耐熱疲勞蠕墨鑄鐵、鑄鐵模及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種耐熱疲勞蠕墨鑄鐵，由該耐熱疲勞蠕墨鑄鐵制造的鑄鐵模及其制備方法，該耐熱疲勞蠕墨鑄鐵按質量百分比由以下化學成分組成：C3.5?3.9％、Si1.6?2.0％、Mn0.5?0.7％、P<0.05％、S<0.015％、Mo0.3?0.6％、Cu0.6?0.8％、Ca0.005?0.032％、RE0.015?0.018％、Ti0?0.008％，Mg0?0.03％，余量為Fe和不可避免的雜質；碳當量CE＝4.3?4.6％。本發(fā)明的技術方案可以很好的解決在高溫和激冷?激熱的環(huán)境下服役的鑄鐵模的耐熱疲勞的問題。
【專利說明】
耐熱疲勞蠕墨鑄鐵、鑄鐵模及其制備方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明設及鑄造領域，具體設計一種耐熱疲勞蠕墨鑄鐵，由該耐熱疲勞蠕墨鑄鐵 制造的鑄鐵模及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 模具通常在空氣的氧化環(huán)境下服役，由于鑄鐵組織中的石墨顆粒的存在，模具表 面氧化后，氧原子會W石墨縫隙、縮松和裂紋等缺陷作為通道，深入金屬內部，導致內部金 屬基體的變化，從而引起材質不可逆的變化?；诣F雖然導熱性較高，但是由于片狀石墨對基 體的割裂作用，導致灰鐵的力學性能很差，在運樣應力作用下便更早的出現(xiàn)裂紋。
[0003] 從石墨形態(tài)來說，片狀石墨比表面積大，共晶團之間相互聯(lián)系形成了氧原子向組 織內部擴散的通道，導致灰鐵的抗氧化性較差;球狀石墨的比表面積最小，并且相互被金屬 集體隔離，石墨顆粒不能成為氧原子的通道，氧化只能逐層進行氧化，運樣的組織結構導致 球墨鑄鐵的抗氧化性好。
[0004] 蠕墨鑄鐵具有力學性能接近球墨鑄鐵，導熱性與灰鐵相近。蠕墨鑄鐵的石墨形態(tài) 是介于片狀和球狀石墨之間的，通常情況下，蠕墨鑄鐵的抗氧化性也介于二者之間。為了適 應更惡劣的工作環(huán)境，蠕墨鑄鐵的耐熱疲勞性能還有待進一步加強。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種耐熱疲勞蠕墨鑄鐵，由該耐熱疲勞蠕墨鑄鐵制造的鑄 鐵模及其制備方法，能夠顯著提高其在高溫和激冷-激熱的工作環(huán)境下的耐熱疲勞性能，即 能夠實現(xiàn)在高溫和激冷-激熱的工作環(huán)境下長時間安全可靠的服役。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：
[0007] -種耐熱疲勞蠕墨鑄鐵，該耐熱疲勞蠕墨鑄鐵按質量百分比由W下化學成分組 成：〔3.5-3.9%、511.6-2.0%、]?110.5-0.7%、口<0.05%、5<0.015%、]\1〇0.3-0.6%、加0.6- 0.8%、Ca0.005-0.032%、RE0.015-0.018%、Ti0-0.008%，Mg0-0.03%，余量為化和不可避 免的雜質；碳當量CE = 4.3-4.6%，其中碳當量的計算公式為：〔6=[〔+0.3(51+?)+0.45- 0.03Mn] %，該公式中各元素分別代表相應元素在該耐熱疲勞蠕墨鑄鐵中的質量百分比。 [000引進一步地，在上述耐熱疲勞蠕墨鑄鐵中，所述耐熱疲勞蠕墨鑄鐵中，按質量百分比 計，Mo的含量為0.5-0.6%、Cu的含量為0.7-0.8%。
[0009] 進一步地，在上述耐熱疲勞蠕墨鑄鐵中，該耐熱疲勞蠕墨鑄鐵按質量百分比由W 下化學成分組成：〔3.6-3.8%、511.9-2.0%、]?110.5-0.6%、口<0.05%、5<0.015%、]\1〇0.5- 0.6%、Cu 0.7-0.8%、Ca0.00 7-0.032%、RE0.015-0.017%、Mg0.00 5-0.01 %、余量為 Fe 和 不可避免的雜質；或者 C3.6-3.8%、Sil. 9-2.0%、MnO. 5-0.6%、P<0.05%、S<0.015%、Mo 0.5-0.6%、Cu 0.7-0.8%、CaO.005-0.032%、RE0.016-0.018%、TiO.002-0.008%、余量為 化和不可避免的雜質。
[0010] 另一方面，本發(fā)明還公開一種耐熱疲勞蠕墨鑄鐵的方法，包括如下步驟：
[0011] (1)配料：按照上述C、Si、Mn質量百分比選取生鐵和Q235廢鋼，其中生鐵占80 % - 90%，9235廢鋼占10%-20%;
[0012] (2)銅鋼合金選取:按照權利要求1-3任一所述的合金元素的質量百分比選取銅鋼 合金；
[0013] (3)烙煉:將生鐵、Q235廢鋼W及銅鋼合金加入電爐中烙煉成鐵液，然后將所述鐵 液轉入精煉爐中進行精煉，精煉過程中，化渣取樣進行爐前成分分析，根據檢測結果調整鐵 液中各成分符合要求，精煉后除渣，在1480°C -1550°C之間將鐵液出爐進入蠕化處理；
[0014] (4)蠕化處理:使用包底沖入法工藝，將鐵液轉入底部放置蠕化劑的誘包中，蠕化 劑選用稀±儀娃鐵合金或稀±娃鐵合金，蠕化劑的使用量為誘包中鐵液總質量的0.5- 0.9%;
[0015] (5)誘注:取樣檢測合格后，在1430 r -1480 r誘注。
[0016] 進一步地，在上述方法中，在所述步驟(2)中，所述銅鋼合金為氧化鋼和黃銅。
[0017] 進一步地，在上述方法中，在所述步驟(3)中，所述鐵液出爐的溫度為1480°c-1500 〇C。
[0018] 進一步地，在上述方法中，在所述步驟(3)中，將生鐵、Q235廢鋼W及1/2量的銅鋼 合金加入電爐中烙煉成鐵液，然后將所述鐵液轉入精煉爐中并隨鋼流加入剩余1/2量的銅 鋼合金。
[0019] 進一步地，在上述方法中，在所述步驟(4)中，當蠕化劑為稀±儀娃鐵合金時，使用 量為誘包中鐵液總質量的0.52%-0.55%;當蠕化劑為稀±娃鐵合金時，使用量為誘包中鐵 液總質量的0.75 %-0.85 %;
[0020] 進一步地，在上述方法中，在所述步驟(4)中，將鐵液轉入底部放置蠕化劑的誘包 中W后，立即取樣使用超聲測厚儀對蠕化效果進行檢測，當超聲波縱波聲速高于5.6Km/s 時，繼續(xù)向誘包中鐵液加入蠕化劑；當超聲波縱波聲速低于5.4Km/s時，繼續(xù)向誘包中注入 鐵液，當超聲波縱波速位于5.4-5.6Km/s范圍內時即完成蠕化處理。
[0021] 另一方面，本發(fā)明還公開一種鑄鐵模，該鑄鐵模上述的耐熱疲勞蠕墨鑄鐵或者方 法制備而成。
[0022] 分析可知，本發(fā)明公開一種耐熱疲勞蠕墨鑄鐵，由該耐熱疲勞蠕墨鑄鐵制造的鑄 鐵模及其制備方法，本發(fā)明的技術方案可W很好的解決在高溫和激冷-激熱的環(huán)境下服役 的鑄鐵模的耐熱疲勞的問題；由于該蠕墨鑄鐵具有較好的鑄造性能，可W使用消失模鑄造 工藝鑄造，鑄件表面較為平整，不需要進行后續(xù)熱處理和機械加工即可服役，大大減少生產 成本；同時蠕墨鑄鐵具有接近灰鑄鐵的導熱性和接近球墨鑄鐵的力學性能，具有較好的抗 生長性能，保證了鑄鐵模在服役過程中的尺寸穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0023] 構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示 意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的不當限定。其中：
[0024] 圖1為實施例1使用稀±娃鐵合金蠕化處理的鑄鐵模底部的金相照片；
[0025] 圖2為實施例1使用稀±娃鐵合金蠕化處理的鑄鐵模側壁的金相照片；
[0026] 圖3為實施例2使用稀±儀娃鐵合金蠕化處理的鑄鐵模底部的金相照片；
[0027] 圖4為實施例2使用稀±儀娃鐵合金蠕化處理的鑄鐵模側壁的金相照片。
【具體實施方式】
[0028] 下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發(fā)明。需要說明的是，在不沖突的情 況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可W相互組合。
[0029] 根據本發(fā)明的實施例，提供了一種耐熱疲勞蠕墨鑄鐵，該耐熱疲勞蠕墨鑄鐵按質 量百分比包括 W下化學成分：C3.5-3.9%、Sil .6-2.0%、MnO. 5-0.7%、P<0.05%、S< 0.015%、Mo0.3-0.6%、Cu0.6-0.8%、Ca0.005-0.032%、RE0.015-0.018%、Ti0-0.008%， MgO-0.03%，余量為化和不可避免的雜質；碳當量CE = 4.3-4.6%，其中碳當量的計算公式 為:CE=[C+0.3(Si+P)+0.4S-0.03Mn]%，該公式中各元素分別代表相應元素在該耐熱疲勞 蠕墨鑄鐵中的質量百分比。
[0030] 優(yōu)選地，耐熱疲勞蠕墨鑄鐵中，按質量百分比計，MoO. 5-0.6%、化0.7-0.8%。
[0031] 優(yōu)選地，該耐熱疲勞蠕墨鑄鐵按質量百分比包括W下化學成分：C3.6-3.8%、 Sil.9-2.0%、Mn0.5-0.6%、P<0.05%、S<0.015%、Mo0.5-0.6%、Cu0.7-0.8%、Ca0.007- 0.032%、360.015-0.017%、]\^0.005-0.01%、余量為。6和不可避免的雜質；或者〔3.6- 3.8%、Sil.9-2.0%、Mn0.5-0.6%、P<0.05%、S<0.015%、Mo 0.5-0.6%、Cu 0.7-0.8%、 Ca0.00 5-0.032%、RE0.016-0.018%、Ti0.00 2-0.008%、余量為化和不可避免的雜質。
[0032] 本發(fā)明的耐熱疲勞蠕墨鑄鐵的化學成分及質量百分比的設計原理如下：
[0033] 碳當量:碳當量的計算公式為:CE= [C+0.3(Si+P)+0.4S-0.03Mn] %，公式中各元 素分別代表相應元素在該耐熱疲勞蠕墨鑄鐵中的質量百分比。在該蠕墨鑄鐵中對力學性能 的影響不如在灰鑄鐵中那樣敏感，亞共晶成分有利于蠕蟲狀石墨的形成。但如果碳當量太 高，鑄件容易出現(xiàn)縮孔縮松并增大白口傾向和降低鐵液的流動性，初晶石墨析出太多，會出 現(xiàn)石墨漂浮，甚至是鐵液流動性迅速惡化。因此，本發(fā)明的碳當量需要控制在4.3-4.6%。
[0034] 碳:蠕化處理前鐵液中碳含量控制在3.5%-3.9%即可，蠕化處理前鐵液中碳含量 的控制對蠕化處理和蠕鐵性能影響不敏感;優(yōu)選地，制備厚大件或珠光體蠕墨鑄鐵通常取 上述范圍值的下限，薄小件或鐵素體蠕墨鑄鐵通常取上述范圍值的上限；
[0035] 娃:終娃1.6-2.0%，優(yōu)選地，厚大件或珠光體通常取下限，薄小件或鐵素體取蠕墨 鑄鐵通常取上述范圍值的上限；終娃含量低于上述范圍，對蠕墨鑄鐵的白口傾向影響很敏 感;優(yōu)選采用1.9-2.0%。
[0036] 儘:儘含量在0.5-0.7 %范圍內對珠光體的數(shù)量的影響不敏感;但儘含量高于上述 范圍的上限，會出現(xiàn)脆性相，導致力學性能和切削加工性能惡化;優(yōu)選采用0.5-0.6%。
[0037] 鋼:鋼在鑄鐵中，含量小于0.6%對穩(wěn)定碳化物的作用比較溫和，本申請采用0.3- 0.6%，主要作用是細化珠光體和石墨;優(yōu)選采用0.5-0.6%。
[0038] 銅：銅在鑄鐵中，主要作用是促進共晶階段的石墨化，降低奧氏體轉變臨近溫度， 細化并增加珠光體，同時細化石墨顆粒，本申請采用0.6-0.8%，優(yōu)選采用0.7-0.8%。
[0039] 憐:本申請采用<0.05 %，憐含量在本發(fā)明的范圍內對蠕化效果的影響不明顯，且 蠕化處理前后其含量變化不大，含憐量的增加會明顯加大蠕墨鑄鐵縮孔縮松的傾向，降低 致密性和材質力學性能。
[0040] 硫:本申請采用<0.015%，硫會消耗蠕化元素稀±、儀、巧，嚴重影響蠕化的處理效 果。如果原鐵液中的含硫量越大，稀±殘余量分析結果越不真實且不穩(wěn)定。
[0041 ]本發(fā)明得到的蠕墨鑄鐵的鑄態(tài)組織為：
[0042] 蠕化率:80% ;
[0043] 基體組織為:珠光體+鐵素體，其中珠光體占75%-85% ;
[0044] 抗拉強度 >400Mpa;
[0045] 延伸率>3%。
[0046] 本發(fā)明得到的蠕墨鑄鐵可在高溫和激冷-激熱的環(huán)境下服役，且壽命長，服役期間 性能穩(wěn)定，降低了該類環(huán)境下使用的鑄鐵的生產成本。
[0047] 本發(fā)明還公開一種制備所述耐熱疲勞蠕墨鑄鐵的方法，包括如下步驟：
[004引 （1)配料：按照上述C、Si、Mn質量百分比選取生鐵和Q235廢鋼，其中生鐵占80 % - 90%(比如82%、83%、85%、87%、89%)，9235廢鋼占10%-20%(比如12%、13%、15%、 16%、18%);
[0049] (2)銅鋼合金選取:按照上述合金元素的質量百分比選取銅鋼合金其中，銅鋼合金 的使用量應該考慮到燒損情況;優(yōu)選地，在所述步驟(2)中，Mo:由于鋼酸巧在熱分解時會釋 放出有毒的含鋼煙霧，所WMoW氧化鋼的形式加入。
[0050] 優(yōu)選地，在所述步驟(2)中，Cu:由于黃銅的價格較紫銅便宜，銅W黃銅的形式加 入。
[0051] (3)烙煉:將生鐵、Q235廢鋼W及黃銅和氧化鋼加入電爐中烙煉成鐵液，然后將所 述鐵液轉入精煉爐中進行精煉，精煉過程中，化渣取樣進行爐前成分分析，根據檢測結果調 整鐵液中各成分符合要求，精煉后除渣，在1480°C-1550°C (比如1490°C、1500°C、1510°C、 1520°C、1530°C、1540°C)之間將鐵液出爐進入蠕化處理;優(yōu)選地，鐵液出爐溫度為1480°C- 1500°C，在該溫度下出爐蠕化效果更好，得到的鑄鐵性能更優(yōu)異。優(yōu)選地，將生鐵、Q235廢鋼 W及1/2量的黃銅和氧化鋼加入電爐中烙煉成鐵液，然后將所述鐵液轉入精煉爐中并隨鋼 流加入剩余1/2量的黃銅和氧化鋼。
[0052] (4)蠕化處理:使用包底沖入法工藝，將鐵液轉入底部放置蠕化劑的誘包中，蠕化 劑選用稀±儀娃鐵合金或稀±娃鐵合金，蠕化劑的使用量為誘包中鐵液總質量的0.5- 0.9%，優(yōu)選地，當蠕化劑為稀±儀娃鐵合金時，使用量為誘包中鐵液總質量的0.52%- 0.55% ;當蠕化劑為稀±娃鐵合金時，使用量為誘包中鐵液總質量的0.75 %-0.85 % ;隨后， 立即取樣使用超聲測厚儀對蠕化效果進行檢測，當超聲波縱波聲速高于5.6Km/s時，繼續(xù)向 誘包中鐵液加入蠕化劑；當超聲波縱波聲速低于5.4Km/s時，繼續(xù)向誘包中注入鐵液，當超 聲波縱波速位于5.4-5.6Km/s范圍內時即完成蠕化處理(即蠕化率可達到80 % )。
[0053] 優(yōu)選地，蠕化處理如下：先將占待誘入誘包中鐵液總質量0.3-0.35%的稀±儀娃 鐵合金蠕化劑置于誘包的底部，然后將鐵液誘入所述誘包中，同時順鋼流加入占待誘入誘 包中鐵液總質量0.15-0.17%的稀±儀娃鐵合金蠕化劑;或者先將占待誘入誘包中鐵液總 質量0.5-0.57 %的稀±娃鐵合金蠕化劑置于誘包的底部，然后將鐵液誘入所述誘包中，同 時順鋼流加入占待誘入誘包中鐵液總質量0.25-0.28%的稀±娃鐵合金蠕化劑;分兩次加 入可W避免由于采用包底沖入法加入導致混合不均勻。
[0054] 優(yōu)選地，當超聲波縱波聲速高于5.6Km/s時，按照超聲波縱波聲速與5.6Km/s每相 差1.5m/s向誘包中加入占誘包中鐵水總質量0.063%的稀±娃鐵合金或者加入占入誘包中 鐵水總質量0.0385 %的稀±儀娃鐵合金;當超聲波縱波聲速低于5.4Km/s時，按照超聲波縱 波速度與5.4Km/s每相差15m/s向誘包中繼續(xù)注入占誘包中總鐵水質量1 %的鐵液。
[0055] 本發(fā)明中使用的稀±儀娃鐵合金和稀±娃鐵合金的成分如下表1，其屬于市售產 品，產品牌號或型號為195032(稀±娃鐵合金)和195101A(稀±儀娃鐵合金）。
[0056] 表1稀±補鐵合舍巧稀±儀補鐵合舍的成分表
[0化7]
[0化引（5)誘注：在 1430 °C -1480 °C (比如 1440 °C、1450 °C、1460 °C、1470 °C、1475 °C)條件下 進行誘注。
[0059] 本發(fā)明還公開一種鑄鐵模，該鑄鐵模采用上述方法制造而成。
[0060] 實施例1:
[0061] 本實施例制備的耐熱疲勞蠕墨鑄鐵按質量百分比包括W下化學成分:C3.7%、Si 1.8%、Mn0.5%、Mo0.5%、Cu0.6%、P0.035%、S0.01%、Ca0.008%、RE0.016%、Ti0.004%、 余量化和不可避免的雜質元素。CE = 4.3%。
[0062] 制備上述成分設計的蠕墨鑄鐵及鑄鐵模的方法，包括如下步驟：
[0063] (1)配料:按照C、Si、Mn質量百分比選取生鐵和Q235廢鋼，其中Q235廢鋼占二者總 質量的15%，生鐵占二者總質量的85% ;
[0064] (2)銅鋼合金選取：按照合金元素的質量百分比計算合金元素加入量:M〇0.5%， 化0.6% ;其中MoW氧化鋼加入，化W黃銅加入。
[0065] (3)烙煉:將生鐵、Q235廢鋼W及1/2量的氧化鋼和黃銅加入電爐中烙煉成鐵液，然 后將所述鐵液轉入精煉爐中并隨鋼流加入剩余1/2氧化鋼和黃銅，精煉過程中，化渣取樣進 行爐前成分分析，根據檢測結果調整鐵液中各成分符合要求，精煉后除渣，在1510°C將鐵液 出爐；
[0066] (4)蠕化處理:使用包底沖入法工藝，將鐵液轉入底部放置蠕化劑的誘包中，放置 誘包底部的蠕化劑選用稀±娃鐵合金，底部放置的蠕化劑的量為轉入誘包中鐵液總質量的 0.57%，另在將鐵液轉入誘包的過程中加入占轉入誘包鐵水總質量為0.28%的稀±娃鐵合 金，待5分鐘后，爐中取樣，使用超聲測厚儀對蠕化率進行測量，根據檢測結果對誘包中鐵液 的蠕化率進行及時調整，調整規(guī)則如下：當超聲波縱波聲速高于5.6Km/s時，按照超聲波縱 波聲速與5.6Km/s每相差1.5m/s向誘包中加入占誘包中鐵水總質量0.063%的稀±娃鐵合 金，當超聲波縱波聲速低于5.4Km/s時，按照超聲波縱波速度與5.4Km/s每相差15m/s向誘包 中繼續(xù)注入占誘包中總鐵水質量1%的鐵液;調整后取樣測定超聲波縱波聲速為5.5Km/s， 此時蠕化率接近80 %。
[0067] (5)誘注:鐵液溫度在1450°C時，把金屬液注入鑄鐵模的消失模模樣中，經過冷卻 后落砂，得到鑄鐵模。
[0068] 本實施例所得蠕墨鑄鐵鑄鐵模平均厚度為35mm，金相照片如圖1和圖2所示。從圖 中可W看到組織的基體為鐵素體+珠光體，蠕蟲狀石墨較為圓整。對蠕墨鑄鐵進行力學性能 測試，測試結果如下，抗拉強度為400MPa，延伸率為3.5 %。
[0069] 對誘注試樣進行如下測試:試樣尺寸為30mmX25mmX 15mm，熱疲勞溫度區(qū)間：最高 溫度900°C;最低溫度25°C。實驗過程:先把電阻爐加熱至900°C，然后將試樣放入電阻爐中 加熱3分鐘后取出，將試樣放入25°C的自來水中冷卻，如此往復循環(huán)，當試樣由于內外溫度 差引起的熱應力損壞出現(xiàn)宏觀裂紋停止實驗。
[0070] 采用10個試樣進行平行試驗，試樣出現(xiàn)宏觀裂紋的平均次數(shù)為80次。
[0071] 實施例2:
[0072] 本實施例制備的耐熱疲勞蠕墨鑄鐵各化學成分及質量百分含量如下:C3.8%、Si 1.7%、Mn0.5%、Mo0.6%、Cu0.8%、Ca0.008%、RE0.018%、Ti0.005%、P0.03%、S0.01%， 余量化和不可避免的雜質元素 。CE = 4.3。
[0073] 制備上述成分設計的蠕墨鑄鐵及鑄鐵模的方法，包括如下步驟：
[0074] (1)配料:按照C、Si、Mn質量百分比選取生鐵80%，Q235廢鋼20% ;
[0075] (2)銅鋼合金選?。喊凑蘸辖鹪氐馁|量百分比計算合金元素加入量:M〇0.6%， 化0.8% ;其中MoW氧化鋼加入，化W黃銅加入。
[0076] (3)烙煉:將生鐵、Q235廢鋼W及1/2量的氧化鋼和黃銅加入電爐中烙煉成鐵液，然 后將所述鐵液轉入精煉爐中并隨鋼流加入剩余1/2氧化鋼和黃銅，精煉過程中，化渣取樣進 行爐前成分分析，根據檢測結果調整鐵液中各成分符合要求，精煉后除渣，在1510°C將鐵液 出爐；
[0077] (4)蠕化處理:使用包底沖入法工藝，將鐵液轉入底部放置蠕化劑的誘包中，放置 誘包底部的蠕化劑選用稀±娃鐵合金，底部放置的蠕化劑的量為轉入誘包中鐵液總質量的 0.57%，另在將鐵液轉入誘包的過程中加入占轉入誘包鐵水總質量為0.28%的稀±娃鐵合 金，待5分鐘后，爐中取樣，使用超聲測厚儀對蠕化率進行測量，根據檢測結果對誘包中鐵液 的蠕化率進行及時調整，調整規(guī)則如下：當超聲波縱波聲速高于5.6Km/s時，按照超聲波縱 波聲速與5.6Km/s每相差1.5m/s向誘包中加入占誘包中鐵水總質量0.063%的稀±娃鐵合 金，當超聲波縱波聲速低于5.4Km/s時，按照超聲波縱波速度與5.4Km/s每相差15m/s向誘包 中繼續(xù)注入占誘包中總鐵水質量1%的鐵液;調整后取樣測定超聲波縱波聲速為5.5Km/s， 此時蠕化率接近80 % ;
[0078] (5)誘注:取樣檢測合格后，鐵液溫度在147(TC時，把金屬液注入鑄鐵模的消失模 模樣中，經過冷卻后落砂，得到鑄鐵模。
[0079] 本實施例所得蠕墨鑄鐵鑄鐵模平均厚度為35mm，金相照片如圖3和圖4所示。從圖 中可W看到組織的基體為鐵素體+珠光體，蠕蟲狀石墨較為圓整，組織致密，無縮孔、縮松等 鑄造缺陷。對蠕墨鑄鐵進行力學性能測試，測試結果如下，抗拉強度為450M化，延伸率為 4%。
[0080] 對誘注試樣進行如下測試:試樣尺寸為30mm X 25mm X 15mm，熱疲勞溫度區(qū)間：最高 溫度900°C;最低溫度25°C。實驗過程:先把電阻爐加熱至900°C，然后將試樣放入電阻爐中 加熱3分鐘后取出，將試樣放入25°C的自來水中冷卻，如此往復循環(huán)，當試樣由于內外溫度 差引起的熱應力損壞出現(xiàn)宏觀裂紋停止實驗。
[0081] 采用10個試樣進行平行試驗，試樣出現(xiàn)宏觀裂紋的平均次數(shù)為86次。
[0082] 實施例3:
[0083] 本實施例制備的耐熱疲勞蠕墨鑄鐵各化學成分及質量百分含量如下:C3.7%、Si 2.0%、Mn0.6%、Mo0.55%、Cu0.75%、Ca0.01%、RE0.017%、Ti0.006%、P0.02%、S0.01%， 余量化和不可避免的雜質元素 。CE = 4.3。
[0084] 制備上述成分設計的蠕墨鑄鐵及鑄鐵模的方法，包括如下步驟：
[00化](1)配料:按照C、Si、Mn質量百分比選取生鐵80%，Q235廢鋼20% ;
[0086] (2)銅鋼合金選取:按照合金元素的質量百分比計算合金元素加入量:M〇0.55%， 化0.75 % ;其中Mo W氧化鋼加入，化W黃銅加入。
[0087] (3)烙煉:將生鐵、Q235廢鋼W及1/2量的氧化鋼和黃銅加入電爐中烙煉成鐵液，然 后將所述鐵液轉入精煉爐中并隨鋼流加入剩余1/2氧化鋼和黃銅，精煉過程中，化渣取樣進 行爐前成分分析，根據檢測結果調整鐵液中各成分符合要求，精煉后除渣，在149(TC將鐵液 出爐；
[0088] (4)蠕化處理:使用包底沖入法工藝，將鐵液轉入底部放置蠕化劑的誘包中，放置 誘包底部的蠕化劑選用稀±娃鐵合金，底部放置的蠕化劑的量為轉入誘包中鐵液總質量的 0.57%，另在將鐵液轉入誘包的過程中加入占轉入誘包鐵水總質量為0.28%的稀±娃鐵合 金，待5分鐘后，爐中取樣，使用超聲測厚儀對蠕化率進行測量，根據檢測結果對誘包中鐵液 的蠕化率進行及時調整，調整規(guī)則如下：當超聲波縱波聲速高于5.6Km/s時，按照超聲波縱 波聲速與5.6Km/s每相差1.5m/s向誘包中加入占誘包中鐵水總質量0.063%的稀±娃鐵合 金，當超聲波縱波聲速低于5.4Km/s時，按照超聲波縱波速度與5.4Km/s每相差15m/s向誘包 中繼續(xù)注入占誘包中總鐵水質量1%的鐵液;調整后取樣測定超聲波縱波聲速為5.5Km/s， 此時蠕化率接近80 % ;
[0089] (5)誘注:取樣檢測合格后，鐵液溫度在143(TC時，把金屬液注入鑄鐵模的消失模 模樣中，經過冷卻后落砂，得到鑄鐵模。
[0090] 本實施例所得蠕墨鑄鐵鑄鐵模平均厚度為35mm，從其金相組織圖中可W看到組織 的基體為鐵素體+珠光體，蠕蟲狀石墨較為圓整，組織致密，無縮孔、縮松等鑄造缺陷。對蠕 墨鑄鐵進行力學性能測試，測試結果如下，抗拉強度為500MPa，延伸率為4%。
[0091 ] 對誘注試樣進行如下測試:試樣尺寸為30mm X 25mm X 15mm，熱疲勞溫度區(qū)間：最高 溫度900°C;最低溫度25°C。實驗過程:先把電阻爐加熱至900°C，然后將試樣放入電阻爐中 加熱3分鐘后取出，將試樣放入25°C的自來水中冷卻，如此往復循環(huán)，當試樣由于內外溫度 差引起的熱應力損壞出現(xiàn)宏觀裂紋停止實驗。
[0092] 采用10個試樣進行平行試驗，試樣出現(xiàn)宏觀裂紋的平均次數(shù)為100次。
[0093] 實施例4:
[0094] 本實施例制備的耐熱疲勞蠕墨鑄鐵各化學成分及質量百分含量如下:C3.7%、Si 2.0%、Mn0.6%、M〇0.55%、加0.75%、Ca0.01%、RE0.017%、Ti0.006%、P0.04%、S< 0.008%，余量化和不可避免的雜質元素 。CE = 4.3。
[00%]制備上述成分設計的蠕墨鑄鐵及鑄鐵模的方法，包括如下步驟：
[0096] (1)配料:按照C、Si、Mn質量百分比選取生鐵80%，Q235廢鋼20% ;
[0097] (2)銅鋼合金選取:按照合金元素的質量百分比計算合金元素加入量:M〇0.55%， 化0.75 % ;其中Mo W氧化鋼加入，化W黃銅加入。
[009引（3)烙煉:將生鐵、Q235廢鋼W及全部的氧化鋼和黃銅加入電爐中烙煉成鐵液，然 后將所述鐵液轉入精煉爐中進行精煉，精煉過程中，化渣取樣進行爐前成分分析，根據檢測 結果調整鐵液中各成分符合要求，精煉后除渣，在1500°C將鐵液出爐；
[0099] (4)蠕化處理:使用包底沖入法工藝，將鐵液轉入底部放置蠕化劑的誘包中，放置 誘包底部的蠕化劑選用稀±娃鐵合金，底部放置的蠕化劑的量為轉入誘包中鐵液總質量的 0.57%，另在將鐵液轉入誘包的過程中加入占轉入誘包鐵水總質量為0.28%的稀±娃鐵合 金，待5分鐘后，爐中取樣，使用超聲測厚儀對蠕化率進行測量，根據檢測結果對誘包中鐵液 的蠕化率進行及時調整，調整規(guī)則如下：當超聲波縱波聲速高于5.6Km/s時，按照超聲波縱 波聲速與5.6Km/s每相差1.5m/s向誘包中加入占誘包中鐵水總質量0.063%的稀±娃鐵合 金，當超聲波縱波聲速低于5.4Km/s時，按照超聲波縱波速度與5.4Km/s每相差15m/s向誘包 中繼續(xù)注入占誘包中總鐵水質量1%的鐵液;調整后取樣測定超聲波縱波聲速為5.5Km/s， 此時蠕化率接近80 % ;
[0100] (5)誘注:取樣檢測合格后，鐵液溫度在144(TC時，把金屬液注入鑄鐵模的消失模 模樣中，經過冷卻后落砂，得到鑄鐵模。
[0101] 本實施例所得蠕墨鑄鐵鑄鐵模平均厚度為35mm，從其金相組織圖中可W看到組織 的基體為鐵素體+珠光體，蠕蟲狀石墨較為圓整，組織致密，無縮孔、縮松等鑄造缺陷。對蠕 墨鑄鐵進行力學性能測試，測試結果如下，抗拉強度為480MPa，延伸率為3.5 %。
[0102] 對誘注試樣進行如下測試:試樣尺寸為30mm X 25mm X 15mm，熱疲勞溫度區(qū)間：最高 溫度900°C;最低溫度25°C。實驗過程:先把電阻爐加熱至900°C，然后將試樣放入電阻爐中 加熱3分鐘后取出，將試樣放入25°C的自來水中冷卻，如此往復循環(huán)，當試樣由于內外溫度 差引起的熱應力損壞出現(xiàn)宏觀裂紋停止實驗。
[0103] 采用10個試樣進行平行試驗，試樣出現(xiàn)宏觀裂紋的平均次數(shù)為95次。
[0104] 實施例5:
[0105] 本實施例制備的耐熱疲勞蠕墨鑄鐵各化學成分及質量百分含量如下:C3.7%、Si 1.9%、Mn0.5%、M〇0.55%、加0.75%、Ca0.008% 'RE0.016%、Mg0.008%、P0.04%、 S0.0 1 %，余量化和不可避免的雜質元素 。CE = 4.3。
[0106] 制備上述成分設計的蠕墨鑄鐵及鑄鐵模的方法，包括如下步驟：
[0107] (1)配料:按照C、Si、Mn質量百分比選取生鐵80%，Q235廢鋼20% ;
[0108] (2)銅鋼合金選?。喊凑蘸辖鹪氐馁|量百分比計算合金元素加入量:M〇0.6%， 化0.8% ;其中MoW氧化鋼加入，化W黃銅加入。
[0109] (3)烙煉:將生鐵、Q235廢鋼W及1/2量的銅鋼合金加入電爐中烙煉成鐵液，然后將 所述鐵液轉入精煉爐中并隨鋼流加入剩余1/2銅鋼合金，精煉過程中，化渣取樣進行爐前成 分分析，根據檢測結果調整鐵液中各成分符合要求，精煉后除渣，在149(TC將鐵液出爐；
[0110] (4)蠕化處理:使用包底沖入法工藝，將鐵液轉入底部放置蠕化劑的誘包中，放置 誘包底部的蠕化劑選用稀±儀娃鐵合金，底部放置的蠕化劑的量為轉入誘包中鐵液總質量 的0.32%，另在將鐵液轉入誘包的過程中加入占轉入誘包鐵水總質量為0.16%的稀±儀娃 鐵合金，待5分鐘后，爐中取樣，使用超聲測厚儀對蠕化率進行測量，根據檢測結果對誘包中 鐵液的蠕化率進行及時調整，調整規(guī)則如下：當超聲波縱波聲速高于5.6Km/s時，按照超聲 波縱波聲速與5.6Km/s每相差1.5m/s向誘包中加入占入誘包中鐵水總質量0.0385%的稀± 儀娃鐵合金，當超聲波縱波聲速低于5.4Km/s時，按照超聲波縱波速度與5.4Km/s每相差 15m/s向誘包中繼續(xù)注入占誘包中總鐵水質量1 %的鐵液;調整后取樣測定超聲波縱波聲速 為5.6Km/s，此時蠕化率接近80 % ;
[0111] (5)誘注:取樣檢測合格后，鐵液溫度在145(TC時，把金屬液注入鑄鐵模的消失模 模樣中，經過冷卻后落砂，得到鑄鐵模。
[0112] 本實施例所得蠕墨鑄鐵鑄鐵模平均厚度為35mm，從其金相組織圖中可W看到組織 的基體為鐵素體+珠光體，蠕蟲狀石墨較為圓整，組織致密，無縮孔、縮松等鑄造缺陷。對蠕 墨鑄鐵進行力學性能測試，測試結果如下，抗拉強度為480MPa，延伸率為3.8 %。
[0113] 對誘注試樣進行如下測試:試樣尺寸為30mmX25mmX 15mm，熱疲勞溫度區(qū)間：最高 溫度900°C;最低溫度25°C。實驗過程:先把電阻爐加熱至900°C，然后將試樣放入電阻爐中 加熱3分鐘后取出，將試樣放入25°C的自來水中冷卻，如此往復循環(huán)，當試樣由于內外溫度 差引起的熱應力損壞出現(xiàn)宏觀裂紋停止實驗。
[0114] 采用10個試樣進行平行試驗，試樣出現(xiàn)宏觀裂紋的平均次數(shù)為98次。
[011引實施例6:
[0116] 本實施例制備的耐熱疲勞蠕墨鑄鐵各化學成分及質量百分含量如下:C3.9%、Si 1.7%、Mn0.7%、Mo0.4%、Cu0.6%、Ca0.009%、RE0.016%、Mg0.009%、P0.02%、S0.009%， 余量化和不可避免的雜質元素 。CE = 4.4。
[0117] 制備上述成分設計的蠕墨鑄鐵及鑄鐵模的方法，包括如下步驟：
[0118] (1)配料:按照C、Si、Mn質量百分比選取生鐵80%，Q235廢鋼20%;
[0119] (2)銅鋼合金選取：按照合金元素的質量百分比計算合金元素加入量:M〇0.4%、 化0.6% ;其中MoW氧化鋼加入，化W黃銅加入。
[0120] (3)烙煉:將生鐵、Q235廢鋼W及全部的氧化鋼和黃銅加入電爐中烙煉成鐵液，然 后將所述鐵液轉入精煉爐中進行精煉，精煉過程中，化渣取樣進行爐前成分分析，根據檢測 結果調整鐵液中各成分符合要求，精煉后除渣，在1510°C將鐵液出爐；
[0121] (4)蠕化處理:使用包底沖入法工藝，將鐵液轉入底部放置蠕化劑的誘包中，放置 誘包底部的蠕化劑選用稀±儀娃鐵合金，底部放置的蠕化劑的量為轉入誘包中鐵液總質量 的0.32%，另在將鐵液轉入誘包的過程中加入占轉入誘包鐵水總質量為0.16%的稀±儀娃 鐵合金，待5分鐘后，爐中取樣，使用超聲測厚儀對蠕化率進行測量，根據檢測結果對誘包中 鐵液的蠕化率進行及時調整，調整規(guī)則如下：當超聲波縱波聲速高于5.6Km/s時，按照超聲 波縱波聲速與5.6Km/s每相差1.5m/s向誘包中加入占入誘包中鐵水總質量0.0385%的稀± 儀娃鐵合金，當超聲波縱波聲速低于5.4Km/s時，按照超聲波縱波速度與5.4Km/s每相差 15m/s向誘包中繼續(xù)注入占誘包中總鐵水質量1 %的鐵液;調整后取樣測定超聲波縱波聲速 為5.6Km/s，此時蠕化率接近80 % ;
[0122] (5)誘注:取樣檢測合格后，鐵液溫度在145(TC時，把金屬液注入鑄鐵模的消失模 模樣中，經過冷卻后落砂，得到鑄鐵模。
[0123] 本實施例所得蠕墨鑄鐵鑄鐵模平均厚度為35mm，金從其金相組織圖中可W看到組 織的基體為鐵素體+珠光體，蠕蟲狀石墨較為圓整，組織致密，無縮孔、縮松等鑄造缺陷。對 蠕墨鑄鐵進行力學性能測試，測試結果如下，抗拉強度為410MPa，延伸率為3%。
[0124] 對誘注試樣進行如下測試:試樣尺寸為30mm X 25mm X 15mm，熱疲勞溫度區(qū)間：最高 溫度900°C;最低溫度25°C。實驗過程:先把電阻爐加熱至900°C，然后將試樣放入電阻爐中 加熱3分鐘后取出，將試樣放入25°C的自來水中冷卻，如此往復循環(huán)，當試樣由于內外溫度 差引起的熱應力損壞出現(xiàn)宏觀裂紋停止實驗。
[0125] 采用10個試樣進行平行試驗，試樣出現(xiàn)宏觀裂紋的平均次數(shù)為80次。
[0126] 從W上的描述中，可W看出，與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明上述的實施例實現(xiàn)了如下技 術效果：
[0127] 由于本發(fā)明得到的蠕墨鑄鐵的最大優(yōu)勢是:可在高溫和激冷-激熱的環(huán)境下服役， 且壽命長，服役期間性能穩(wěn)定，降低了該類環(huán)境下使用的鑄鐵的生產成本。
[0128] W上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技術人 員來說，本發(fā)明可W有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、 等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種耐熱疲勞蠕墨鑄鐵，其特征在于，該耐熱疲勞蠕墨鑄鐵按質量百分比由以下化 學成分組成：C3.5-3.9%、Sil.6-2.0%、ΜηΟ·5-0.7%、Ρ〈0·05%、S〈0.015%、Μ〇0· 3-0.6%、 CuO · 6-0 · 8%、CaO · 005-0 · 032%、REO · 015-0 · 018%、Ti〇-〇 · 008%，Mg〇-〇 · 03 %，余量為Fe和 不可避免的雜質；碳當量CE = 4.3-4.6%，其中碳當量的計算公式為:CE=[C+0.3(Si+P) + 0.4S-0.03Mn]%，該公式中各元素分別代表相應元素在該耐熱疲勞蠕墨鑄鐵中的質量百分 比。2. 根據權利要求1所述的耐熱疲勞蠕墨鑄鐵，其特征在于，所述耐熱疲勞蠕墨鑄鐵中， 按質量百分比計，Mo的含量為0.5-0.6%、Cu的含量為0.7-0.8%。3. 根據權利要求1所述的耐熱疲勞蠕墨鑄鐵，其特征在于，該耐熱疲勞蠕墨鑄鐵按質量 百分比由以下化學成分組成：C3.6-3.8%、Sil .9-2.0%、ΜηΟ· 5-0.6%、Ρ〈0· 05%、S〈 0.015%、Mo0.5-0.6%、Cu0.7-0.8%、Ca0.007-0.032%、RE0.015-0.017%、Mg0.005-0 · 01 %、余量為Fe和不可避免的雜質；或者C3 · 6-3 · 8 %、Si 1 · 9-2 · 0 %、MnO · 5-0 · 6 %、P〈 0.05%、S〈0.015%、M〇 0.5-0.6%、Cu 0.7-0.8%、Ca0.00 5-0.032%、RE0.016-0.018%、 Ti0.00 2-0.008%、余量為Fe和不可避免的雜質。4. 制備權利要求1至3中任一項所述的耐熱疲勞蠕墨鑄鐵的方法，其特征在于:包括如 下步驟： (1) 配料:按照權利要求1-3任一所述的C、Si、Mn質量百分比選取生鐵和Q235廢鋼，其中 生鐵占80%-90%，Q235廢鋼占 10%-20% ; (2) 銅鉬合金選取：按照權利要求1-3任一所述的合金元素的質量百分比選取銅鉬合 金； (3) 熔煉:將生鐵、Q235廢鋼以及銅鉬合金加入電爐中熔煉成鐵液，然后將所述鐵液轉 入精煉爐中進行精煉，精煉過程中，扒渣取樣進行爐前成分分析，根據檢測結果調整鐵液中 各成分符合要求，精煉后除渣，在1480 °C -1550 °C之間將鐵液出爐進入蠕化處理； (4) 蠕化處理:使用包底沖入法工藝，將鐵液轉入底部放置蠕化劑的澆包中，蠕化劑選 用稀土鎂硅鐵合金或稀土硅鐵合金，蠕化劑的使用量為澆包中鐵液總質量的0.5-0.9%; (5) 澆注:取樣檢測合格后，在1430°(：-1480°(：澆注。5. 根據權利要求4所述的方法，其特征在于:在所述步驟(2)中，所述銅鉬合金為氧化鉬 和黃銅。6. 根據權利4所述的方法，其特征在于:在所述步驟(3)中，所述鐵液出爐的溫度為1480 。(:-1500。。。7. 根據權利4所述的方法，其特征在于:在所述步驟(3)中，將生鐵、Q235廢鋼以及1/2量 的銅鉬合金加入電爐中熔煉成鐵液，然后將所述鐵液轉入精煉爐中并隨鋼流加入剩余1/2 量的銅鉬合金。8. 根據權利4所述的方法，其特征在于:在所述步驟(4)中，當蠕化劑為稀土鎂硅鐵合金 時，使用量為澆包中鐵液總質量的〇. 52 %-0.55 % ;當蠕化劑為稀土硅鐵合金時，使用量為 澆包中鐵液總質量的0.75%-0.85%。9. 根據權利4所述的方法，其特征在于:在所述步驟(4)中，將鐵液轉入底部放置蠕化劑 的澆包中以后，立即取樣使用超聲測厚儀對蠕化效果進行檢測，當超聲波縱波聲速高于 5.6Km/s時，繼續(xù)向澆包中鐵液加入蠕化劑;當超聲波縱波聲速低于5.4Km/s時，繼續(xù)向澆包 中注入鐵液，當超聲波縱波速位于5.4-5.6Km/s范圍內時即完成蠕化處理。10.-種鑄鐵模，其特征在于:該鑄鐵模由權利1至9中任一項所述的耐熱疲勞蠕墨鑄鐵 或者方法制備而成。
【文檔編號】C22C33/08GK106048402SQ201610679544
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年8月17日
【發(fā)明人】許磊, 霍曉陽, 王有超, 歷長云, 王麗梅, 米國發(fā), 左善超, 王狂飛, 魏娟娟
【申請人】河南理工大學