抗-40℃低溫沖擊的adi球墨鑄鐵的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種抗低溫ADI球墨鑄鐵的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 奧貝氏體球墨鑄鐵簡稱ADI球墨鑄鐵，ADI球墨鑄鐵主要指熱處理后金相組織主 要組成是奧氏體和貝氏體的球墨鑄鐵。它是通過在澆鑄前往鐵液中加入一定量的球化劑和 石墨化劑，以獲得呈球狀石墨結(jié)晶，并通過硝鹽介質(zhì)等溫淬火熱處理而獲得。具有高強度、 高塑性、高韌性、高的耐磨性、減震性以及很好的彎曲疲勞強度等特性。它和鑄鋼相比，且擁 有更高的屈強比，屈強比大約是〇. 8-0. 9(屈服強度與抗拉強度之比），鑄鋼的屈強比只是 〇. 6左右，是兼有鋼和鑄鐵優(yōu)點的優(yōu)良材料，廣泛應(yīng)用于鐵路貨車、汽車、工程機械等方面。 在這些合金中，含碳量超過在共晶溫度時能保留在奧氏體固溶體中的量。工業(yè)用鑄鐵一般 含碳量為2%~4%。碳在鑄鐵中多以石墨形態(tài)存在，有時也以滲碳體形態(tài)存在。除碳外， 鑄鐵中還含有1 %~3%的硅，以及錳、磷、硫等元素。合金鑄鐵還含有鎳、鉻、鉬、鋁、銅、硼、 釩等元素。碳、硅是影響鑄鐵顯微組織和性能的主要元素。
[0003] 目前奧貝氏體球墨鑄鐵即ADI球墨鑄鐵低溫性能國內(nèi)外一般沒有明確要求，要求 的都是常溫下無缺口沖擊功，根據(jù)其牌號不同常溫下無缺口沖擊功數(shù)值不同。例如美標 ASTM897A 897M-06規(guī)范中牌號為900/650/09中，規(guī)定在常溫22±4°C下無缺口沖擊值為 100J?，F(xiàn)實情況是在高寒環(huán)境下（低于-20°C)時ADI球墨鑄鐵低溫性能將明顯降低，根 據(jù)國標GB/T1348-2009附錄D關(guān)于球墨鑄鐵的沖擊韌性曲線可知，球墨鑄鐵的沖擊值隨溫 度降低而降低，而且降低特別明顯，-40°C和20°C的沖擊值相比降低60%左右；ADI球墨鑄 鐵低溫沖擊性能規(guī)律與之相同，現(xiàn)根據(jù)我們試驗結(jié)果可知，牌號為900/650/09ADI球墨鑄 鐵20°C的無缺口沖擊值為105J，而-40°C時的無缺口沖擊值60J。用該種材質(zhì)生產(chǎn)的汽車 和鐵路貨車產(chǎn)品在高寒地區(qū)運行時，性能將大大降低，嚴重影響運行安全。目前已經(jīng)有國外 某些國家對高寒環(huán)境下ADI球墨鑄鐵低溫性能有了一些要求，但要求不高，其要求數(shù)值遠 遠低于常溫下的數(shù)值。如何對冶煉工藝控制、化學(xué)成分控制及其他合金元素的加入的調(diào)整、 以及合適的熱處理方法滿足牌號為900/650/09ADI球墨鑄鐵，在-40°C低溫沖擊性能不低 于其常溫下的沖擊數(shù)值100J，這是研宄此材料的重點內(nèi)容。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明解決了現(xiàn)有ADI球墨鑄鐵900/650/09在高寒環(huán)境下沖擊功較低的技術(shù)問 題，提供了抗-40°C低溫沖擊的ADI球墨鑄鐵的制備方法。
[0005] 本發(fā)明的抗_40°C低溫沖擊的ADI球墨鑄鐵的制備方法是按以下步驟進行的：
[0006] 一、按照質(zhì)量份數(shù)將70份球墨生鐵QlOUO份低錳廢鋼和20份的回爐料混合后 升溫到1510°C~1530°C熔化，然后加入球墨生鐵Q10、低錳廢鋼和回爐料總質(zhì)量0.4%~ 0. 5%的鎳板熔煉，熔煉后再加入球墨生鐵Q10、低錳廢鋼和回爐料總質(zhì)量1. 1%~1. 3%的 紫銅板熔煉，得到鐵液；
[0007] 二、將球化劑放入球化包底一側(cè)，并且將75%硅鐵孕育劑覆蓋在球化劑上面，孕育 劑上面覆蓋一層與孕育劑相同質(zhì)量的低錳碎鋼，蓋上包蓋，然后采用沖入法將步驟一得到 的鐵液進行球化、孕育處理，孕育時加入硅鋇孕育劑；
[0008] 三、向經(jīng)過步驟二處理的鐵液中加入脫硫劑，然后攪拌、扒渣，再靜止1分鐘；
[0009] 四、將經(jīng)過步驟三處理的鐵液溫度為1370°C~1400 °C時，開始澆鑄，澆鑄同時隨 流加入粒度為0.1 Omm~0. 15mm的娃鋇孕育劑，得到試樣；
[0010] 五、將步驟四得到的試樣在常溫下升溫至650°C~680°C保溫1~2小時，繼續(xù)升 溫到880°C~900°C保溫2~3小時，然后將試樣快速出爐放入370°C~400°C的硝鹽介質(zhì) 中，保溫1~2小時后出爐，自然冷卻至室溫，既得抗-40°C低溫沖擊的ADI球墨鑄鐵；步驟 一中鎳板中鎳含量為99. 99%;步驟一中紫銅板中銅含量為99. 9%;步驟二中球化劑的加入 量為球墨生鐵Q10、低錳廢鋼和回爐料總質(zhì)量的1. 3% ;步驟二中75%硅鐵孕育劑的加入量 為球墨生鐵Q10、低錳廢鋼和回爐料總質(zhì)量1. 0% ;步驟二中硅鋇孕育劑的加入量為球墨生 鐵Q10、低錳廢鋼和回爐料總質(zhì)量0. 1 %;步驟三中脫硫劑的主要成分為天然火山灰，脫硫劑 的加入量為球墨生鐵Q10、低錳廢鋼和回爐料總質(zhì)量的〇. 5% ;步驟四中硅鋇孕育劑的加入 量為球墨生鐵Q10、低錳廢鋼和回爐料總質(zhì)量的0. 1%。步驟五中硝鹽介質(zhì)的組成為：50% KN〇3+50% NaN02〇
[0011] 本發(fā)明包括以下有益效果：
[0012] 本發(fā)明-40°C低溫沖擊ADI球墨鑄鐵的石墨球圓整，分布均勻，每平方毫米大于 300個，球化級別為1-2級，石墨球大小為7-8級。石墨球形狀對球墨鑄鐵的延伸率和沖擊 韌性影響極大。單位面積內(nèi)，石墨球越多，石墨球越圓整，石墨球徑越小，無論在常溫還是在 低溫下，球墨鑄鐵的沖擊值都有增加的趨勢，且球墨鑄鐵的綜合機械性能也會提高，所以本 發(fā)明專利應(yīng)盡量提高球化級別和單位面積內(nèi)的石墨球個數(shù)，這也是本專利采用兩次球化孕 育的原因所在。本發(fā)明_40°C低溫沖擊ADI球墨鑄鐵的屈服強度為660MPa~690MPa，抗拉 強度為910MPa~950MPa，延伸率為9~11%，在-40°C本發(fā)明制備的_40°C低溫沖擊ADI 球墨鑄鐵的無缺口沖擊值為105J~120J。
[0013] 本發(fā)明中的兩次球化孕育過程能增加石墨形核能力，細化晶粒，增加石墨球數(shù)量； 并采用了 一種封閉非常好的帶包蓋的球化包，這種包在蓋上包蓋后，球化包內(nèi)相對封閉較 好，在球化過程中，增加了包內(nèi)壓力，球化劑吸收良好，包內(nèi)鐵水球化充分且均勻，球化級別 提高半個級別左右。本發(fā)明中的脫氧、脫硫處理使原鐵液中的硫含量降至0.02%以下（因 為過高的硫影響球化效果，降低低溫環(huán)境下的沖擊值）。對球化后的鐵液進行1~2min的 靜置，有利于活潑金屬如Mg、Ba、Al、Fe的氧化物及硫化物上浮，從而凈化鐵液。
[0014] 本發(fā)明制備的_40°C低溫沖擊ADI球墨鑄鐵的碳含量為3. 5%~3. 7%，因為較高 的含碳量可以增加金屬的流動性，一定石墨化膨脹減少收縮缺陷。
[0015] 本發(fā)明制備的_40°C低溫沖擊ADI球墨鑄鐵的硅含量為2. 75%~2. 90%，硅是石 墨化形成元素，不僅能抑制貝氏體轉(zhuǎn)變過程中碳化物的析出，還能細化石墨球，促進貝氏體 轉(zhuǎn)變形成。硅對ADI球墨鑄鐵的低溫沖擊影響明顯，當硅在3%以下時，隨硅量增加，ADI球 墨鑄鐵的低溫沖擊值上升較快，所以本發(fā)明將硅控制在2. 75%~2. 90%為好，若碳硅量過 高將會引起石墨開花。
[0016] 本發(fā)明制備的錳含量小于0.20%，錳可以穩(wěn)定奧氏體區(qū)，促進碳化物的形成，在共 析轉(zhuǎn)變過程，降低共析轉(zhuǎn)變的溫度，起穩(wěn)定和細化珠光體的作用。溶入奧氏體中的錳有強烈 偏析的傾向，引起網(wǎng)狀碳化物、黑色網(wǎng)狀組織、白區(qū)的形成，這些在晶界上形成的物質(zhì)嚴重 降低低溫韌性。碳化物、偏析是影響球鐵低溫轉(zhuǎn)變溫度的主要因素，錳每增加0. 1 %，脆性