[发明专利]高强度高弹性模量低应力灰铸铁的制造方法

摘要

本发明公开了一种高强度高弹性模量低应力灰铸铁及其制造方法，通过优化原料配比，结合合金化、改进熔炼、孕育、时效处理工艺，在提高碳当量和硅碳比的情况下，得到具有优异综合性能的灰铸铁。本发明灰铸铁的成分组成为C3.15~3.25%；Si1.80~2.00%；CE3.75~3.90%；Mn0.70~1.00%；P≤0.07%；S0.06~0.10%；Cu0.50~0.70%；Cr0.20~0.30%，其组织和性能为珠光体含量≥95%，A型石墨，石墨长度4~5级，渗碳体+磷共晶含量＜0.5%；抗拉强度≥300MPa，弹性模量≥120 GPa，硬度HB190~220，内应力≤20MPa。解决了机床用灰铸铁件难以同时达到高强度、高弹性模量与低应力的技术难题，有效减小铸件因残余应力随时间的释放而导致的变形和断裂。

主权项

一种高强度高弹性模量低应力灰铸铁的制造方法，所述灰铸铁的成分组成为：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；其特征在于包括下述步骤：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，在厚大部位放置冷铁，冷铁使用面要求平整，没有缺陷；第二步，原料配制：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1510~1540℃，静置时间8~10 min，出铁温度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：按铁液总重量的0.2%称取SiFe75孕育剂，按铁液总重量的0.3~0.4%称取3~8mm的大粒度高钙钡孕育剂，按铁液总重量的0.1%称取0.2~0.7mm的小粒度高钙钡孕育剂， 400℃±10℃烘烤预热后，将SiFe75孕育剂用于包底孕育、大粒度高钙钡孕育剂用于出铁槽孕育、小粒度高钙钡孕育剂在浇注时通过随流孕育机随流加入；第六步，浇注：当铁液温度降至1340~1360℃时进行浇注，浇注结束后，在冒口的铁液表面撒珍珠砂保温；第七步，打箱清理：当铸件温度冷却至280℃以下时打箱，即可得到成分组成为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的灰铸铁，该灰铸铁的抗拉强度≥300 MPa，硬度HB 190~220，弹性模量≥120 GPa，珠光体含量≥95%，A型石墨，石墨长度4~5级，渗碳体+磷共晶含量＜0.5%；第八步，时效处理：采用阶梯式升温降温法热时效工艺对铸件进行消应力处理，使所得铸件的内应力≤20MPa；所述的阶梯式升温降温法热时效工艺的参数为：装炉温度小于100℃；退火温度600℃、升温速度50~60℃/h、保温时间6h；降温速度25℃/h，每降50℃保温一次、每次保温2~3h，降温至室温出炉；炉温温差保持在±5℃。