本發明專利技術涉及一種微合金化超高強度高碳當量灰鑄鐵的制備方法，屬于一種新型鑄鐵材料的制備方法，特別適用于生產超高強度發動機缸體、缸蓋及其它超高強度高碳當量灰鑄鐵鑄件。本發明專利技術采用以下步驟進行：1)選擇的熔煉設備：150公斤～10000公斤中頻感應電爐；2)熔煉工藝；3)合金加入工藝；4)強化劑一次加入工藝；5)強化劑二次加入工藝；6)孕育劑加入工藝；7)當澆注鐵水包內鐵水達到1200～14800℃，澆注缸體、缸蓋等鑄件。所制備的微合金化超高強度高碳當量灰鑄鐵的標準試棒的抗拉強度達到了440兆帕，高于目前高強度高碳當量灰鑄鐵的強度。最終獲得了一種微合金化超高強度高碳當量灰鑄鐵的制備方法。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種新型鑄鐵材料的制備方法，特別是涉及一種主要用于生產超高強度發動機缸體、缸蓋及其它超高強度高碳當量灰鑄鐵鑄件的新型制備技術。
技術介紹
當前，節省資源、能源和減少環境污染是提高世界人們生活質量一大關鍵問題。為了減少汽車尾氣排放。全世界在汽車設計上一直在努力提高發動機燃燒效率，導致發動機缸內的最大爆發壓力越來越高，帶來的瓶頸問題是對發動機缸體、缸蓋的強度要求也越來越高。目前，迫切需求發動機缸體、缸蓋的本體強度大于280兆帕(標準試棒的抗拉強度大于400兆帕)。由于灰鑄鐵具有良好的耐磨、耐熱、耐氧化、耐腐蝕、耐酸堿和減震性。同時，與其它合金相比具有熔點低、充型性好、加工性好、生產設施和成型過程簡單以及成本低廉的優勢。因此，長期以來全世界大多數載重汽車、商用車的發動機缸體、缸蓋一直采用灰鑄鐵生產，其比重在70%以上。但由于其極限強度較低，絕大多數缸體的本體強度在240兆帕以下。為了保持灰鑄鐵在發動機缸體、缸蓋生產中的主導地位，必須提高其強度。因此，提高灰鑄鐵強度一直是世界鑄鐵界的重大理論與技術難題。為了解決這一瓶頸問題我們專利技術了“微合金化超高強度高碳當量灰鑄鐵”(申請號=201210223151.4，目前已公開。)。但要想生產出本體強度大于280兆帕的發動機缸體、缸蓋，不僅需要專利技術出“微合金化超高強度高碳當量灰鑄鐵”的成分設計，而且還必須有新的制備方法來保證。因此，我們專利技術了。
技術實現思路
本專利技術的目的是:提供，采用新的制備方法獲得的微合金化超高強度高碳當量灰鑄鐵的初生奧氏體枝晶細化，珠光體層片厚度與片間距細小，石墨個數多、細小、彎曲。其強度高于目前高強度高碳當量灰鑄鐵的強度，標準試棒的抗拉強度大于400兆帕，最高達到了 440兆帕，保證了生產出的發動機缸體、缸蓋的本體強度大于280兆帕。本專利技術的上述目的是這樣實現的:，所述微合金化超高強度高碳當量灰鑄鐵的重量百分比化學成分為:C:3.10 3.30，S1:1.90 2.50，Mn:0.20 0.40，P:0.02 0.04, S:0.08 0.11，Cr:0.20 0.30, Cu:0.50 0.60, Sn:0.02 0.05, RE:0.02 0.08，Ca:0.02 0.008，V:0.20 0.40，Ti:0.01 0.10，N:0.11 0.15，Zr:0.01 0.10，其制備方法按以下步驟進行:I)選擇的熔煉設備:150公斤 10000公斤中頻感應電爐； 2)熔煉工藝:根據微合金化超高強度高碳當量灰鑄鐵的重量百分比化學成分要求:C:3.10 3.30，S1:1.90 2.50，Mn:0.20 0.40，P:0.02 0.04，S:0.08 0.11，按照比例將廢鋼、回爐高強度灰鑄鐵、石墨增碳劑、Si Fe、高C錳鐵和FeS增硫劑加入中頻感應電爐中；3)合金加入工藝:根據微合金化超高強度高碳當量灰鑄鐵重量百分比化學成分要求:Cr:0.20 0.30，Cu:0.50 0.60，Sn:0.02 0.05，爐料全部熔化后，加入適量的高C鉻鐵和純Cu，鐵水溫度彡1500°C時，爐內加入含Sn量大于99重量百分比適量的純Sn ；4)強化劑一次加入工藝:根據微合金化超高強度高碳當量灰鑄鐵重量百分比化學成分要求:RE:0.02 0.08，Ca:0.02 0.008, V:0.20 0.40，Ti:0.01 0.10，N:0.11 0.15，當鐵水溫度> 1520°C時，放出鐵水，在中頻電爐出鐵槽的鐵水流上加入適量的 RE-Ca-S1-V-T1-N 強化劑；5)強化劑二次加入工藝:根據微合金化超高強度高碳當量灰鑄鐵重量百分比化學成分要求:Zr:0.01 0.10，當鐵水放出1/4時，將適量的Zr-Mn-Si強化劑投入到澆注鐵水包中；6)孕育劑加入工藝:根據微合金化超高強度高碳當量灰鑄鐵重量百分比化學成分要求:Si:1.90 2.50，當澆注鐵水包預熱溫度彡800°C時，將適量的S1-Fe孕育劑放在包底，出爐鐵水將S1-Fe孕育劑熔化； 7)當澆注鐵水包內鐵水達到1200 14800°C，澆注鑄件。步驟2)熔煉工藝中:所述廢鋼重量百分比為:含C量0.4 0.5，其余為Fe ；所述回爐高強度灰鑄鐵重量百分比為:含C:3.10 3.30，S1:1.90 2.50，Mn:0.20 0.40，P:0.02 0.04，S:0.08 0.11 ;所述石墨增碳劑重量百分比為:含C量大于98，其余為雜質；所述Si Fe重量百分比為:含Si量75，其余為Fe，Si Fe的加入量要留出孕育劑帶來的Si含量，終Si量滿足1.90 2.50 ;所述高C錳鐵重量百分比為:含Mn量大于55，C量7.0 7.5，Si量1.0 2.0，其余為Fe。步驟3)合金加入工藝中:所述高C鉻鐵重量百分比為:含Cr量大于55，C量6.0 10.0，Si量3.0 5.0，其余為Fe ；所述純Cu重量百分比為:含Cu量大于99 ;所述爐內加入適量的純Sn重量百分比為:含Sn量大于99。步驟6)孕育劑加入工藝中:所述孕育劑的加入量使微合金化超高強度高碳當量灰鑄鐵的終Si量重量百分比達到1.90 2.50。所制備的微合金化超高強度高碳當量灰鑄鐵的初生奧氏體枝晶細化，珠光體層片厚度與片間距細小，石墨個數多、細小、彎曲。其強度高于目前高強度高碳當量灰鑄鐵的強度，標準試棒的抗拉強度大于400兆帕，最高達到了 440兆帕，保證生產出的發動機缸體、缸蓋的本體強度大于280兆帕。目前，傳統的高強度高碳當量灰鑄鐵的制備方法是:首先在中頻感應爐內將高強度高碳當量灰鑄鐵的C、S1、Mn、P、S、Cr、Cu、Sn、V、N、Zr、Ti元素配好，熔化，當鐵水溫度> 1500°C時，在澆注鐵水的澆注包底放好S1-Fe孕育劑，將> 1500°C的鐵水放入包內，將S1-Fe孕育劑熔化，然后澆注鑄件；或當前普遍采用的高強度高碳當量灰鑄鐵的制備方法是:首先在中頻感應爐內將高強度高碳當量灰鑄鐵的C、S1、Mn、P、S、Cr、Cu、Sn元素配好，熔化，當鐵水溫度> 1500°C時，在澆注鐵水的澆注包底放好RE-Ca-V-T1-N-Zr-Mn-Si強化劑和S1-Fe孕育劑，將> 1500°C的鐵水放入包內，將強化劑和孕育劑熔化，然后澆注鑄件。本專利技術新的微合金化超高強度高碳當量灰鑄鐵的制備方法與目前傳統的或普遍采用的高強度高碳當量灰鑄鐵制備方法相比，具有的主要技術優點是:在改善高強度高碳當量灰鑄鐵組織的和提高其強度方面均獲得意想不到的效果。本專利技術新的制備方法使初生奧氏體枝晶、珠光體片間距更加細小、石墨個數增多、細小、彎曲(參閱附圖說明圖1-3所示)；標準試棒的抗拉強度得到大幅度提高，最高達到了 440兆帕。由主要技術優點帶來的積極效果是解決了發動機缸體、缸蓋的本體強度達不到280兆帕的瓶頸難題。同時，帶來的經濟成本優勢將使超高強度高碳當量灰鑄鐵的生產成本低于加Mo合金化高強度高碳當量灰鑄鐵，每噸材料成本大約節省200-400人民幣元。大規模產業化生產所帶來的經濟效益將是十分可觀的。圖例說明本專利技術新的微合金化超高強度高碳當量灰鑄鐵的制備方法與目前普遍采用的高本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種微合金化超高強度高碳當量灰鑄鐵的制備方法，其特征在于，所述微合金化超高強度高碳當量灰鑄鐵的重量百分比化學成分為：C：3.10～3.30，Si：1.90～2.50，Mn：0.20～0.40，P：0.02～0.04，S：0.08～0.11，Cr：0.20～0.30，Cu：0.50～0.60，Sn：0.02～0.05，RE：0.02～0.08，Ca：0.02～0.008，V：0.20～0.40，Ti：0.01～0.10，N：0.11～0.15，Zr：0.01～0.10，其制備方法按以下步驟進行：1)選擇的熔煉設備：150公斤～10000公斤中頻感應電爐；2)熔煉工藝：根據微合金化超高強度高碳當量灰鑄鐵的重量百分比化學成分要求：C：3.10～3.30，Si：1.90～2.50，Mn：0.20～0.40，P：0.02～0.04，S：0.08～0.11，按照比例將廢鋼、回爐高強度灰鑄鐵、石墨增碳劑、Si～Fe、高C錳鐵和FeS增硫劑加入中頻感應電爐中；3)合金加入工藝：根據微合金化超高強度高碳當量灰鑄鐵重量百分比化學成分要求：Cr：0.20～0.30，Cu：0.50～0.60，Sn：0.02～0.05，爐料全部熔化后，加入適量的高C鉻鐵和純Cu，鐵水溫度≥1500℃時，爐內加入含Sn量大于99重量百分比適量的純Sn；4)強化劑一次加入工藝：根據微合金化超高強度高碳當量灰鑄鐵重量百分比化學成分要求：RE：0.02～0.08，Ca：0.02～0.008，V：0.20～0.40，Ti：0.01～0.10，N：0.11～0.15，當鐵水溫度≥1520℃時，放出鐵水，在中頻電爐出鐵槽的鐵水流上加入適量的RE?Ca?Si?V?Ti?N強化劑；5)強化劑二次加入工藝：根據微合金化超高強度高碳當量灰鑄鐵重量百分比化學成分要求：Zr：0.01～0.10，當鐵水放出1/4時，將適量的Zr?Mn?Si強化劑投入到澆注鐵水包中；6)孕育劑加入工藝：根據微合金化超高強度高碳當量灰鑄鐵重量百分比化學成分要求：Si：1.90～2.50，當澆注鐵水包預熱溫度≥800℃時，將適量的Si?Fe孕育劑放在包底，出爐鐵水將Si?Fe孕育劑熔化；7)當澆注鐵水包內鐵水達到1200～14800℃，澆注鑄件。...
【技術特征摘要】
1.一種微合金化超高強度高碳當量灰鑄鐵的制備方法，其特征在于，所述微合金化超高強度高碳當量灰鑄鐵的重量百分比化學成分為:c:3.10 3.30，S1:1.90 2.50，Mn:0.20 0.40，P:0.02 0.04，S:0.08 0.11，Cr:0.20 0.30，Cu:0.50 0.60，Sn:0.02 0.05, RE:0.02 0.08, Ca:0.02 0.008, V:0.20 0.40, Ti:0.01 0.10, N:0.11 0.15，Zr:0.01 0.10，其制備方法按以下步驟進行: 1)選擇的熔煉設備:150公斤 10000公斤中頻感應電爐； 2)熔煉工藝:根據微合金化超高強度高碳當量灰鑄鐵的重量百分比化學成分要求:C:3.10 3.30，Si:1.90 2.50，Mn:0.20 0.40，P:0.02 0.04，S:0.08 0.11，按照比例將廢鋼、回爐高強度灰鑄鐵、石墨增碳劑、Si Fe、高C錳鐵和FeS增硫劑加入中頻感應電爐中； 3)合金加入工藝:根據微合金化超高強度高碳當量灰鑄鐵重量百分比化學成分要求:Cr:0.20 0.30，Cu:0.50 0.60，Sn:0.02 0.05，爐料全部熔化后，加入適量的高C鉻鐵和純Cu，鐵水溫度≥1500°C時，爐內加入含Sn量大于99重量百分比適量的純Sn ； 4)強化劑一次加入工藝:根據微合金化超高強度高碳當量灰鑄鐵重量百分比化學成分要求:RE:0.02 0.08，Ca:0.02 0.008, V:0.20 0.40，Ti:0.01 0.10，N:0.11 0.15，當鐵水溫度≥ 1520°C時，放出鐵水，在中頻電爐出鐵槽的鐵水流上加入適量的 RE-Ca-S1-V-T1-N 強化劑； 5)強化劑二次加入工藝:根據微合金化超高強...
【專利技術屬性】
技術研發人員：姜啟川，逄偉，王金國，鄧剛，侯駿，劉國懿，
申請(專利權)人：吉林大學，
類型：發明
國別省市：
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