[发明专利]一种玛钢黑心可锻铸铁金属材料及其生产工艺

说明书

本发明公开了一种玛钢黑心可锻铸铁金属材料及其制备方法，其中玛钢材料包括以下质量百分比原料：炭2.4‑2.6％，硅1.6‑1.8％，钡0.01‑0.06％，钙0.12‑0.14％，铝0.2‑0.5％，锰0.6‑0.8％，硫＜0.15％，磷＜0.06％，铬＜0.06％，余量为铁；本发明的玛钢黑心可锻铸铁金属材料，是一种新型的玛钢材质的材料，牌号KTH400‑8，即最低抗拉强度为400MPa、最低断后伸长率为8％的黑心可锻铸铁；组分新颖，制作过程合理清晰，石墨分布均匀，表面没有片状石墨斑点，机械强度大。

技术领域

本发明涉及锻造技术领域，具体说是一种玛钢黑心可锻铸铁金属材料及其生产工艺。

背景技术

铸铁根据碳的存在状态可以分为片状石墨铸铁、球墨铸铁和黑心可锻铸铁等，其中黑心可锻铸铁由于机械强度优异被广泛用于冲击或震动和扭转载荷的零件，如制造汽车后桥、弹簧支架、低压闸门、管接头、工具扳手等，但是由于铸铁材料为铁基材料，因此在高温范围内容易发生氧化反应，耐氧化性能不高。现有技术中有通过镍的添加来增加其耐氧化性能，但是由于镍的成本较高，因此使用范围受到限制。另外，由于石墨相当于钢基体中的裂纹或空洞，破坏了基体的连续性，因此黑心可锻铸铁的有效承载截面被减少，应力集中，因此其强度、塑性和韧性低于碳钢，因此如何提高黑心可锻铸铁的力学性能一直是本领域亟待解决的问题。

另一方面，黑心可锻铸铁中，铸造、冷却后的碳是以作为与铁的化合物的渗碳体(Fe₃C)的形态存在，然后将铸件加热并保持在720℃以上的温度，渗碳体被分解，石墨析出。

但是目前黑心可锻铸铁的石墨化需要很长的时间，由于石墨化存在两个阶段，第一阶段石墨化是在900℃以上的温度下分解在奥氏体中游离的渗碳体，第二阶段石墨化是在720℃下分解珠光体中的渗碳体。两个阶段均伴有基质中碳的扩散和石墨的析出过程，因此需要数小时甚至数十小时，因此长时间的石墨化是增加黑心可锻铸铁的制造成本的原因。

为了缩短石墨化所需的时间，一般采用的方法是通过调节黑心可锻造成分或添加新的添加元素，从而缩短石墨化所需时间。如增加促进石墨化的硅的量，但是一味增加硅的用量，在铸造及冷却过程中容易生产斑点状石墨，导致黑心可锻铸铁的机械强度下降。

发明内容

为解决现有技术中黑心可锻铸铁高温耐氧化性不高、热处理时间过长，生产成本高等问题，本发明的目的是提供一种玛钢黑心可锻铸铁金属材料及其生产工艺。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

一种玛钢黑心可锻铸铁金属材料，包括以下质量百分比原料：炭2.4-2.6％，硅1.6-1.8％，钡0.01-0.06％，钙0.12-0.14％，铝0.2-0.5％，锰0.6-0.8％，硫＜0.15％，磷＜0.06％，铬＜0.06％，余量为铁。

本发明还包括一种玛钢黑心可锻铸铁金属材料的生产工艺，包括以下步骤：

①将金属铝、碳化硅、氮化硅和氧化镁按照质量比3～6：2～8：16～20：3～6混合均匀，得到孕育剂；

②炉前孕育：准备冲天炉，熔炼时，加入铸造生铁，在炉前铁水包里加入冷铁，然后加入步骤①的孕育剂；其中铸造生铁、冷铁和孕育剂的质量比为15～25：3～10：0.5～1；

③二次孕育：将炉前铁水包里的铁水放入铁水包，并且当铁水包里的铁水达到65～75％时，再次加入步骤①的孕育剂；

其中再次加入步骤①的孕育剂的质量与步骤②中的铸造生铁的质量的比值为0.6～1.1：15～25；

④将铁水进行浇铸。

优选的，冲天炉用富氧送风，在冲天炉开炉中期，出炉温度1550以上。

优选的，铸造生铁、冷铁和孕育剂的质量比为20：6：0.8。