一种铸态混合基体QT600-10球墨铸铁制备方法与流程

本发明属于高性能金属材料领域，具体地涉及一种铸态混合基体qt600-10球墨铸铁制备方法。
背景技术：
：随着铸造技术的发展，高性能球墨铸铁材料的生产技术与应用取得了显著的进步，特别是在铸态下获得高强度高延伸率可以有效降低生产成本，受到许多企业和铸造材料研究者的广泛关注。对于电梯零部件，球墨铸铁具有高强度和高延伸率，不仅可以提高产品的整体安全系数和疲劳使用寿命，还可以进一步优化产品结构，减少产品壁厚而取得减重效果；也可利用其取代部分钢材料，消除铸钢件铸造缺陷，推进电梯部件轻量化工作。高性能qt600-10球墨铸铁材料的力学性能要求抗拉强度≥600mpa，延伸率≥10％，而其力学性能的高低主要取决于其金相组织，其金相组织主要为金属基体+石墨，若要获得性能稳定的高强度高韧性qt600-10球墨铸铁材料，应严格调控石墨和基体组织所占比例。中国发明专利cn102230122a“一种球墨铸铁的生产方法”、中国发明专利cn103981434a“一种高强韧球墨铸铁的生产方法”中公开的方法在实际生产中均不能稳定地实现铸态延伸率≥10％；中国发明专利cn103710612a“一种铸态铁素体基球墨铸铁qt600-10生产方法”中制备出的球墨铸铁的基体组织均为铁素体组织，导致其铸态抗拉强度不能稳定保持≥600mpa；在中国发明专利cn106868395a“一种混合基体组织铸态球墨铸铁的生产方法”中，合金成分中加入了ca和ba微量元素，熔体处理流程长，操作繁琐，基体石墨组织不稳定。技术实现要素：针对上述缺陷，本发明的目的是提供一种铸态混合基体qt600-10球墨铸铁制备方法，从而获得性能稳定的高强度高韧性球墨铸铁。本发明提供了一种铸态混合基体qt600-10球墨铸铁制备方法，包括以下步骤：s1、原材料投入质量百分比如下：生铁：40～60％，废钢：25～40％，回炉料：10～20％，电解铜板：0.1～0.3％；s2、铁水熔炼：先加入废钢、生铁和回炉料，待废钢、生铁和回炉料全部熔化后加入电解铜板，熔化过程温度控制在1350～1390℃，熔体出炉温度控制在1510～1550℃；s3、包内熔体处理：在球化包最底部的一侧放入含稀土球化剂，并在所述含稀土球化剂的金属颗粒上部放入硅钡钙孕育剂，将铁水出炉冲入球化包内，进行球化和包内孕育，球化处理温度在1500～1550℃；s4、浇注：将球化包内的铁水转入浇注场地进行浇注，铁水浇注温度为1380～1420℃，浇注时随铁水加入锶硅随流孕育剂。优选地，在步骤s1中，所述生铁包括以下质量百分比的成分：c＞4％，si＜0.5％，mn＜0.05％，p＜0.02％，s＜0.02％，ti＜0.02％，所述废钢包括以下质量百分比的成分：c＜0.04％，si＜0.007％，mn＜0.2％，p＜0.008％，s＜0.006％，ti＜0.001％。优选地，在步骤s3中，所述硅钡钙孕育剂的粒度为3～10mm，包括以下质量百分比的成分：ca：2.0～2.5％，si：70～75％，al：1～1.5％，ba：5～6％，mn：0.1～0.15％。优选地，在步骤s3中，所述球化包为堤坝式处理包，所述球化剂选用低镁低稀土球化剂，粒度为10～30mm。优选地，所述低镁低稀土球化剂包括以下质量百分比的成分：re：0.8～1.2％，mg：6.5～7.5％，si：35～45％，al：0.4～0.6％，mn：0.1～0.2％，ca：适量。优选地，在步骤s3中，球化反应结束后，取样检测，控制球化后的铁水包括以下质量百分比的成分：c：3.2～3.5％，si：3.7～4.0％，mn＜0.2％，cu：0.1～0.3％，p＜0.02％，s＜0.02％，mg：0.06～0.09％，re：0.01～0.02％，余量为fe和杂质。优选地，在步骤s4中，所述锶硅随流孕育剂的粒度为0.2～0.8mm。优选地，还包括以下步骤：s5、过滤：采用泡沫陶瓷过滤器对铁水进行过滤处理；s6、砂型保温：保温48小时后落砂开箱；优选地，在所述步骤s5中，所述泡沫陶瓷过滤器的材质为zro2、sic、al2o3或由zro2、sic和al2o3混合组成，所述泡沫陶瓷过滤器的孔径为5～30ppi，尺寸为φ80mm×30mm。优选地，在所述步骤s5中，所述泡沫陶瓷过滤器放置在横浇道两侧。本发明具有如下有益效果：1.原材料选择：本发明采用优质低锰碳素废钢和高纯生铁作为主要原材料，避免了由原材料中引入其它干扰元素，最终影响铸态混合基体qt600-10球墨铸铁材料综合性能。2.合金元素控制：为保证有足够含量的铁素体，并充分运用si元素的固溶强化作用，本发明相对于其他高硅固溶强化方法，保留了珠光体基体强化以减少所需要的si加入量，进而保证铁素体基体具有一定的塑韧性，因此本发明中si的质量百分比控制在3.7～4.0％。此外，本发明为保证良好的球化效果，提高镁吸收率，改善流动性，本发明将碳含量控制在3.2～3.5％。3.微量合金元素选择和控制：cu和mn均对铁素体有固溶强化作用，可以稳定并且细化珠光体。cu完全固溶于基体，但因其促进珠光体形成的效果过强，会影响断后延伸率，因此本发明将cu的质量百分比控制在0.1～0.3％。mn对基体强度的提高有明显作用，但含mn量增加会在基体中形成碳化物、白口层，弱化球墨铸铁的力学性能，使延伸率迅速下降，因此本发明将锰的质量百分比控制在不超过0.3％，一般控制在≤0.2％以内。本发明通过微量元素的添加使基体组织中珠光体含量范围控制在15～35％，既能满足球墨铸铁材料强度要求，又不损失塑韧性。附图说明图1为实施例的基体组织金相照片；图2为对比例1的基体组织金相照片；图3为对比例2的基体组织金相照片；图4为对比例3的基体组织金相照片。具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置。此外应理解，本发明中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤，除非另有说明；还应理解，本发明中提到的一个或多个设备/装置之间的组合连接关系并不排斥在所述组合设备/装置前后还可以存在其他设备/装置或在这些明确提到的两个设备/装置之间还可以插入其他设备/装置，除非另有说明。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。实施例本发明提供了一种铸态混合基体qt600-10球墨铸铁制备方法，包括以下步骤：s1、原材料投入质量百分比如下：生铁：40～60％，废钢：25～40％，回炉料：10～20％，电解铜板：0.1～0.3％。具体地，所用生铁为高纯生铁，包括以下质量百分比的成分：c＞4％，si＜0.5％，mn＜0.05％，p＜0.02％，s＜0.02％，ti＜0.02％，所用废钢为低锰含量废钢，包括以下质量百分比的成分：c＜0.04％，si＜0.007％，mn＜0.2％，p＜0.008％，s＜0.006％，ti＜0.001％。生铁和废钢在使用前均需经过抛丸处理表面铁锈和其它杂质。s2、铁水熔炼：先加入废钢、生铁和回炉料，待废钢、生铁和回炉料全部熔化后加入电解铜板，熔化过程温度控制在1350～1390℃，熔体出炉温度控制在1510～1550℃。s3、包内熔体处理：将铁水表面的熔渣处理干净，然后将出炉的铁水全部冲入球化包内，进行球化和包内孕育。在球化包最底部一侧放入质量百分比为0.8～1.5％的低镁低稀土球化剂金属颗粒，低镁低稀土球化剂包括以下质量百分比的成分：re：0.8～1.2％，mg：6.5～7.5％，si：35～45％，al：0.4～0.6％，mn：0.1～0.2％，ca：适量，粒度为10～30mm。球化剂上均匀覆盖质量百分比为0.4～0.7％的硅钡钙长效孕育剂，将球化包内颗粒舂实，然后用球铁薄板盖住。其中，低镁低稀土球化剂、硅钡钙孕育剂的质量百分比均为相对于球化包内铁水总质量的百分比。硅钡钙长效孕育剂包括以下质量百分比的成分：ca：2.0～2.5％，si：70～75％，al：1～1.5％，ba：5～6％，mn：0.1～0.15％，粒度为3～10mm。球化包具体地采用堤坝式处理包，球化反应时间控制在30～40秒，球化处理温度为1500～1530℃。球化反应结束后，取样检测，控制球化后铁液成分：c：3.2～3.5％，si：3.7～4.0％，mn＜0.2％，p＜0.02％，s＜0.02％，mg：0.06～0.09％，cu：0.1～0.3％，re：0.01～0.02％，余量为fe和不可避免的杂质。反应完毕后，向球化包内铁水撒上除渣剂迅速除渣，将铁水表面的熔渣拔干净。s4、浇注：将球化包内的铁水转入浇注场地进行浇注，铁水浇注温度为1380～1420℃，浇注时在浇口杯上方随铁水加入质量百分比为0.05～0.15％的锶硅孕育剂，其粒度为0.2～0.8mm。从球化结束到浇注完毕，时间在控制在8min以内。s5、过滤：采用泡沫陶瓷过滤器对铁水进行过滤净化处理，泡沫陶瓷过滤器的材质为zro2、sic、al2o3或由zro2、sic和al2o3混合组成，混合组成中zro2、sic和al2o3的质量百分比含量依次为80～65％、10～25％、10～25％。泡沫陶瓷过滤器的孔径为5～30ppi，具体地采用10ppi，尺寸为φ80mm×30mm。该泡沫陶瓷过滤器放置在横浇道两侧。s6、砂型保温：保温48小时后落砂开箱。在步骤s5和s6之间，还包括单铸y型试块的步骤，y型试块的尺寸按照gb/t1348-2009球墨铸铁件有关规定执行。将单铸y型试块进行解剖，取其芯部位置加工成拉伸试棒、金相试样、成分分析试样，进行化学成分、金相组织和力学性能检验。上述制备的单铸试块化学分析结果如表1所示，铸态金相组织检验结果如表2所示，本实施例制备的球墨铸铁的球化级别为1级，石墨球大小6级，球化率＞95％，基体组织为珠光体20～35％，铁素体60～85％。本实施例制备的铸态混合基体qt600-10球墨铸铁性能测试如表3所示，测试结果表明，本实施例的单铸试块力学性能达到rm≥600mpa、rp0.2≥450mpa、a≥15％，各项性能满足设计要求。对比例1对比例1涉及一种铸态混合基体qt600-10球墨铸铁及其制备方法，该制造方法与实施例的区别在于：对比例1将球化后铁液成分中的si的质量百分比控制为4.0～4.3％。本对比例在球化反应结束后，取样检测，控制球化后铁液成分：c：3.2～3.5％，si：4.0～4.3％，mn＜0.2％，p＜0.02％，s＜0.02％，mg：0.06～0.09％，cu：0.1～0.3％，re：0.01～0.02％，余量为fe和不可避免的杂质。上述制备的单铸试块化学分析结果如表1所示，铸态金相组织检验如表2所示，其球化级别为1级，石墨球大小6级，球化率＞95％，铁素体基体组织＞90％。本对比例制备的一种铸态混合基体qt600-10球墨铸铁性能测试如表3所示，测试结果表明，将硅元素质量百分比提高至4.0～4.3％范围时，材料的抗拉强度显著降低，且其抗拉强度和延伸率不能稳定保持在rm≥600mpa和a≥15％。对比例2对比例2涉及一种铸态混合基体qt600-10球墨铸铁及其制备方法，该制造方法与实施例的区别在于：对比例2将球化后铁液成分中的mn的质量百分比控制为0.4～0.6％。同时为保证合金材料的碳当量可以控制在4.3％左右，适当降低合金元素中si的质量百分比至3.4～3.6％。本对比例在球化反应结束后，取样检测，控制球化后铁液成分：c：3.2～3.5％，si：3.4～3.6％，mn：0.4～0.6％，p＜0.02％，s＜0.02％，mg：0.06～0.09％，cu：0.1～0.3％，re：0.01～0.02％，余量为fe和不可避免的杂质。上述制备的单铸试块化学分析结果如表1所示，铸态金相组织检验如表2所示，其球化级别为1级，石墨球大小6级，球化率＞95％，基体组织为珠光体40～50％，铁素体40～60％。本发明制备的铸态混合基体qt600-10球墨铸铁性能测试如表3所示，测试结果表明，当mn元素含量增加到0.5％时，与实施例和对比例1相比，本对比例制备的球墨铸铁材料的抗拉强度和屈服强度显著增加，但延伸率与实施例、对比例1相比大幅降低。通过提高mn元素含量，提高了基体组织中珠光体含量，降低了铁素体含量，虽抗拉强度满足设计要求，但延伸率不能稳定保持在≥10％。对比例3对比例3涉及一种铸态混合基体qt600-10球墨铸铁及其制备方法，该制造方法与实施例的区别在于：对比例3将球化后铁液成分中的cu的质量百分比控制为0.3～0.5％，有助于提高基体组织中珠光体含量。同时为保证合金材料碳当量可以控制在4.3％左右，适当降低合金元素中si的质量百分比至2.4～2.6％，可降低固溶强化效果，减少基体组织中铁素体含量。mn的质量百分比控制为0.4～0.6％。本对比例在球化反应结束后，取样检测，控制球化后铁液成分：c：3.2～3.5％，si：2.4～2.6％，mn：0.4～0.6％，p＜0.02％，s＜0.02％，mg：0.06～0.09％，cu：0.3～0.5％，re：0.01～0.02％，余量为fe和不可避免的杂质。上述制备的单铸试块化学分析结果如表1所示，铸态金相组织检验如表2所示，其球化级别为1级，石墨球大小6级，球化率＞95％，基体组织为铁素体10～20％，珠光体70～90％。本对比例制备的铸态混合基体qt600-10球墨铸铁性能测试如表3所示，测试结果表明，与实施例、对比例1和对比例2相比，本对比例制备的球墨铸铁材料的抗拉强度远高于600mpa，但其延伸率仅有5％。通过提高cu、mn元素含量来提高基体组织中珠光体含量，降低铁素体含量，整体性能不能满足设计要求。表1化学成分csimncupsmgre实施例3.433.890.1950.2800.01540.00860.07790.012对比例13.284.250.02560.1000.01740.01030.08300.013对比例23.483.410.5510.2550.01770.0060.06300.014对比例33.492.480.7310.3280.01920.00860.07293.49表2表3本发明通过原材料的选择和控制，合金成分设计；选用适宜的孕育剂、球化剂、随流孕育剂和泡沫陶瓷过滤器，并辅以相应的熔体孕育和球化处理工艺，调控基体组织中珠光体和铁素体含量范围，从而获得满足用于电梯部件使用的球墨铸铁材料。通过实施本发明的球墨铸铁制备方法获得的铸态混合基体qt600-10球墨铸铁材料，其单铸试块力学性能rm≥600mpa、rp0.2≥450mpa、a≥15％，珠光体含量范围为20～35％，铁素体含量范围为60～85％，球化级别1级～2级，石墨球大小6级～7级，石墨球球化率＞95％。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：1.原材料选择：本发明采用优质低锰碳素废钢和高纯生铁作为主要原材料，避免了由原材料中引入其它干扰元素，最终影响铸态混合基体qt600-10球墨铸铁材料综合性能。2.合金元素控制：为保证有足够含量的铁素体，并充分运用si元素的固溶强化作用，本发明相对于其他高硅固溶强化方法，保留了珠光体基体强化以减少所需要的si加入量，进而保证铁素体基体具有一定的塑韧性，因此本发明中si的质量百分比控制在3.7～4.0％。此外，本发明为保证良好的球化效果，提高镁吸收率，改善流动性，本发明将碳含量控制在3.2～3.5％。3.微量合金元素选择和控制：cu和mn均对铁素体有固溶强化作用，可以稳定并且细化珠光体。cu完全固溶于基体，但因其促进珠光体形成的效果过强，会影响断后延伸率，因此本发明将cu的质量百分比控制在0.1～0.3％。mn对基体强度的提高有明显作用，但含mn量增加会在基体中形成碳化物、白口层，弱化球墨铸铁的力学性能，使延伸率迅速下降，因此本发明将锰的质量百分比控制在不超过0.3％，一般控制在≤0.2％以内。本发明通过微量元素的添加使基体组织中珠光体含量范围控制在15～35％，既能满足球墨铸铁材料强度要求，又不损失塑韧性。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。当前第1页12