C ±10°C烘烤預(yù)熱后加入中頻感應(yīng)電爐熔煉，原料熔清后加石墨增碳劑和75#硅鐵，調(diào)整鐵液的含碳量到3.15%和含硅量到1.2%為止，鐵液過熱溫度為1545°C，靜置時間8 min,出鐵溫度為1500°C ；
第四步，合金化處理:按鐵液總重量的1.50%添加合金，合金種類及其添加量為Mn:0.80%，Cu:0.50%，Cr:0.20%，合金均為粒度2~10mm的顆粒狀，經(jīng)400°C ±10°C烘烤預(yù)熱后在鐵液出爐倒入澆包時隨流加入；
第五步，強(qiáng)化孕育:按鐵液總重量的0.2%稱取SiFe75孕育劑(其中的Si含量為70-80%),按鐵液總重量的0.3%稱取3~8mm大粒度的高鈣鋇孕育劑、按鐵液總重量的0.1%稱取0.2~0.7mm小粒度的高鈣鋇孕育劑，400°C ± 10°C烘烤預(yù)熱后，將SiFe75用于包底孕育、大粒度的高鈣鋇孕育劑用于出鐵槽孕育、小粒度的高鈣鋇孕育劑在澆注時通過隨流孕育機(jī)隨流加入，其中高鈣鋇孕育劑的成分為S1:72-78% ；Ca:1.0-2.0% ；Ba:2.0-3.0% ；A1:〈1.5%，余量為Fe ；
第六步，澆注:澆注溫度為1360°C，澆注結(jié)束后，在冒口的鐵液表面撒珍珠砂保溫；第七步，打箱清理:當(dāng)鑄件溫度冷卻至250°C時打箱，得到灰鑄鐵的金相組織見圖1、圖2，珠光體含量95%，A型石墨，石墨長度4~5級，滲碳體+磷共晶含量< 0.5%，抗拉強(qiáng)度305MPa，硬度 HB198，彈性模量 125GPa ；
第八步，時效處理:采用階梯式升溫降溫法熱時效工藝對鑄件進(jìn)行消應(yīng)力處理，熱時效工藝曲線圖見圖3所示，得到鑄件的最大殘余應(yīng)力為16.9MPa，達(dá)到了牌號HT300灰鑄鐵的質(zhì)量性能，同時具有高強(qiáng)度、高彈性模量和低應(yīng)力的優(yōu)異性能，可滿足機(jī)床鑄件的技術(shù)要求。
[0017]實(shí)施例2
制造成分組成為 C:3.25% ；Si:1.90% ；CE:3.88% ；Mn:1.00% ；P ( 0.07% ；S:0.08% ；Cu:0.70% ；Cr:0.30% ;余量為Fe的灰鑄鐵:
第一步，造型、制芯:采用樹脂砂造型、制芯，型腔表面涂刷醇基石墨涂料，重要部位應(yīng)刷兩次，刷涂料時要求表面光潔、棱角清晰；在厚大部位放置冷鐵，冷鐵使用面要求平整，沒有油污、氣孔、銹蝕、缺損等缺陷；
第二步，原料配制:按“碳素廢鋼:高純生鐵:回爐料=70%:10%:20%”之重量百分比稱取原料，其中:高純生鐵的化學(xué)成分為:C:4.61% ；Si:0.62% ；Mn:0.08% ；S:0.026% ；P:
0.011% ；T1:0.030% ;余量為 Fe ;碳素廢鋼的化學(xué)成分為:C:0.16% ；S1:0.23% ；Mn:0.44% ；S:0.02% ；P:0.027%，余量為Fe ;回爐料為同材質(zhì)回爐料，化學(xué)成分為:C:3.20% ；S1:1.90% ；Mn:0.80% ；P:0.03% ；S:0.08% ；Cu:0.60% ；Cr:0.25%，余量為 Fe ；
第三步，鐵液熔煉:將原料經(jīng)400°C ±10°C烘烤預(yù)熱后加入中頻感應(yīng)電爐熔煉，原料熔清后加石墨增碳劑和75#硅鐵，調(diào)整鐵液的含碳量到3.25%、含硅量1.3%為止，鐵液過熱溫度為1510°C，靜置時間10 min,出鐵溫度為1490°C ；
第四步，合金化處理:按鐵液總重量的2.00%添加合金，合金種類及其添加量為Mn:
1.00%，Cu:0.70%，Cr:0.30%，合金均為粒度2~10mm的顆粒狀，經(jīng)400°C ±10°C烘烤預(yù)熱后在鐵液出爐倒入澆包時隨流加入；
第五步，強(qiáng)化孕育:按鐵液總重量的0.2%稱取SiFe75孕育劑(其中的Si含量為70-80%),按鐵液總重量的0.4%稱取3~8mm的大粒度高鈣鋇孕育劑、按鐵液總重量的0.1%稱取0.2-0.7mm的小粒度高鈣鋇孕育劑，400°C ±10°C烘烤預(yù)熱后將SiFe75用于包底孕育、大粒度的高鈣鋇孕育劑用于出鐵槽孕育、小粒度的高鈣鋇孕育劑在澆注時通過隨流孕育機(jī)隨流加入，其中高鈣鋇孕育劑的成分為S1:72-78% ；Ca:1.0-2.0% ；Ba:2.0-3.0% ；A1:〈1.5%，余量為Fe ；
第六步，澆注:澆注溫度為1340°C，澆注結(jié)束后，在冒口的鐵液表面撒珍珠砂保溫；第七步，打箱清理:當(dāng)鑄件溫度冷卻至150°C時打箱，得到灰鑄鐵的金相組織和力學(xué)性能為:珠光體含量98%，A型石墨，石墨長度4~5級，滲碳體+磷共晶含量< 0.5%，抗拉強(qiáng)度320MPa，硬度 HB212，彈性模量 131GPa ；
第八步，時效處理:采用階梯式升溫降溫法熱時效工藝對鑄件進(jìn)行消應(yīng)力處理，得到鑄件的最大殘余應(yīng)力為19.9MPa，達(dá)到牌號HT300灰鑄鐵的質(zhì)量性能，同時具有高強(qiáng)度、高彈性模量和低應(yīng)力的優(yōu)異性能，可滿足高檔數(shù)控機(jī)床鑄件的技術(shù)要求。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高強(qiáng)度高彈性模量低應(yīng)力灰鑄鐵，其特征在于:所述灰鑄鐵的成分組成為:C:3.15-3.25% ；S1:1.80-2.00% ；CE:3.75-3.90% ；Mn:0.70-1.00% ；P:彡 0.07% ；S:0.06-0.10% ；Cu:0.50-0.70% ；Cr:0.20-0.30%，余量為 Fe。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度高彈性模量低應(yīng)力灰鑄鐵的制造方法，其特征在于包括下述步驟: 第一步，造型、制芯: 采用樹脂砂造型、制芯，型腔表面涂刷醇基石墨涂料，在厚大部位放置冷鐵，冷鐵使用面要求平整，沒有缺陷； 第二步，原料配制: 按優(yōu)質(zhì)碳素廢鋼:高純生鐵:回爐料=60~70%:5~10%:20~35%之重量百分比稱取原料，其中:所用高純生鐵的化學(xué)成分為:C:4.61% ；Si:0.62% ；Mn:0.08% ；S:0.026% ；P:0.011% ；Ti:0.030%，余量為Fe ;所用優(yōu)質(zhì)碳素廢鋼的化學(xué)成分為:C:0.16% ；S1:0.23% ；Mn:0.44% ；S:0.02% ；P:0.027%，余量為 Fe ;所述的化學(xué)成分為:C:3.20% ；S1:1.90% ；Mn:0.80% ；P:0.03% ；S:0.08% ；Cu:0.60% ；Cr:0.25%，余量為 Fe ； 第三步，鐵液熔煉: 將原料經(jīng)400°C ±10°C烘烤預(yù)熱后加入中頻感應(yīng)電爐熔煉，原料熔清后添加石墨增碳劑和75#硅鐵，調(diào)整鐵液含碳量到3.15-3.25%、含硅量到1.1-1.3%為止，鐵液過熱溫度1510~1540°C，靜置時間 8-10 min，出鐵溫度 1480~1510°C ； 第四步，合金化處理: 按鐵液總重量的1.40-2.00%添加顆粒狀合金，合金種類及其添加量為Mn:0.70-1.00%，Cu:0.50-0.70%，Cr:0.20-0.30%，經(jīng) 400°C ± 10°C烘烤預(yù)熱后在鐵液出爐倒入澆包時隨流加入； 第五步，強(qiáng)化孕育: 按鐵液總重量的0.2%稱取SiFe75孕育劑，按鐵液總重量的0.3-0.4%稱取3~8mm的大粒度高鈣鋇孕育劑，按鐵液總重量的0.1%稱取0.2-0.7mm的小粒度高鈣鋇孕育劑，4000C ±10°C烘烤預(yù)熱后，將SiFe75孕育劑用于包底孕育、大粒度高鈣鋇孕育劑用于出鐵槽孕育、小粒度高鈣鋇孕育劑在澆注時通過隨流孕育機(jī)隨流加入； 第六步，澆注: 當(dāng)鐵液溫度降至1340~1360°C時進(jìn)行澆注，澆注結(jié)束后，在冒口的鐵液表面撒珍珠砂保溫; 第七步，打箱清理: 當(dāng)鑄件溫度冷卻至280 °C以下時打箱，即可得到成分組成為C:3.15-3.25%;Si:1.80-2.00% ；CE:3.75-3.90% ；Mn:0.70-1.00% ；P:彡 0.07% ；S:0.06-0.10% ；Cu:0.50-0.70% ；Cr:0.20-0.30%，余量為Fe的灰鑄鐵，該灰鑄鐵的抗拉強(qiáng)度彡300 MPa，硬度HB190~220，彈性模量彡120 GPa，珠光體含量彡95%，A型石墨，石墨長度4~5級，滲碳體+磷共晶含量< 0.5% ； 第八步，時效處理:采用階梯式升溫降溫法熱時效工藝對鑄件進(jìn)行消應(yīng)力處理，使所得鑄件的內(nèi)應(yīng)力< 20MPa。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高強(qiáng)度高彈性模量低應(yīng)力灰鑄鐵的制造方法，其特征在于:所述第四步中顆粒狀合金的粒度為2~10mm。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高強(qiáng)度高彈性模量低應(yīng)力灰鑄鐵的制造方法，其特征在于:所述第五步中高鈣鋇孕育劑的成分為S1:72-78% ；Ca:1.0-2.0% ；Ba:2.0-3.0% ；A1:<1.5%，余量為Fe ；SiFe75孕育劑中的Si含量為70~80%。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高強(qiáng)度高彈性模量低應(yīng)力灰鑄鐵的制造方法，其特征在于:第八步中所述的階梯式升溫降溫法熱時效工藝的參數(shù)為:裝爐溫度小于100°c ;退火溫度600°C、升溫速度50~60°C /h、保溫時間6h ；降溫速度25°C /h,每降50°C保溫一次、每次保溫2~3h，降溫至室溫出爐；爐溫溫差保持在±5°C。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高強(qiáng)度高彈性模量低應(yīng)力灰鑄鐵及其制造方法，通過優(yōu)化原料配比，結(jié)合合金化、改進(jìn)熔煉、孕育、時效處理工藝，在提高碳當(dāng)量和硅碳比的情況下，得到具有優(yōu)異綜合性能的灰鑄鐵。本發(fā)明灰鑄鐵的成分組成為C：3.15~3.25%；Si：1.80~2.00%；CE：3.75~3.90%；Mn：0.70~1.00%；P：≤0.07%；S：0.06~0.10%；Cu：0.50~0.70%；Cr：0.20~0.30%，其組織和性能為：珠光體含量≥95%，A型石墨，石墨長度4~5級，滲碳體+磷共晶含量＜0.5%；抗拉強(qiáng)度≥300MPa，彈性模量≥120GPa，硬度HB190~220，內(nèi)應(yīng)力≤20MPa。解決了機(jī)床用灰鑄鐵件難以同時達(dá)到高強(qiáng)度、高彈性模量與低應(yīng)力的技術(shù)難題，有效減小鑄件因殘余應(yīng)力隨時間的釋放而導(dǎo)致的變形和斷裂。
【IPC分類】C22C37/10, C22C33/08, C21D5/00
【公開號】CN104894466
【申請?zhí)枴緾N201510295140
【發(fā)明人】李克銳, 衛(wèi)東海, 吳現(xiàn)龍, 李桐, 王拓
【申請人】鄭州機(jī)械研究所
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年6月3日