一种球墨铸铁千斤顶及其制备方法与流程

1.本发明涉及球墨铸铁技术领域，具体涉及一种球墨铸铁千斤顶及其制备方法。

背景技术：

2.球墨铸铁是20世纪五十年代发展起来的一种高强度铸铁材料，其通过球化和孕育处理得到球状石墨，有效地提高了铸铁的机械性能，特别是提高了塑性和韧性，从而得到比碳钢还高的强度。球墨铸铁的综合性能接近于钢，正是基于其优异的性能，已成功地用于铸造一些受力复杂，强度、韧性、耐磨性要求较高的零件。
3.螺旋千斤顶的每次起重作业都承受巨大的压力，所以需要有一个金属强度极高的机身来承载重物所带来的的巨大负荷，而螺旋千斤顶机身采用的就是球墨铸铁。球墨铸铁材料自身的性能决定着千斤顶的质量，那么，寻一种性能更加优良的球墨铸铁材料是制造质量优良的球墨铸铁千斤顶的关键。

技术实现要素：

4.针对现有技术不足，本发明提供一种球墨铸铁千斤顶及其制备方法，以此来克服背景技术中提及的问题。
5.为实现以上目的，本发明的技术方案通过以下技术方案予以实现：一种球墨铸铁千斤顶，包括以下组分及其重量百分比：c 3.2-3.5％，si1.8-2.5％，mn 0.8-1.3％，cr 1.1-1.5％，cu 0.2-0.5％，n 0.0092-0.0098％，s≤0.01％，p≤0.01％，余量为fe。
6.本发明还提供了一种球墨铸铁千斤顶的制备方法，具体包括以下步骤：
7.(1)原料熔炼：将生铁、废钢、铜锭和铬锭放入中频感应炉内熔炼，得到铁水；
8.(2)氮化处理：向铁水中通过氮气，在通入氮气的过程中不断加入四氧化三铁粉末，得到预处理铁水；
9.(3)浇包处理：事先向浇包底部加入球化剂，然后在球化剂上面铺设50％重量的孕育剂，接着在孕育剂上面放置低碳钢片并压实；
10.(4)球化孕育：将预处理铁水冲入浇包内，同时将另外50％重量的孕育剂随流冲入，反应期间进行扒渣处理，得到成品铁水；
11.(5)浇注成型：将成品铁水浇注至模具内，冷却定型后，得到千斤顶铸件；
12.(6)热处理：对千斤顶铸件进行热处理，制得千斤顶。
13.优选的，步骤(1)中，铁水的温度保持在1500-1600℃之间。
14.优选的，步骤(2)中，所述氮气的流量控制在1-1.5l/min，氮气的通入时间为10-15min。
15.优选的，步骤(3)中，所述球化剂的组分及其重量百分比：si 43.5％，al 0.4％，mg 6.2％，re 1.8％，余量为fe；所述孕育剂的组分及其重量百分比：si 70.8％，al 2.2％，ba 1.6％，余量为fe。
16.优选的，步骤(3)中，所述球化剂占原料总质量的1.1％，所述孕育剂占原料总质量
的0.5％。
17.优选的，步骤(4)中，球化孕育的过程中控制铁水的温度在1400-1450℃之间。
18.优选的，步骤(6)中，所述热处理过程为：将千斤顶铸件在800-850℃下保温1-1.5h，随后取出并进行水冷淬火25-30min，然后在450-500℃下回火1-1.2h。
19.优选的，步骤(6)中，将制得的千斤顶放入等离子体渗氮炉中进行共渗处理，控制共渗温度为500℃，共渗时间为4h。
20.优选的，共渗介质由氮气、氢气和二氧化碳组成，其中氮气、氢气和二氧化碳的体积比为1：1：0.2。
21.本发明的有益效果：
22.1、通过向熔炼的铁水通入氮气做氮化处理，使得基体中的铁素体含量逐渐减少，珠光体含量逐渐增加，促进了硬度的提高，同时也使得抗拉强度也有所提高，从而提高了球墨铸铁的性能，使得千斤顶基体的质量得到较好的提升。
23.2、通过在氮化处理过程中加入四氧化三铁粉末，有利于铁水对氮的固溶，对改善成品质量起到积极作用。
24.3、通过共渗处理，通入由氮气、氢气和二氧化碳，对基体表面同时进行渗氮渗碳处理，使得基体表面组织得到强化，可进一步提高基体的硬度，改善基体的性能。
具体实施方式
25.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.实施例1
27.一种球墨铸铁千斤顶，包括以下组分及其重量百分比：c 3.2％，si 1.8％，mn 0.8％，cr 1.1％，cu 0.2％，n 0.0096％，s≤0.01％，p≤0.01％，余量为fe。
28.上述千斤顶的制备方法包括以下步骤：
29.(1)原料熔炼：将生铁、废钢、铜锭和铬锭放入中频感应炉内熔炼，得到铁水。其中，铁水的温度保持在1600℃。
30.(2)氮化处理：向铁水中通过氮气，在通入氮气的过程中不断加入四氧化三铁粉末，得到预处理铁水。其中，氮气的流量控制在1.2l/min，氮气的通入时间为12min。
31.(3)浇包处理：事先向浇包底部加入球化剂，然后在球化剂上面铺设50％重量的孕育剂，接着在孕育剂上面放置低碳钢片并压实。其中，球化剂的组分及其重量百分比：si 43.5％，al 0.4％，mg 6.2％，re 1.8％，余量为fe；孕育剂的组分及其重量百分比：si 70.8％，al 2.2％，ba 1.6％，余量为fe。球化剂占原料总质量的1.1％，孕育剂占原料总质量的0.5％。
32.(4)球化孕育：将预处理铁水冲入浇包内，同时将另外50％重量的孕育剂随流冲入，反应期间进行扒渣处理，得到成品铁水。其中，球化孕育的过程中控制铁水的温度在1400℃。
33.(5)浇注成型：将成品铁水浇注至模具内，冷却定型后，得到千斤顶铸件；
34.(6)热处理：对千斤顶铸件进行热处理，制得千斤顶。其中，热处理过程为：将千斤顶铸件在820℃下保温1.5h，随后取出并进行水冷淬火20min，然后在480℃下回火1.1h。
35.实施例2
36.一种球墨铸铁千斤顶，包括以下组分及其重量百分比：c 3.3％，si 2.0％，mn 1.1％，cr 1.3％，cu 0.4％，n 0.0098％，s≤0.01％，p≤0.01％，余量为fe。
37.上述千斤顶的制备方法包括以下步骤：
38.(1)原料熔炼：将生铁、废钢、铜锭和铬锭放入中频感应炉内熔炼，得到铁水。其中，铁水的温度保持在1500℃。
39.(2)氮化处理：向铁水中通过氮气，在通入氮气的过程中不断加入四氧化三铁粉末，得到预处理铁水。其中，氮气的流量控制在1l/min，氮气的通入时间为15min。
40.(3)浇包处理：事先向浇包底部加入球化剂，然后在球化剂上面铺设50％重量的孕育剂，接着在孕育剂上面放置低碳钢片并压实。其中，球化剂的组分及其重量百分比：si 43.5％，al 0.4％，mg 6.2％，re 1.8％，余量为fe；孕育剂的组分及其重量百分比：si 70.8％，al 2.2％，ba 1.6％，余量为fe。球化剂占原料总质量的1.1％，孕育剂占原料总质量的0.5％。
41.(4)球化孕育：将预处理铁水冲入浇包内，同时将另外50％重量的孕育剂随流冲入，反应期间进行扒渣处理，得到成品铁水。其中，球化孕育的过程中控制铁水的温度在1420℃。
42.(5)浇注成型：将成品铁水浇注至模具内，冷却定型后，得到千斤顶铸件；
43.(6)热处理：对千斤顶铸件进行热处理，制得千斤顶。其中，热处理过程为：将千斤顶铸件在800℃下保温1h，随后取出并进行水冷淬火30min，然后在450℃下回火1.2h。
44.实施例3
45.一种球墨铸铁千斤顶，包括以下组分及其重量百分比：c 3.5％，si 2.5％，mn 1.3％，cr 1.5％，cu 0.5％，n 0.0092％，s≤0.01％，p≤0.01％，余量为fe。
46.上述千斤顶的制备方法包括以下步骤：
47.(1)原料熔炼：将生铁、废钢、铜锭和铬锭放入中频感应炉内熔炼，得到铁水。其中，铁水的温度保持在1550℃。
48.(2)氮化处理：向铁水中通过氮气，在通入氮气的过程中不断加入四氧化三铁粉末，得到预处理铁水。其中，氮气的流量控制在1.5l/min，氮气的通入时间为10min。
49.(3)浇包处理：事先向浇包底部加入球化剂，然后在球化剂上面铺设50％重量的孕育剂，接着在孕育剂上面放置低碳钢片并压实。其中，球化剂的组分及其重量百分比：si 43.5％，al 0.4％，mg 6.2％，re 1.8％，余量为fe；孕育剂的组分及其重量百分比：si 70.8％，al 2.2％，ba 1.6％，余量为fe。球化剂占原料总质量的1.1％，孕育剂占原料总质量的0.5％。
50.(4)球化孕育：将预处理铁水冲入浇包内，同时将另外50％重量的孕育剂随流冲入，反应期间进行扒渣处理，得到成品铁水。其中，球化孕育的过程中控制铁水的温度在1450℃。
51.(5)浇注成型：将成品铁水浇注至模具内，冷却定型后，得到千斤顶铸件；
52.(6)热处理：对千斤顶铸件进行热处理，制得千斤顶。其中，热处理过程为：将千斤
顶铸件在850℃下保温1.2h，随后取出并进行水冷淬火25min，然后在500℃下回火1h。
53.实施例4
54.对实施例2中制得的千斤顶做出以下处理：将制得的千斤顶放入等离子体渗氮炉中进行共渗处理，控制共渗温度为500℃，共渗时间为4h。其中，共渗介质由氮气、氢气和二氧化碳组成，其中氮气、氢气和二氧化碳的体积比为1：1：0.2。
55.实施例5
56.以实施例1中千斤顶的制备方法为参照，仅对氮化处理作出改变，即在氮化处理过程中不加入四氧化三铁粉末。
57.对比例1
58.一种球墨铸铁千斤顶，包括以下组分及其重量百分比：c 3.4％，si 1.9％，mn 1.1％，cr 1.3％，cu 0.4％，s≤0.01％，p≤0.01％，余量为fe。
59.上述千斤顶的制备方法包括以下步骤：
60.(1)原料熔炼：将生铁、废钢、铜锭和铬锭放入中频感应炉内熔炼，得到铁水。其中，铁水的温度保持在1500℃。
61.(2)浇包处理：事先向浇包底部加入球化剂，然后在球化剂上面铺设50％重量的孕育剂，接着在孕育剂上面放置低碳钢片并压实。其中，球化剂的组分及其重量百分比：si 43.5％，al 0.4％，mg 6.2％，re 1.8％，余量为fe；孕育剂的组分及其重量百分比：si 70.8％，al 2.2％，ba 1.6％，余量为fe。球化剂占原料总质量的1.1％，孕育剂占原料总质量的0.5％。
62.(3)球化孕育：将铁水冲入浇包内，同时将另外50％重量的孕育剂随流冲入，反应期间进行扒渣处理，得到成品铁水。其中，球化孕育的过程中控制铁水的温度在1420℃。
63.(4)浇注成型：将成品铁水浇注至模具内，冷却定型后，得到千斤顶。
64.(5)热处理：对千斤顶铸件进行热处理，制得千斤顶。其中，热处理过程为：将千斤顶铸件在850℃下保温1.2h，随后取出并进行水冷淬火25min，然后在500℃下回火1h。
65.对比例2
66.一种球墨铸铁千斤顶，包括以下组分及其重量百分比：c 3.2％，si 2.3％，mn 1.2％，cr 1.3％，cu 0.4％，s≤0.01％，p≤0.01％，余量为fe。
67.上述千斤顶的制备方法包括以下步骤：
68.(1)原料熔炼：将生铁、废钢、铜锭和铬锭放入中频感应炉内熔炼，得到铁水。其中，铁水的温度保持在1500℃。
69.(2)氮化处理：向铁水中通过氮气，在通入氮气的过程中不断加入四氧化三铁粉末，得到预处理铁水。其中，氮气的流量控制在1l/min，氮气的通入时间为15min。
70.(3)浇包处理：事先向浇包底部加入球化剂，然后在球化剂上面铺设50％重量的孕育剂。其中，球化剂的组分及其重量百分比：si43.5％，al 0.4％，mg 6.2％，re 1.8％，余量为fe；孕育剂的组分及其重量百分比：si 70.8％，al 2.2％，ba 1.6％，余量为fe。球化剂占原料总质量的1.1％，孕育剂占原料总质量的0.5％。
71.(4)球化孕育：将预处理铁水冲入浇包内，同时将另外50％重量的孕育剂随流冲入，反应期间进行扒渣处理，得到成品铁水。其中，球化孕育的过程中控制铁水的温度在1420℃。
72.(5)浇注成型：将成品铁水浇注至模具内，冷却定型后，得到千斤顶铸件；
73.(6)热处理：对千斤顶铸件进行热处理，制得千斤顶。其中，热处理过程为：将千斤顶铸件在800℃下保温1h，随后取出并进行水冷淬火30min，然后在450℃下回火1.2h。
74.性能检测
75.对球墨铸铁的千斤顶机体而言，球墨铸铁材料的的性能至关重要，为此我们对千斤顶机体用的球墨铸铁材料的性能进行了检测。
76.取实施例1-3和实施例5以及对比例1-2中的成品铁水浇注、定型、加工、成符合规定的样品，随后对样品进行热处理，得到试样。对于实施例4而言，制成实施例2中的试样后对其进行相应的共渗处理，得到试样。
77.试验方法：按gb/t228-2010金属材料室温拉伸试验方法进行，采用φ14mm的试样，沿试样轴向匀速施加静态拉伸载荷，直到试样断裂的伸长，在整个过程中，测量施加在试样上载荷，可计算出抗拉强度值。硬度的测试方法是按gb/t231.2-2002金属布氏硬度试验的方法进行。具体检测结果如表1所示。
78.表1性能检测
79.组别抗拉强度(mpa)硬度(hb)实施例1468169实施例2483177实施例3471172实施例4496184实施例5457160对比例1421153对比例2443162
80.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
81.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：

1.一种球墨铸铁千斤顶，其特征在于，包括以下组分及其重量百分比：c 3.2-3.5％，si 1.8-2.5％，mn 0.8-1.3％，cr 1.1-1.5％，cu 0.2-0.5％，n 0.0092-0.0098％，s≤0.01％，p≤0.01％，余量为fe。2.根据权利要求1所述的一种球墨铸铁千斤顶的制备方法，其特征在于，该千斤顶的制备方法具体包括以下步骤：(1)原料熔炼：将生铁、废钢、铜锭和铬锭放入中频感应炉内熔炼，得到铁水；(2)氮化处理：向铁水中通过氮气，在通入氮气的过程中不断加入四氧化三铁粉末，得到预处理铁水；(3)浇包处理：事先向浇包底部加入球化剂，然后在球化剂上面铺设50％重量的孕育剂，接着在孕育剂上面放置低碳钢片并压实；(4)球化孕育：将预处理铁水冲入浇包内，同时将另外50％重量的孕育剂随流冲入，反应期间进行扒渣处理，得到成品铁水；(5)浇注成型：将成品铁水浇注至模具内，冷却定型后，得到千斤顶铸件；(6)热处理：对千斤顶铸件进行热处理，制得千斤顶。3.根据权利要求2所述的一种球墨铸铁千斤顶的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，铁水的温度保持在1500-1600℃之间。4.根据权利要求2所述的一种球墨铸铁千斤顶的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述氮气的流量控制在1-1.5l/min，氮气的通入时间为10-15min。5.根据权利要求2所述的一种球墨铸铁千斤顶的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述球化剂的组分及其重量百分比：si 43.5％，al 0.4％，mg 6.2％，re 1.8％，余量为fe；所述孕育剂的组分及其重量百分比：si 70.8％，al 2.2％，ba 1.6％，余量为fe。6.根据权利要求2所述的一种球墨铸铁千斤顶的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述球化剂占原料总质量的1.1％，所述孕育剂占原料总质量的0.5％。7.根据权利要求2所述的一种球墨铸铁千斤顶的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，球化孕育的过程中控制铁水的温度在1400-1450℃之间。8.根据权利要求2所述的一种球墨铸铁千斤顶的制备方法，其特征在于，步骤(6)中，所述热处理过程为：将千斤顶铸件在800-850℃下保温1-1.5h，随后取出并进行水冷淬火25-30min，然后在450-500℃下回火1-1.2h。9.根据权利要求2所述的一种球墨铸铁千斤顶的制备方法，其特征在于，步骤(6)中，将制得的千斤顶放入等离子体渗氮炉中进行共渗处理，控制共渗温度为500℃，共渗时间为4h。10.根据权利要求9所述的一种球墨铸铁千斤顶的制备方法，其特征在于，共渗介质由氮气、氢气和二氧化碳组成，其中氮气、氢气和二氧化碳的体积比为1：1：0.2。

技术总结

本发明涉及球墨铸铁技术领域，具体为一种球墨铸铁千斤顶及其制备方法，包括以下组分及其重量百分比：C 3.2-3.5％，Si 1.8-2.5％，Mn 0.8-1.3％，Cr 1.1-1.5％，Cu 0.2-0.5％，N 0.0092-0.0098％，S≤0.01％，P≤0.01％，余量为Fe。还提供了一种球墨铸铁千斤顶的制备方法，具体包括以下步骤：(1)原料熔炼(2)氮化处理(3)浇包处理(4)球化孕育(5)浇注成型(6)热处理。本发明通过向熔炼的铁水通入氮气做氮化处理，使得基体中的铁素体含量逐渐减少，珠光体含量逐渐增加，促进了硬度的提高，同时也使得抗拉强度也有所提高，从而提高了球墨铸铁的性能，使得千斤顶基体的质量得到较好的提升。使得千斤顶基体的质量得到较好的提升。