[发明专利]一种大断面硅固溶强化铁素体球墨铸铁心部石墨形态的控制方法

说明书

技术领域

本发明属于铸铁技术领域，具体涉及保证大断面硅固溶强化铁素体球墨铸铁心部石墨形态和性能的工艺方法。

背景技术

目前国家标准《GBT 1348-2009球墨铸铁件》中对于以附铸试块检测性能的QT500，分别有QT500-7A和QT500-10A两个牌号，前者为铁素体-珠光体混合基球墨铸铁，后者为一种新型球墨铸铁：硅固溶强化铁素体球墨铸铁。两种材料的性能指标如表1所示，在强度达到500Mpa的条件下，延伸率最大为10％。

表1 GBT 1348-2009中QT500-7A和QT500-10A的性能指标

2012年3月，德国和欧洲的球墨铸铁标准DIN EN1563在修改时，将固溶强化铁素体球墨铸铁作为区别于普通铁素体-珠光体球墨铸铁的一类球墨铸铁，增加了三个牌号：EN-GJS-450-18，EN-GJS-500-14，EN-GJS-600-10。自此国内对固溶强化铁素体球墨铸铁的研究明显增多，但至今相关国家标准中没有再增加此类球墨铸铁。

硅固溶强化铁素体球墨铸铁，较常规球墨铸铁件其硅含量明显高出很多，靠硅的固溶强化作用，在基体全部是铁素体组织的情况下，达到高的强度和高的延伸率。与普通的铁素体-珠光体混合基体的球墨铸铁不同，其在保持较高的延伸率的条件下，抗拉强度和屈服强度大大提升，并且其基体的组织和硬度均匀，材料的均匀性、加工性能都有明显优势。

对于大断面球墨铸铁，由于其冷却速度慢，石墨球长大的时间长，所以材料心部的石墨形态难以控制，经常出现碎块状等畸形石墨，则心部材料的性能急剧恶化。硅含量提高会明显促进大断面心部石墨的畸变，对于大断面硅固溶强化铁素体球铁，其超高的硅含量，心部石墨形态的控制更加困难，所以心部石墨形态的控制是保证该材料组织和性能的关键。

现有技术中，对于小件(如壁厚小于60mm)，由于散热条件好、凝固速度快，石墨长大的时间相对较短，石墨畸变的倾向就小，其心部材料的组织相对容易控制，性能较好。DIN EN1563-2012中三个牌号：EN-GJS-450-18，EN-GJS-500-14，EN-GJS-600-10，对壁厚小于60mm的铸件的性能有明确要求，但对于壁厚超过60mm的铸件，其组织和性能难以控制，标准中均未作明确规定，要求生产厂家提供指导数据。

中国发明专利201310731458.X，发明名称为“一种铸态铁素体基球墨铸铁QT600-10的生产方法”，中国发明专利201410374923.3，发明名称“高强度高韧性球墨铸铁600-10及其生产工艺”，这两种方法生产的球墨铸铁，均未提到该大断面铸件心部石墨形态及性能的保证方法。

中国发明专利201310368533.0，发明名称为“一种全铁素体球墨铸铁及其生产方法”，该方法生产的球墨铸铁的壁厚未提及，未提及解决大断面铸件心部石墨形态及性能的保证方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大断面(壁厚大于60mm)高强度高韧性硅固溶强化铁素体球墨铸铁件(EN-GJS-450-18，EN-GJS-500-14，EN-GJS-600-10)心部石墨形态的保证方法，获得表面与心部材料组织、性能相近的优质铸件。

本发明的技术方案是提供大断面硅固溶强化铁素体球墨铸铁件心部石墨形态的保证方法。通过原材料选择，铁水成分控制，球化剂、覆盖剂及其处理工艺的优化，孕育剂及其处理工艺的确定，微量合金元素加入量及加入方法的确定，使壁厚大于300mm的铸块心部解剖及壁厚大于60mm的大型铸件本体套料，在保证材料相关性能要求的前提下：其心部材料不出现碎块状石墨，石墨球圆整，球化率≥80％，基体组织中铁素体含量＞95％、珠光体含量＜5％。

本发明提供了一种大断面硅固溶强化铁素体球墨铸铁心部石墨形态的控制方法，该控制方法也是一种大断面(壁厚大于60mm)高强度高韧性硅固溶强化铁素体球墨铸铁件(EN-GJS-450-18，EN-GJS-500-14，EN-GJS-600-10)的制备工艺，且该制备工艺确保了大断面铸铁件心部的石墨形态。

该球墨铸铁件是以生铁为主要原材料，球墨铸铁材料的元素组成：C:3.0～3.7wt％，Si:2.8～4.0wt％，Mn≤0.3wt％，P≤0.04wt％，S:0.01～0.03wt％，Sb：0.001～0.006wt％，Mg:0.03～0.06wt％，Re≤0.001wt％其余为Fe和制备过程中带入的杂质；