[发明专利]一种HT100低硬度灰铸铁及其熔炼方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种灰铸铁及其熔炼方法，尤其涉及一种HT100低硬度灰铸铁及其熔炼方法，属于熔炼工艺领域。

背景技术

灰铸铁是指碳主要以片状石墨形式析出的铸铁，不含任何合金元素，断口呈灰色，是应用最广的铸铁，其产量占铸铁总产量80％以上。标准规定：根据直径30mm单铸试棒的抗拉强度值，将灰铸铁分为HT100、HT150、HT200、HT250、HT300、HT350六个牌号。低硬度灰铸铁由于具有一定的力学性能、良好的减震性能、耐磨性能以及被切削加工性能，可广泛应用于机床床身、汽缸、箱体构件制造等工业领域。随着机械制造领域、汽车行业的不断创新和发展，对低硬度灰铸铁材料性能和数量的需求也在不断提高。

调整灰铸铁硬度通常主要是通过调整碳的含量，其次是硅的含量。常规降低灰铸铁硬度的办法通常是以数小时高温退火使渗碳体石墨化，但在此过程中造成高能源消耗，烟尘和二氧化硫污染，并且由于人力增加使得生产成本升高。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为提供了一种HT100低硬度灰铸铁及其熔炼方法。本发明提供的低硬度灰铁铸件熔炼方法熔炼成本低，工艺简单，解决现有灰铸铁生产成本高、性能不足的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种HT100低硬度灰铸铁，按下述原料重量比配置，石墨烯、纳米碳化硅、硫化铁和复合料混合后元素重量百分比为：碳3.5-3.8％、硅2.1-2.5％、硫0.08-0.1％；所述复合料为废钢和灰铸铁回炉料。

进一步地，所述石墨烯、纳米碳化硅、硫化铁和复合料混合后元素重量百分比为：碳3.8％、硅2.3％、硫0.1％；所述复合料为废钢和灰铸铁回炉料。

所述纳米碳化硅的粒度为8-10nm。

所述复合料中废钢重量百分比为55-100％，余量为灰铸铁回炉料。

一种熔炼HT100低硬度灰铸铁的方法，包括以下步骤：

（1）按元素重量百分比碳3.5-3.8％、硅2.1-2.5％、硫0.08-0.1％，配置原料石墨烯、纳米碳化硅、硫化铁和复合料；

（2）将石墨烯、纳米碳化硅加入中频感应炉炉底；

（3）向中频感应炉中加入复合料，升温至1550-1700摄氏度将原料熔融；

（4）向中频感应炉中加入硫化铁，扒渣处理，调整碳、硅、硫含量；

（5）将熔炼得到的铁水浇铸成型，保温冷却。

采用该灰铸铁生产工艺一方面取消了生铁的加入，这样可避免生铁中含有较高的钛(Ti)钒(V)有害元素和粗大石墨对铸件切削性能等质量方面的不利影响，从而降低铸件的废品率，改善了加工性能。另一方面，中国当前每年产生的折旧废钢约300万吨，本申请中采用废钢为主要原料，有利于更加清洁和排废减量化。

在熔炼过程中采用1550-1700摄氏度熔炼首先能够去除高熔点杂质或渣，提高铁液的纯净度，其次是破坏原铁液中原生晶核的结构。

本发明的HT100低硬度灰铸铁原料，各成分按下述原则选取：

石墨烯：一种新型的二维碳纳米材料，具有很好的弹性。灰铸铁熔炼中加入石墨烯不仅能够起到增碳作用，还能够有助于增强灰铸铁的韧性。

纳米碳化硅：碳化硅的粒度对于增碳效果有着很大的影响。碳化硅粒径过大时，与铁液的实际接触面积减小，造成铁液对其吸收率的降低。碳化硅粒径过小时，由于粒度过小会浮在铁液表面，也不利于铁液对碳化硅的吸收。本申请在选用小粒度的纳米碳化硅的同时采取了将其在复合料之前加入中频感应炉炉底。在中频感应炉升温使得复合料融化的过程中，纳米碳化硅由于粒度小、质量轻会上浮。上浮过程中，纳米碳化硅会在1550-1700摄氏度的高温下与铁液充分反应，在一定程度上有效降低了碳化硅的流失。本发明中纳米碳化硅的粒度为8-10nm。

碳含量的控制：灰铸铁中，过高碳含量会使石墨粗厚，导致灰铸铁的强度及硬度大大下降，无实用价值；过低碳当量会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3.5-3.8%。

硅含量的控制：提高硅含量有利于促进灰铸铁中碳以石墨化形式的析出的石墨化程度。因此，本发明中硅的质量含量为2.1-2.5%。

硫含量的控制：硫含量高时会阻碍石墨化，不利于灰铸铁硬度的降低。因此，本发明中硫的质量含量为0.08-0.1％。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果。