一種高尺寸穩(wěn)定性鑄鐵及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于提供一種鑄鐵以及使用該材質(zhì)鑄造鑄件的生產(chǎn)工藝方法，所述鑄鐵的組成和質(zhì)量百分比含量為：C 3.10～3.25％，Si 1.8～2.1％，Mn 0.94％～1.15％，P≤0.07％，S 0.03～0.07％，Cr 0.25～0.34％，Cu 0.5～0.7％，余量為Fe；碳當(dāng)量為3.80～3.95％CE，硅碳比Si/C＝0.58～0.65。高碳當(dāng)量是本發(fā)明的關(guān)鍵點(diǎn)之一，是降低鑄造應(yīng)力的重要措施。該鑄鐵同時具有高尺寸穩(wěn)定性、高強(qiáng)度、高彈性模量、低應(yīng)力的特點(diǎn)，且生產(chǎn)工藝簡單，鑄件質(zhì)量穩(wěn)定，能滿足各類裝備部件的制造。
【專利說明】
-種高尺寸穩(wěn)定性鑄鐵及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及鑄鐵材料相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，特別提供了一種高尺寸穩(wěn)定性、高強(qiáng)度、高彈 性模量、低應(yīng)力的鑄鐵W及使用該材質(zhì)的鑄件的鑄造生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)代裝備對部件性能的要求越來越高，不但要求其具有良好的力學(xué)性能，同時還 要求其具有一定的特殊性能，如一些重大裝備的機(jī)身等重要部件要求具有良好的力學(xué)性 能、導(dǎo)熱性、減震性等，同時要求必須具有高尺寸穩(wěn)定性，W保持部件的尺寸精度和精度保 持性，從而實(shí)現(xiàn)整套裝備的高精度和精度保持性。
[0003] 灰鑄鐵具有良好的力學(xué)性能、導(dǎo)熱性、減震性和切削性能，鑄造工藝性能良好，可 W鑄造生產(chǎn)復(fù)雜鑄件，且生產(chǎn)周期短，制造成本低，已作為重要的結(jié)構(gòu)材料得到廣泛應(yīng)用。 一般情況下，灰鑄鐵的強(qiáng)度和其鑄造應(yīng)力成正比，抗拉強(qiáng)度越高，鑄造應(yīng)力越大，變形就越 大，尺寸穩(wěn)定性就越差。
[0004] W大型機(jī)床為例，目前，大型數(shù)控機(jī)床都在向著高精度、高速切削和強(qiáng)力切削方向 發(fā)展，機(jī)床用鑄件的質(zhì)量對整機(jī)的壽命、精度和精度保持性都有重要影響。提高機(jī)床鑄件的 質(zhì)量，尤其是尺寸穩(wěn)定性，W保證機(jī)床整體的精度和精度保持性，解決嚴(yán)重制約我國高檔機(jī) 床發(fā)展的瓶頸，有重要意義。
[0005] 就機(jī)床鑄件而言，在四個方面提出了要求:一是低的鑄造應(yīng)力，保持機(jī)床鑄件良好 的尺寸精度穩(wěn)定性;二是機(jī)床導(dǎo)軌的良好耐磨性，不因耐磨性差而失去精度;=是良好的減 振性，不因減振性差而影響加工精度；四是鑄件具有足夠的材質(zhì)剛性與結(jié)構(gòu)剛性，不因加工 對抗變形而影響精度。作為機(jī)床鑄件主要材質(zhì)的灰鑄鐵，其彈性模量是影響鑄件剛性及尺 寸穩(wěn)定性的重要因素，殘余應(yīng)力是影響鑄件尺寸穩(wěn)定性的重要因素。因此，對機(jī)床鑄件尤為 重要。目前機(jī)床鑄件大部分仍為灰鑄鐵，提高強(qiáng)度的重要途徑是降低C、Si含量和碳當(dāng)量 (CE)。例如，2009年全國機(jī)床鑄件生產(chǎn)調(diào)查表明，HT300的碳當(dāng)量(CE)平均值為3.60%，最低 值為3.50%。2014年全國機(jī)床鑄件生產(chǎn)調(diào)查表明，肌'300的碳當(dāng)量(〔6)平均值為3.68%，最 低值為3.57 %。運(yùn)種方法，在提高強(qiáng)度的同時，也增大了鑄件的鑄造應(yīng)力(通常在60~SOMPa W上），導(dǎo)致鑄件變形加大，尺寸穩(wěn)定性差。
[0006] 只是簡單的提高灰鑄鐵的碳當(dāng)量，將使材料的力學(xué)性能大幅度降低。例如，研究發(fā) 現(xiàn)，將灰鑄鐵的碳當(dāng)量(CE)提高到3.83~3.90%而不采取其它措施，灰鑄鐵的抗拉強(qiáng)度降 低到270M化左右，無法滿足HT300的性能要求。
[0007] 如何通過化學(xué)成分設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝創(chuàng)新，生產(chǎn)出具有高尺寸穩(wěn)定性、高強(qiáng)度、高彈 性模量、低應(yīng)力的鑄鐵材料，用于制造具有高尺寸穩(wěn)定性要求的部件(如機(jī)床床身），就成為 亟待解決的問題。
[000引人們期望獲得一種技術(shù)效果好的高尺寸穩(wěn)定性鑄鐵W及使用該材質(zhì)的鑄件的鑄 造生產(chǎn)工藝方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的在于提供一種鑄鐵W及使用該材質(zhì)鑄造鑄件的生產(chǎn)工藝方法，該鑄 鐵同時具有高尺寸穩(wěn)定性、高強(qiáng)度、高彈性模量、低應(yīng)力的特點(diǎn)，且生產(chǎn)工藝簡單，鑄件質(zhì)量 穩(wěn)定，能滿足各類裝備部件的制造。
[0010] 本發(fā)明具體提供了一種高尺寸穩(wěn)定性鑄鐵，其特征在于，所述鑄鐵的組成和質(zhì)量 百分比含量為：〔3.10~3.25%，511.8~2.1%，]?110.94%~1.15%，口<0.07%，5 0.03 ~0.07% ,Cr 0.25~0.:34% ,Cu 0.5~0.7%，余量為化。
[00川其中，所述鑄鐵的碳當(dāng)量為3.80~3.95%〔6，娃碳比51/〔 = 0.58~0.65(質(zhì)量比）。 高碳當(dāng)量是本發(fā)明的關(guān)鍵點(diǎn)之一，是降低鑄造應(yīng)力的重要措施。
[0012] 本發(fā)明還提供了所述高尺寸穩(wěn)定性鑄鐵的熱處理工藝，其特征在于，所述鑄鐵采 用階梯冷卻去應(yīng)力退火熱處理工藝，具體工藝參數(shù)為:590 ± 15°C保溫4-化，然后分別在500 ±15°C、410±15°C、320±15°C、230±15°C、140±15°C、80±15°C 下保溫化，最后爐冷至室 溫。其中，所述鑄鐵的升溫和降溫速度均優(yōu)選為25~30°C/h。階梯冷卻去應(yīng)力退火熱處理工 藝過程是本發(fā)明的關(guān)鍵點(diǎn)之一，熱處理的目的是消除鑄造應(yīng)力。
[0013] 本發(fā)明還提供了所述高尺寸穩(wěn)定性鑄鐵鑄造鑄件的工藝方法，其特征在于，具體 步驟為：
[0014] ①爐料配比
[0015] 爐料重量百分比：廢鋼60-80%，生鐵5-10%，回爐料5~30 %、其它合金、增碳劑為 余量；
[0016] ②鐵液烙化及孕育處理
[0017] 鐵液烙煉:將原料放入烙煉電爐內(nèi)，完成鐵液烙化及化學(xué)成分調(diào)配；出爐時鐵液化 學(xué)成分質(zhì)量百分比含量符合^下要求：〔3.10~3.25%，511.8~2.1%，]?11〇.94%~ 1.15%，口<0.07%，5 0.03~0.07%，化0.25~0.：34%，〇10.5~0.7%，余量為化；碳當(dāng)量 (CE) :3.80~3.95%、娃碳比（Si/C) :0.58~0.65;
[001引鐵液過熱溫度:1500 °C~1550 °C;
[0019] ③孕育處理
[0020] 鐵液進(jìn)行多次孕育處理，所述高尺寸穩(wěn)定性鑄鐵需進(jìn)行孕育處理，W得到石墨長 度4-5級的A型石墨組織和珠光體> 95%的基體組織。
[0021] 所使用的孕育劑優(yōu)選為娃鐵或（高巧)領(lǐng)娃鐵等；孕育處理方法采用"包內(nèi)沖入法 孕育+出鐵槽孕育+隨流孕育"；
[0022] ④造型和誘注
[0023] 采用樹脂砂造型、樹脂砂制忍:將符合技術(shù)要求的鐵液誘入鑄型，待鑄件冷卻到溫 度低于180°C后打箱;按要求進(jìn)行清理，修整。
[0024] ⑤所得鑄件的化學(xué)成分和各成分的質(zhì)量百分比含量：
[0025] C3.10~3.25%，Sil.8~2.1%，Mn0.94%~1.15%，P<0.07%，S0.03~ 0.07%，燈0.25~0.：34%，加0.5~0.7%，余量為尸6;碳當(dāng)量〔6:3.80~3.95%、娃碳比 (Si/C):0.58~0.65;
[00%] ⑥階梯冷卻去應(yīng)力退火熱處理
[0027] 590 ± 15 °C保溫4-化，然后分別在500 ± 15 °C、410 ± 15 °C、320 ± 15 °C、230 ± 15 °C、 140 ± 15 °C、80 ± 15 °C下保溫化，最后爐冷至室溫。
[0028] 采用高碳當(dāng)量、大比例廢鋼和合金化措施后，鑄件力學(xué)性能可W滿足HT300的要 求，鑄件中殘余應(yīng)力也有所降低，但仍高達(dá)40~SOMPaW上，必須經(jīng)過階梯冷卻去應(yīng)力退火 處理后，鑄件中的殘余應(yīng)力才有顯著降低。
[0029] 本發(fā)明所述高尺寸穩(wěn)定性鑄鐵鑄造鑄件的工藝方法，其特征在于:步驟③中，孕育 劑的加入量為步驟②中調(diào)配后鐵液重量的0.6~0.7%。
[0030] 本發(fā)明所述高尺寸穩(wěn)定性鑄鐵鑄造鑄件的工藝方法，其特征在于:在步驟⑥階梯 冷卻去應(yīng)力退火熱處理中，首先按25~30°CA的升溫速度升溫到590±15°C實(shí)施保溫，保溫 時間為4~6小時，保溫結(jié)束后，按25~30°C A降溫速度降溫冷卻，在冷卻過程中，每降溫90 °C進(jìn)行一次保溫，每次保溫時間為1小時，直至冷卻到80±15°C后，開始隨爐冷卻至室溫，鑄 件出爐。
[0031 ]相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0032] ①、采用本發(fā)明技術(shù)生產(chǎn)的高尺寸穩(wěn)定性鑄鐵，化學(xué)成分特點(diǎn)是高碳當(dāng)量(CE)、高 娃碳比（Si/C)，可有效降低鑄件的鑄造殘余應(yīng)力，其力學(xué)性能為，抗拉強(qiáng)度含300Mpa，彈性 模量^ 120Gpa，硬度：190-220皿;金相組織:珠光體^ 95 %，A型石墨、石墨長度4-5級。
[0033] ②、采用本發(fā)明技術(shù)生產(chǎn)的高尺寸穩(wěn)定性鑄鐵，在具有高強(qiáng)度、高彈性模量的同 時，具有低的殘余應(yīng)力，鑄件鑄造殘余應(yīng)力^ 25MPa。
[0034] ③、采用本發(fā)明所述高尺寸穩(wěn)定性鑄鐵生產(chǎn)的機(jī)床導(dǎo)軌，其導(dǎo)軌面硬度均勻性好， 硬度差小，有利于尺寸穩(wěn)定性和機(jī)床加工精度的保持性。
[0035] ④、該高尺寸穩(wěn)定性鑄鐵鑄造工藝性能良好，機(jī)械加工性能良好，生產(chǎn)工藝簡單， 鑄件質(zhì)量穩(wěn)定。
【附圖說明】
[0036] 圖1階梯冷卻去應(yīng)力退火熱處理工藝。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 實(shí)施例1
[0038] 高尺寸穩(wěn)定性鑄鐵鑄件鑄造生產(chǎn)方法：
[0039] 鐵液烙化采用中頻感應(yīng)電爐、中性爐襯。廢鋼加入量為70% (重量百分比，下同）、 生鐵加入量為5 %，回爐料加入量為21 %，其它合金和增碳劑為余量，鐵液化學(xué)成分符合本 技術(shù)要求后出爐，鐵液過熱溫度：1504°C。采用"包內(nèi)沖入法孕育+出鐵槽孕育+隨流孕育"進(jìn) 行孕育處理，孕育劑采用FeSi75,加入量為調(diào)配后鐵液重量的0.6%，經(jīng)孕育處理的鐵液誘 入樹脂砂鑄型，鑄件經(jīng)冷卻到180°C后打箱、清理后進(jìn)行熱處理。
[0040] 鑄件的主要化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％)為：C 3.21%、Si 2.09%、Mn 1.12%、P 0.032%、S 0.031%、Cr 0.33%、Cu 0.54%，尸6余量，3.92%〔6。
[0041 ] 鑄件熱處理工藝為:鑄件按25~30°C/h升溫速度升溫到590±15°C實(shí)施保溫，保溫 時間為4小時。保溫結(jié)束后，按25~30°CA降溫速度降溫冷卻，在冷卻過程中，每降溫90°C進(jìn) 行一次(階梯)保溫，保溫時間為1小時，直至冷卻到80±15°C后，開始隨爐冷卻至室溫，鑄件 出爐。
[0042] 鑄件檢測結(jié)果為:抗拉強(qiáng)度:339(MPa)，彈性模量：129(GMPa)，硬度216HBW，殘余應(yīng) 力：17.3(MPa)。
[0043] 實(shí)施例2
[0044] 實(shí)施例2與實(shí)施例1基本相同，其不同之處主要是:廢鋼加入量為75%、生鐵加入量 為8 %，回爐料加入量為13 %，其它合金和增碳劑為余量，孕育劑為高巧領(lǐng)孕育劑，孕育劑加 入量為調(diào)配后鐵液重量的0.68%;鐵液過熱溫度：1540°C;鑄件在590±15°C熱處理保溫時 間為6小時。
[0045] 鑄件的主要化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％)為:3.17%C、1.89%Si、0.95%Mn、0.042%P、 0.036%S、0.28%Cr、0.69%Cu，3.81%CE。
[0046] 鑄件檢測結(jié)果為:抗拉強(qiáng)度:343(MPa)、彈性模量：135(GMPa)，硬度218HBW，鑄件殘 余應(yīng)力:23.4(MPa)。
[0047] 實(shí)施例3
[0048] 實(shí)施例3與實(shí)施例1基本相同，其不同之處主要是:廢鋼加入量為65%、生鐵加入量 為7%，回爐料加入量為24%，其它合金和增碳劑為余量，孕育劑為高巧領(lǐng)孕育劑，孕育劑加 入量為調(diào)配后鐵液重量的0.7% ;鐵液過熱溫度：1520°C ;鑄件在590± 15°C熱處理保溫時間 為6小時。
[0049] 鑄件的主要化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％)為:3.19%C、1.96%Si、1.10%Mn、0.058%P、 0.031 %S、0.：M%Cr、0.56%Cu，3.86%CE。
[0050] 產(chǎn)品為機(jī)床床身，床身鑄件檢測結(jié)果為：抗拉強(qiáng)度：338 (M化）、彈性模量：131 (GMPa)，鑄件殘余應(yīng)力：16.2(MPa)。表訪采用本發(fā)明技術(shù)生產(chǎn)的高尺寸穩(wěn)定性鑄鐵床身的 導(dǎo)軌面硬度，表2為采用本發(fā)明技術(shù)生產(chǎn)的高尺寸穩(wěn)定性鑄鐵床身的殘余應(yīng)力。
[0051 ]表1高尺寸穩(wěn)定性鑄鐵床身的導(dǎo)軌面硬度化BW)
[0化2]
[0053]表2兩高尺寸穩(wěn)定性鑄鐵床身的殘余應(yīng)力 [0化4]
[0055]上述實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人 ±能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)W實(shí)施，并不能W此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明 精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高尺寸穩(wěn)定性鑄鐵，其特征在于，所述鑄鐵的組成和質(zhì)量百分比含量為:c 3.10 ~3.25%，Si 1.8~2·1%，Μη 0.94%~1.15%，P<0.07%，S 0.03~0.07%，Cr 0.25~ 0.34%，Cu 0.5~0.7%，余量為Fe;碳當(dāng)量CE為3.80~3.95%。2. 按照權(quán)利要求1所述高尺寸穩(wěn)定性鑄鐵，其特征在于:所述鑄鐵娃碳的質(zhì)量比Si/C = 0.58~0.65。3. -種權(quán)利要求1所述高尺寸穩(wěn)定性鑄鐵的去應(yīng)力退火熱處理工藝，其特征在于，所述 鑄鐵采用階梯冷卻去應(yīng)力退火熱處理，具體工藝參數(shù)為：590±15°C保溫4-6h，然后分別在 500±15°(：、410±15°(：、320±15°(：、230±15°(：、140±15°(：、80±15°(：下保溫111，最后爐冷至 室溫。4. 按照權(quán)利要求3所述高尺寸穩(wěn)定性鑄鐵的去應(yīng)力退火熱處理工藝，其特征在于:所述 鑄鐵的升溫和降溫速度均為25~30 °C/h。5. -種采用權(quán)利要求1所述高尺寸穩(wěn)定性鑄鐵鑄造鑄件的工藝方法，其特征在于，具體 步驟為： ① 、爐料配比 爐料重量百分比:廢鋼60-80 %，生鐵5-10 %，回爐料5-30 %、其它合金、增碳劑為余量； ② 、鐵液熔化及孕育處理 鐵液熔煉:將原料放入熔煉電爐內(nèi)，完成鐵液熔化及化學(xué)成分調(diào)配；出爐時鐵液化學(xué)成 分質(zhì)量百分比含量符合以下要求<3.10~3.25%，311.8~2.1%，]?11〇.94%~1.15%，？ <0.07%，S 0.03~0.07%，Cr 0.25~0.34%，Cu 0.5~0.7%，余量為Fe;碳當(dāng)量CE:3.80 ~3.95%、硅碳比51/(：:0.58~0.65 ; 鐵液過熱溫度：1500 °C~1550 °C ; ③ 、孕育處理 鐵液進(jìn)行孕育處理;孕育處理方法采用"包內(nèi)沖入法孕育+出鐵槽孕育+隨流孕育"； ④ 、造型和澆注 采用樹脂砂造型、樹脂砂制芯:將符合技術(shù)要求的鐵液澆入鑄型，待鑄件冷卻到溫度低 于180°C后打箱； ⑤ 、所得鑄件的化學(xué)成分和各成分的質(zhì)量百分比含量： C 3.10~3.25%，Si 1.8~2·1%，Μη 0.94%~1.15%，P<0.07%，S 0.03~0.07%， Cr 0.25~0.34%，Cu 0.5~0.7%，余量為Fe;碳當(dāng)量CE:3.80~3.95%、硅碳比Si/C:0.58 ~0·65; ⑥ 、階梯冷卻去應(yīng)力退火處理 590 ± 15 Γ保溫4-6h，然后分別在500 ± 15 Γ、410 ± 15 Γ、320 ± 15 Γ、230 ± 15 Γ、140 土 15 °C、80 ± 15 °C下保溫1 h，最后爐冷至室溫。6. 按照權(quán)利要求5所述高尺寸穩(wěn)定性鑄鐵鑄造鑄件的工藝方法，其特征在于：步驟③ 中，孕育劑的加入量為步驟②中調(diào)配后鐵液重量的〇. 6~0.7%。7. 按照權(quán)利要求5所述高尺寸穩(wěn)定性鑄鐵鑄造鑄件的工藝方法，其特征在于:在步驟⑥ 階梯冷卻去應(yīng)力退火熱處理中，首先按25~30°C/h的升溫速度升溫到590±15°C實(shí)施保溫， 保溫時間為4~6小時，保溫結(jié)束后，按25~30°C/h降溫速度降溫冷卻，在冷卻過程中，每降 溫90°C進(jìn)行一次保溫，每次保溫時間為1小時，直至冷卻到80±15°C后，開始隨爐冷卻至室 溫，鑄件出爐D
【文檔編號】C22C33/08GK105861920SQ201610430958
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年6月17日
【發(fā)明人】董峰, 齊笑冰, 王鵬華, 李海蘭
【申請人】沈陽鑄造研究所