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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410698201.3 (22)申请日 2014.11.26 C22C 37/10(2006.01) C22C 37/04(2006.01) C22C 33/08(2006.01) C21C 1/10(2006.01) (71)申请人 山东省源通机械股份有限公司 地址 256102 山东省淄博市沂源县城鲁山路 东苑民营工业园 (72)发明人 周仕勇 李兴华 赵桂菊 (74)专利代理机构 青岛发思特专利商标代理有 限公司 37212 代理人 马俊荣 (54) 发明名称 超低温高韧性特种球墨铸铁金属材料及其制 备方法 (57) 摘要 本。
2、发明公开了一种超低温高韧性特种球墨铸 铁金属材料及其制备方法， 所述的原材料重量配 比为生铁 92 95 份， 废钢 5 8 份， 硅铁 1 2 份， 锰铁 2 3 份， 铋铁 0.5 1 份， 球化剂 1.6 1.8份， 孕育剂0.50.8份。 由生铁、 废钢、 硅铁、 锰铁、 铋铁、 孕育剂采用电炉熔炼， 经过炉前变质 孕育处理， 再经浇注成型冷却得到本种材料。 本发 明既能满足良好的结构性能、 铸造成型性能、 切削 加工性能， 又能满足高韧性、 高强度、 高耐磨、 耐寒 性、 耐蚀性、 减震性、 安全性能要求高的工作场合。 并可应用于高速列车、 风电行业、 车辆、 石油及石 化等行业。 。
3、原料相对低廉， 具有很高的实用价值和 推广意义， 市场前景广阔。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 (10)申请公布号 CN 104451359 A (43)申请公布日 2015.03.25 CN 104451359 A 1/1 页 2 1. 一种超低温高韧性特种球墨铸铁金属材料， 其特征在于， 所述的原材料重量配比为 生铁 92 95 份， 废钢 5 8 份， 硅铁 1 2 份， 锰铁 2 3 份， 铋铁 0.5 1 份， 球化剂 1.6 1.8 份， 孕育剂 0.5 0.8 份。 2. 根据权利要求 1 所述的超。
4、低温高韧性特种球墨铸铁金属材料， 其特征在于， 球化剂 为稀土镁硅铁合金。 3. 根据权利要求 1 所述的超低温高韧性特种球墨铸铁金属材料， 其特征在于， 所述的 生铁为 Q10# 生铁。 4. 根据权利要求 1 所述的超低温高韧性特种球墨铸铁金属材料， 其特征在于， 所述的 废钢为无锈一级废钢。 5. 根据权利要求 1 所述的超低温高韧性特种球墨铸铁金属材料， 其特征在于， 所述的 硅铁为 75# 硅铁。 6. 根据权利要求 1 所述的超低温高韧性特种球墨铸铁金属材料， 其特征在于， 所述的 锰铁为 65# 锰铁。 7. 根据权利要求 1 所述的超低温高韧性特种球墨铸铁金属材料， 其特征在于。
5、， 所述的 铋铁为含铋 99.99的铋铁。 8. 根据权利要求 1 所述的超低温高韧性特种球墨铸铁金属材料， 其特征在于， 所述的 孕育剂为硅钡孕育剂。 9. 一种权利要求 1 所述的超低温高韧性特种球墨铸铁金属材料的制备方法， 其特征在 于， 由生铁、 废钢、 硅铁、 锰铁、 铋铁、 球化剂和孕育剂为中频电炉熔炼， 经过炉前变质孕育处 理， 再经浇注成型冷却得到产品。 权 利 要 求 书 CN 104451359 A 2 1/3 页 3 超低温高韧性特种球墨铸铁金属材料及其制备方法 技术领域 0001 本发明属于新材料领域， 具体涉及一种超低温高韧性特种球墨铸铁金属材料及其 制备方法。 背景。
6、技术 0002 随着国内外工业的迅速发展， 对球墨铸铁中具有低温韧性的铁素体球墨铸铁的性 能要求日益增高， 不仅对其常温下的抗拉强度、 延伸率、 屈服强度有较高要求， 更对低温度 下的韧性也提出了要求， 使原有的牌号的低温韧性球墨铸铁已不能满足要求， 新的要求突 出表现在我国飞快发展的高速列车、 风力发电、 车辆、 石油及石化设备等配件上。 例如 ： 随着 我国轨道交通快速发展， 时速超过 200Km/h 和 300Km/h 的动车组对铁素体球铁铸件需求增 加， 由于速度快， 受力复杂， 一些零部件裸露在外部， 还有风电铸件由于工作环境特殊 ( 高 空、 室外 )， 维修及其困难， 代价甚高，。
7、 对球铁件的力学性能、 低温冲击性能要求也更为严格。 0003 由于普通球墨铸铁的低温冲击韧性较低， 在寒冷的环境中易发生脆性断裂， 无法 满足在低温环境中工作的设备配件的性能要求， 不适合用以生产高速列车、 风电等设备配 件。 因此在生产高速列车、 风电球铁配件时， 必须选用具有较高生产技术含量的低温高韧性 球墨铸铁， 以此来保证配件的使用安全。 因此， 超低温高韧性特种球墨铸铁金属材料的研发 与应用， 对高速列车、 风电行业、 车辆、 石油及石化行业的发展具有非常重要的意义。 发明内容 0004 本发明的目的是提供一种超低温高韧性特种球墨铸铁金属材料及其制备方法， 既 能满足良好的结构性能。
8、、 铸造成型性能、 切削加工性能， 又能满足高韧性、 高强度、 高耐磨、 耐寒性、 耐蚀性、 减震性、 安全性能要求高的工作场合， 成本低。 0005 本发明所述的超低温高韧性特种球墨铸铁金属材料， 原材料重量配比为生铁 92 95 份， 废钢 5 8 份， 硅铁 1 2 份， 锰铁 2 3 份， 铋铁 0.5 1 份， 球化剂 1.6 1.8 份， 孕育剂 0.5 0.8 份。 0006 球化剂为稀土镁硅铁合金。稀土镁硅铁合金优选 QRMg6RE2 稀土镁硅铁合金。 0007 生铁使用 Q10# 生铁。Q10# 生铁为低硅、 低磷、 低硫的生铁。 0008 废钢采用无锈一级废钢。 0009 。
9、硅铁采用 75# 硅铁。硅能减少结晶过程和白口倾， 细化石墨， 提高石墨球的圆整 度。 0010 锰铁采用 65# 锰铁。 0011 铋铁采用含铋 99.99的铋铁。Bi 的作用是提高石墨球的球化级别和大小级别， 促进铁素体的形成， 进一步提高球墨铸铁的低温耐冲击性。 0012 孕育剂采用硅钡孕育剂。 0013 超低温高韧性特种球墨铸铁金属材料的制备方法 ： 0014 由生铁、 废钢、 硅铁、 锰铁、 铋铁、 球化剂和孕育剂为中频电炉熔炼， 经过炉前变质 说 明 书 CN 104451359 A 3 2/3 页 4 孕育处理， 再经浇注成型冷却得到产品。 0015 炉前变质孕育处理是通过添加球。
10、化剂、 孕育剂及采用二次孕育方法获得， 在 1350 1380将球化后的液态混合物浇铸到铸型中， 并使其在铸型中缓慢冷却到 500 以下， 从铸型中清出， 获到本材料浇注的铸件。 0016 本发明是在普通铁素体球墨铸铁的基础上， 加入 0.005的 Bi， 和稀土搭配， 可有 效的细化石墨， 提高球化率和石墨球数， 改善球化级别， 防止或减少异形石墨的形成。通过 加入 0.005的 Bi， 促进铁素体的形成， 硅能减少结晶过程和白口倾向， 还能细化石墨， 提 高石墨球的圆整度， 但硅高易形成异形石墨， 提高低温脆性， 因此终硅控制在 1.8-2.0， 并 用低稀土的稀土镁球化剂进行变质处理得到。
11、一种适于寒冷环境的特种球墨铸铁。 Bi的作用 是提高石墨球的球化级别和大小级别， 促进铁素体的形成， 进一步提高了球墨铸铁的低温 耐冲击性。 0017 所述的超低温高韧性特种球墨铸铁金属材料的化学成分为 ： C ： 3.5-3.8， Si ： 1.8 2.0， Mn ： 0.2， S ： 0.02， P ： 0.03， Bi ： 0.0049 0.0051， Mg ： 0.04-0.06， Re ： 0.02-0.03。 0018 所述的超低温高韧性特种球墨铸铁金属材料的机械性能 ： 0019 1、 抗拉强度 400MPa， 延伸率 22， 硬度 HB130-175， -40冲击平均值大于 1。
12、7.3J， -50冲击平均值大于 14J。 0020 2、 基体组织 ： 铁素体 ( 98 )+ 少量珠光体 + 少量自由渗碳体。 0021 与现有技术相比， 本发明具有以下有益效果 ： 0022 (1) 本发明所述的超低温高韧性特种球墨铸铁金属材料， 既能满足良好的结构性 能、 铸造成型性能、 切削加工性能， 又能满足高韧性、 高强度、 高耐磨、 耐寒性、 耐蚀性、 减震 性、 安全性能要求高的工作场合。 0023 (2) 可生产风电设备的轮毂、 齿轮箱体、 底座、 轴承座等， 高速列车的转向轴箱， 高 寒地区行驶的汽车以及常年行驶在寒冷地区的货轮上的一些球墨铸铁件， 石油及石化设备 配件等。
13、。 0024 (3) 使用相对低廉的铋铁代替了镍铁， 加铋的生产成本只是加镍的 1/8， 明显降低 了生产成本， 具有很高的实用价值和推广意义， 市场前景广阔。 具体实施方式 0025 下面结合实施例对本发明作进一步说明 ： 0026 实施例 1 0027 熔炼合金铸铁的原材料质量配比为 ： 10# 生铁 95 份， 无锈一级废钢 5 份， 75# 硅铁 2份， 65#锰铁3份， 含铋99.99份的铋铁1份， 采用中频感应电炉熔化， 温度达到1530后， 加入硅钡孕育剂 0.8 份， QRMg6RE2 稀土镁硅铁合金 1.6 份， 经过炉前变质孕育球化处理而 成， 在 1350 1380将球化。
14、后的液态混合物浇铸到轮毂铸型中， 并使其在铸型中缓慢冷 却到 500以下， 从铸型中清出， 得到轮毂。 0028 轮毂的单件重量 37.5kg， 平均壁厚 20mm， 轮毂铸型工艺为呋喃树脂自硬砂造型工 艺。 0029 经过检验， 轮毂的化学成分为 ： C ： 3.55， Si ： 1.95， Mn ： 0.186， P ： 0.025， S ： 说 明 书 CN 104451359 A 4 3/3 页 5 0.02， Bi ： 0.0051， Mg ： 0.055， Re ： 0.024。 0030 拉伸强度461MPa， 延伸率23.6， 硬度HB155， -40冲击平均值17.6J， -。
15、50冲击 平均值 14.3J。 0031 经过加工后， 应用于风电行业的高寒环境安全性能稳定。 0032 实施例 2 0033 熔炼合金铸铁的原材料重量配比为 ： 的 10# 生铁 92 份， 无锈一级废钢 8 份， 75# 硅铁 1 份， 65# 锰铁 2 份， 含铋 99.99 份的铋铁 0.5 份， 采用中频感应电炉熔化， 温度达到 1530后， 通过光谱仪检测化学成分， 加入硅钡孕育剂 0.5 份， QRMg6RE2 稀土镁硅铁合金 1.8 份， 经过炉前变质孕育球化处理而成， 浇注于转向轴箱的砂型型腔内得到转向轴箱。 0034 转向轴箱的单件重量 65.5kg， 平均壁厚 22mm，。
16、 转向轴箱的铸型工艺为呋喃树脂自 硬砂造型工艺。 0035 经过检验， 转向轴箱的化学成分为 ： C ： 3.78， Si ： 1.82， Mn ： 0.178， P ： 0.023， S ： 0.016， Bi ： 0.0049， Mg ： 0.052， Re ： 0.022。 0036 拉伸强度448MPa， 延伸率27.9， 硬度HB151， -40冲击平均值17.8J， -50冲击 平均值 14.6J。 0037 经过加工后， 应用于高速列车， 安全性能稳定。 0038 实施例 3 0039 熔炼合金铸铁的原材料重量配比为 ： 10# 生铁 94 份， 无锈一级废钢 6 份， 75# 。
17、硅 铁 1.5 份， 65# 锰铁 2.5 份， 含铋 99.99 份的铋铁 0.8 份， 采用中频感应电炉熔化， 温度达到 1530后， 通过光谱仪检测化学成分， 加入硅钡孕育剂 0.7 份， QRMg6RE2 稀土镁硅铁合金 1.7 份， 经过炉前变质孕育球化处理而成， 浇注于轮毂的砂型型腔内得到轮毂。 0040 轮毂的单件重量 37.5kg， 平均壁厚 20mm， 轮毂铸型工艺为呋喃树脂自硬砂造型工 艺。 0041 经过检验， 轮毂的化学成分为 ： C ： 3.69， Si ： 1.91， Mn ： 0.176， P ： 0.022， S ： 0.018， Bi ： 0.0050， Mg ： 0.053， Re ： 0.026。 0042 拉伸强度461MPa， 延伸率23.6， 硬度HB155， -40冲击平均值17.6J， -50冲击 平均值 14.3J。 0043 经过加工后， 应用于风电行业的高寒环境安全性能稳定。 说 明 书 CN 104451359 A 5 。