[发明专利]一种高强度高韧性等温淬火球铁材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种高强度高韧性等温淬火球铁材料及其制备方法和应用，其制备方法包括以下步骤：将原料采用常规的方法制备成球墨铸铁试件；将球墨铸铁试件置于气体渗碳炉中，升温至760～780℃，并保温6～10分钟，整个升温保温过程控制炉气碳势为0.6～0.7；将炉气碳势升至0.8～0.9，然后将炉温升温至奥氏体化温度并保温；对球墨铸铁试件进行等温淬火处理，得到高强度高韧性等温淬火球铁材料。本发明通过对球铁成分的选择和控制，能够稳定生产出抗拉强度R_m≥1200MPa且延伸率≥8％的高强度高韧性等温淬火球铁材料，和现有等温淬火球铁材料相比，克服了强度提高的同时韧性降低的不足。

技术领域

本发明涉及铸铁材料技术领域，特别涉及一种高强度高韧性等温淬火球铁材料及其制备方法和应用。

背景技术

等温淬火球铁材料(ADI)是一定成分的球墨铸铁经等温淬火工艺热处理后得到的铸铁材料，其具有较高的强度、延伸率和冲击值等良好的综合机械性能，因而，等温淬火球铁材料(ADI)常用以代替球墨铸铁、铸钢、锻钢、铝合金等汽车零部件，实现轻量化、降成本的目的。

国家标准GB/T 24733-2009《等温淬火球墨铸铁件》公开了力学性能指标(抗拉强度MPa/伸长率％/硬度HBW)：800/10/270-340，900/8/270-340，1050/6/310-380，1200/3/340-420，1400/1/380-480，由此可以看出，随着强度和硬度的增加，ADI的韧性和伸长率逐渐降低，如何使ADI在高强度下保持高伸长率是个难题。

中国专利文献CN106947911A公开一种高强度高韧性高耐磨性等温淬火球铁材料，其成分如下：C 3.3～3.8％、Si 2.5～2.8％、Mn 0.2～0.3％、Cr≤0.02％、Ni 0.50～0.80％、Mo 0.25～0.40％、Cu 0.7～1.0％、P≤0.025％、S≤0.016％、残留Mg 0.03～0.05％、Re 0.006～0.01％，余量为铁。该等温淬火球铁材料合金元素添加量较多，成本较高，力学性能在1200MPa以上时，延伸率不到4.1％。

中国专利文献CN106947912A公开一种等温淬火球墨铸铁及其铸造方法，该等温淬火球墨铸铁含有以下重量百分含量的成分：C 3.14-3.86％、Si 2.32-2.76％、Mn 0.32-0.98％、Mg 0.01-0.04％、Cu 0.45-0.67％、Ni 0.51-0.78％、Mo 0.2-0.4％、Cr 0.15-0.35％、Sb 0.005-0.027％、Re 0.025-0.057％、Ce 0.005-0.02％、P＜0.05％、S＜0.01％，其余为铁和其他不可避免的杂质，其铸造方法是按重量百分比称取所需原料，熔炼、孕育和球化处理后浇注，铸件经等温淬火得到，该等温淬火球墨铸铁添加较多的合金元素，但其性能只能达到国家标准QTD900～8的要求，成本较高，且断裂伸长率≥10％时，抗拉强度不到1100MPa。

中国专利文献CN104878275A公开了一种高强度高延伸率球铁铸件的生产工艺，按下述步骤进行：①在电炉中加入18-22份废钢熔炼，再加入58-62份回炉料，最后同时加入0.5份的组织改良剂和18-22份生铁进行熔炼，形成原铁水；②将球化剂加入到球化包的球化室内，再将孕育剂覆盖在球化剂上，然后将矽钢片覆盖在孕育剂上，最后将组织改良剂加入球化包内；③将电炉中温度控制在1460-1480℃的原铁水到球化包中反应后形成终铁水；④将终铁水浇入铸型，冷却后得到球铁铸件。该球铁铸件的延伸率虽然能达到11％～12％，但是抗拉强度不到650MPa。

综上所述，相关技术中等温淬火球铁材料难以兼顾高抗拉强度和高延伸率。

发明内容

本发明的目的是提供一种等温淬火球铁材料，该等温淬火球铁材料与上述现有技术文献等中的常规球墨铸铁相比，同时具备高延伸率和高抗拉强度，由此具有出色的机械性能，特别是韧性，并且提供等温淬火球铁材料的铸造零件和汽车结构部件，以及用于制备等温淬火球铁材料的方法。