(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010971051.4
(22)申请日 2020.09.16
(71)申请人 河南广瑞汽车部件股份有限公司
地址 453600 河南省新乡市辉县市产业集
聚区城西工业园
(72)发明人 高世爽 吴继胜
(74)专利代理机构 郑州金成知识产权事务所
(普通合伙) 41121
代理人 郭乃凤
(51)Int.Cl.
C22C 37/10(2006.01)
C22C 37/04(2006.01)
C22C 33/10(2006.01)
(54)发明名称
(57)摘要
本发明公开了一种汽车转向器壳体QT500‑
14固溶强化铁素体球铁，化学组成成分按重量百
分比计为：碳C 3.20～3.40%，硅Si 3.40～
3.60%，镁Mg0.04～0.06%，锰Mn≤0.5%，磷P≤
0.05%，硫S≤0.010%，稀土RE≤0.02%，余量为铁
Fe。生产方法如下：中频炉熔化原汤，熔清后扒
渣，精炼，高温静置，球化剂FeSiMg6RE2，压包孕
育剂FeSi75，倒包时二次孕育，采用FeSi75随流
车转向器壳体QT500‑14固溶强化铁素体球铁，其
硬度变化幅度小，车削加工过程中引起的尺寸分
散程度小，加工公差控制范围小，刀具寿命更长，
可实现机械加工的精益生产。权利要求书2页 说明书10页CN 112126845 A 2020.12.25
C N 112126845
A
1.一种汽车转向器壳体QT500-14固溶强化铁素体球铁，其特征在于：该汽车转向器壳体QT500-14固溶强化铁素体球铁的化学组成成分按重量百分比计为：碳C 3.20～3.40％，硅Si 3.40～3.60％，镁Mg0.04～0.06％，锰Mn≤0.5％，磷P≤0.05％，硫S≤0.010％，稀土RE≤0.02％，余量为铁Fe。
2.根据权利要求1所述的汽车转向器壳体QT500-14固溶强化铁素体球铁，其特征在于：所述汽车转向器
壳体QT500-14固溶强化铁素体球铁的金相组织要求：石墨以球状为主，石墨形态Ⅴ+Ⅵ≥85％，球化级别不低于GB/T 9441规定的球化级别3级；基体组织以铁素体为主，碳化物＜1％。
3.根据权利要求1所述的汽车转向器壳体QT500-14固溶强化铁素体球铁，其特征在于：所述汽车转向器壳体QT500-14固溶强化铁素体球铁的性能指标达到如下要求：
4.根据权利要求1所述的汽车转向器壳体QT500-14固溶强化铁素体球铁，其特征在于：所述汽车转向器壳体QT500-14固溶强化铁素体球铁本体试样的力学性能达到如下要求：
5.权利要求1～4任一项所述的汽车转向器壳体QT500-14固溶强化铁素体球铁的生产方法，其具体工艺流程如下：
A、电炉熔炼作业：采用5吨或6吨中频炉来熔化原汤，熔清后在1500℃以上扒渣取样，精炼温度为1600℃±10℃，高温静置5分钟以上；
B、原汤要求：原汤成分合格、温度合格并经净渣后方可出水，出铁温度1550℃～1580℃；
C、铁水处理：
①球化剂：球化剂选用FeSiMg6RE2，粒度10～25mm，加入量为铁液重量的1.0±0.05％；
②压包孕育剂：压包孕育剂选用FeSi75，粒度5～15mm，加入量为铁液重量的1.1～
1.3％；
③球化包：球化包要求内径d与包深h符合：d/h＝1:1.8左右，底部为堤坝式球化室，球化包筑好后，使用烘包器烘干、烘透，使用前用原汤烫包至800℃以上；
④球化处理：采用冲入法进行球化处理，加料次序为球化剂、压包孕育剂，然后需摊平并适当压实，出水温度1550℃～1580℃，球化反应时间为60s～80s，球化结束需净渣、覆盖后再转运；
D、二次孕育：
铁水在倒包时要进行二次孕育，二次孕育剂选用FeSi75，粒度0.2～0.3mm，加入量为铁水重量的0.2％；浇注前需净渣、测温并取光谱样验证最终铁水成分；
E、浇注过程：采用生产线自动浇注机浇注；
①浇注时间：
每个球化包浇注时间控制在：从出水开始计算，不超过10分钟；从球化结束计算，不超过8分钟；
②浇注温度：浇注温度首温根据产品的大小及结构控制在1470～1520℃；浇注温度末箱温度根据产品的大小及结构控制在1420～1350℃；
③随流孕育：浇注过程中采用粒度0.2～0.8mm的FeSi75随流孕育，加入量为随流铁水重量的0.08％～0.10％；
F、其它：
浇注后铁水经过混砂、制芯、造型、落砂、清理、检验、防护、入库等程序，得到符合要求的汽车转向器壳体QT500-14固溶强化铁素体球铁。
汽车转向器壳体QT500-14固溶强化铁素体球铁及其生产方法
技术领域：
[0001]本发明涉及一种球墨铸铁的生产方法，特别是涉及一种汽车转向器壳体 QT500-14固溶强化铁素体球铁及其生产方法。
背景技术：
[0002]目前转向器壳体材质以QT450-10、QT500-7为主。就材质而言，在生产过 程中为满足其牌号的力学性能(屈服强度、抗拉强度、延伸率)及硬度的要求， 材质熔炼的过程中主要靠加入一定量的Mn、Cu或Sn等合金元素来保证转向器 壳体铸件具有一定比例的珠光体含量，利用不同含量的珠光体及其分布的弥散 度来保证铸件的强韧性及硬度等性能的需要。 [0003]目前的转向器壳体固溶强化铁素体球铁的材质存在以下弊端：
[0004]1、稳定的珠光体含量控制难度大，在铸件不同部位差异比较大：
[0005]球铁的力学性能在很多程度上取决于球化率，在其它条件相同的情况下， 球化率越高，力学性能越高；石墨球径大小也影响力学性能，在其它条件相同 的情况下，球径越小，力学性能越高。对不同牌
号的材质，珠光体含量的多少 (及其分布的弥散度)直接影响着材质的性能。对于QT450-10的基体组织要求， 相关资料及国家标准中均要求是铁素体基体为主，未规定铁素体与珠光体基体 的比例，球铁的牌号越高，珠光体含量越高，说明珠光体含量对球铁抗拉强度 影响很大。铸件本体珠光体的含量不仅取决于合金元素的含量(在成分控制准 确、孕育量固化的情况下)，在实际生产过程中还受到浇注温度的影响、砂型 温度的影响、型砂水分的影响、四季气温变化的影响、落砂温度的影响等等。
[0006]就同一个转向器壳体，由于不同部位的壁厚及在材料成型过程中的温度场 分布的差异性，导致铸件的不同位置、表面与心部珠光体含量往往差异较大。 造成的直接后果就是：珠光体含量检验、硬度检验、本体性能检验等和所需要 的数据不完全一样。为此，研究部门一天到晚纠结于选择怎样的合金元素含量 能同时满足珠光体含量、抗拉强度及延伸率都符合要求。
[0007]2、铸件硬度波动幅度大，加工性能差：
[0008]传统合金化生产工艺生产的QT450-10、QT500-7的硬度范围在 GB/T1348-2009《球墨铸铁件》国家标准中有明确的范围：
[0009]
[0010]在实际生产中，汽车转向器壳体QT450-10本体不同部位硬度差最大的高达 30HBW；而汽车转向器壳体QT500-7本体不同部位硬度差最大的高达40HBW(如 TRW产品2679壳体同一个产品，QT500-7材质，壁轴处169HBW，油道及安装台 处经常高达210HBW)。由于合金化生产工艺主要靠控制珠光体含量来保证铸件 的性能要求，珠光体含量的控制主要靠合金元素(Mn、Cu、Sn、Sb等)含量来 保障。在材料成型过程中不同部位合金的偏析、温度场
的差异必然造成铸件的 不同位置珠光体含量及分布的差异，从而导致了材料硬度的波动。[0011]3、屈强比低：
[0012]传统合金化生产工艺生产的QT500-7等材质屈强比的一般范围在0.55～ 0.65之间，要想再提高屈强比往往需要加入Mo、Ni等合金改善其强韧性，生 产成本及代价是大部分企业不能承受的。
[0013]由于屈强比低，传统合金化QT500-7生产工艺，为了保障客户屈服强度的 要求，只能通过提高抗拉强度的思路解决，过高的抗拉强度(高珠光体含量) 不可避免的要牺牲材料的韧性。
[0014]为了提高汽车转向器壳体在生产过程中的稳定性，减小铸件本体不同部位 的性能波动，特别是保持稳定的力学性能并缩小铸件本体的硬度波动范围，改 善客户的机械加工性能，进一步提升刀具寿命，
减少硬度波动，提供一种汽车 转向器壳体QT500-14固溶强化铁素体球铁及其生产方法，来提高球墨铸铁的机 械加工性能十分必要。
发明内容：
[0015]本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种汽车转向 器壳体QT500-14固溶强化铁素体球铁及其生产方法，来提高球墨铸铁的机械加 工性能，保持稳定的力学性能并缩小铸件本体的硬度波动范围。
[0016]本发明为解决技术问题所采取的技术方案是：
[0017]一种汽车转向器壳体QT500-14固溶强化铁素体球铁，其化学组成成分按重 量百分比计为：碳 C 3.20～3.40％，硅 Si 3.40～3.60％，镁 Mg0.04～0.06％，锰 Mn≤0.5％，磷 P≤0.05％，硫 S≤0.010％，稀土 RE≤0.02％，余量为铁Fe。
[0018]所述汽车转向器壳体QT500-14固溶强化铁素体球铁的金相组织要求：石墨 以球状为主，石墨形态Ⅴ+Ⅵ≥85％，球化级别不低于GB/T 9441规定的球化级 别3级；基体组织以铁素体为主，碳化物＜1％。
[0019]所述汽车转向器壳体QT500-14固溶强化铁素体球铁的性能指标达到如下要 求：
[0020]
[0021]
[0022]所述汽车转向器壳体QT500-14固溶强化铁素体球铁本体试样的力学性能达 到如下要求：
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