定量的合金元素进行合金化处理，而合金元素或多或少有一定的过冷倾向，此过冷倾向会造成薄壁件的金相组织差,D型、E型石墨较多，均超过10%以上，从而导致材料的机械性能较差，影响铸件整体的性能。

发明内容

本发明的针对现有技术灰铸铁材料金相组织差的问题，提供一种高强度灰铸铁材料，通过合理的添加低合金化元素，实现灰铸铁材料有足够的抗拉强度和硬度及较好的金相组织。

本发明的目的是这样实现的，一种高强度灰铸铁材料包括如下质量组份的各元素：碳3.05%-3.2%，硅1.85%-2.05%，锰0.75%-0.95%，磷≤0.05%，硫0.08%-0.12%，铜0.5%-0.9%，钼0.55%-0.80%，铬0.3%-0.4%，镍0.2%-0.4%，锡0.04%-0.06%，其余量为铁和不可避免的杂质。

作为本发明的一种实施主方案，所述高强度灰铸铁材料包括如下质量组份的各元素：碳3.05%，硅1.85%，锰0.75%，磷≤0.05%，硫0.08%，铜0.5%，钼0.55%，铬0.3%，镍0.2%，锡0.04%，其余量为铁和不可避免的杂质。

作为本发明的另一种实施主方案，所述高强度灰铸铁材料包括如下质量组份的各元素：包括如下质量组份的各元素：碳3.2%，硅2.05.%，锰0.95%，磷≤0.05%，硫0.12%，铜0.9%，钼0.80%，铬0.4%，镍0.4%，锡0.06%，其量为铁和不可避免的杂质。

作为本发明的再一种实施主方案，所述高强度灰铸铁材料包括如下质量组份的各元素：碳3.10%，硅1.93%，锰0.85%，磷≤0.05%，硫0.10%，铜0.70%，钼0.65%，铬0.35%，镍0.2%-0.4%，锡0.04%-0.06%，其余量为铁和不可避免的杂质。

本发明的高强度灰铸铁材料，各元素按下述原则选取：

碳含量的控制：灰铸铁中，过高碳当量会使石墨粗厚，体积分数增加，导致灰铸铁的强度及硬度下降，过低碳当量虽然能细化石墨，增加先共晶奥氏体量，但是倾向于提高共晶转变过冷度，并为渗碳体共晶的形成创造有利条件，使铸造性能和加工性能变差，因此，本发明中碳的质量含量为3.05%-3.2%；

锰在铸铁中能有效降低铸铁的共晶、共析转变温度，扩大奥氏体区，锰降低了碳的活度，并使铸铁在较低温度下进行共晶转变和共析转变，同时，促进并稳定珠光体的作用，使灰铁件强度提高，本发明中锰的质量含量为0.75%-0.95%；

磷增加铸铁的脆性，故一般灰铁件中含量越低越好；

硫一方面阻碍石墨化，另一方面和锰形成化合物，可作为石墨的非均质核心，有利于石墨的析出，本发明中硫的质量含量为0.08%-0.12%；

钼是中等稳定碳化物形成元素和阻碍石墨化的元素，并可以细化并改善石墨分布，细化珠光体并增加其含量，同时强化珠光体中的铁素体，因而能有效地提高铸件的强度、硬度，在本发明的高强度灰铸铁材料中，钼的质量含量为0.55%-0.80%；

镍有促进石墨化、抑制碳化物形成的作用。对基体为珠光体的铸态灰铁来说，镍含量越高使其强度越低，在奥氏体化条件下，镍的含量越高，强度提高越明显，镍在珠光体为基体和奥氏体为基体时作用完全不同，镍在铁素体相中形成固溶体，但是脆相渗碳体不会吸收镍，奥氏体化铸铁中，镍会存在于奥氏体和铁素体相中虽然含量有所不同，但会使基体强度提高,具体表现为镍可以细化珠光体与石墨，提高铸件致密性和韧性，能促进不同断面硬度的均匀；因此在本发明的高强度灰铸铁材料中，镍的质量含量为0.2%-0.40%；

共晶转变时铜提高稳定系共晶转变温度，降低亚稳定系转变温度，有较弱的石墨化作用。但因加入铜后铸铁共晶团尺寸增大，石墨有变粗倾向，铜不单独作为促进石墨化的元素，与Cr和Mo搭配可以获得全部珠光体基体组织；结合其他元素的含量，本发明中铜的质量含量为0.5%-0.9%；

锡固溶于铁，溶入的锡原子偏聚在石墨与奥氏体界面附近，对碳的扩散起阻挡作用，抑制先共析铁素体析出，促进珠光体形成，并可以细化珠光体，减小铸铁断面敏感性。促进珠光体生成的同时并不增加白口倾向。因此本发明中锡的质量含量为0.04%-0.06%。