CN103820704B - 汽车涡轮壳体用的高镍奥氏体球铁材质及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种汽车涡轮壳体用的高镍奥氏体球铁材质及其制备方法，该高镍奥氏体球铁材质成分重量百分比是：碳1.70至1.90%，硅4.90至5.50%，锰0.50至0.80%，磷小于0.05%，硫小于0.02%，镁0.06至0.09%，镍34.0至36.0%，铬1.75至2.00%，余量为铁；制备方法：将碳化硅、生铁、返材、废钢以及纯镍顺序投入熔炼设备并熔化；熔炼设备内物料熔化后添加锰铁、铬铁、硅铁及低硫增碳剂；取熔炼物料光谱分析；熔炼物料合格后将熔炼设备温度升至1560至1620℃准备球化处理；将升温物料倒入球化包喂丝球化处理；球化后物料倒入浇注包二次孕育，除去氧化渣静置降温；物料液降温浇注并落砂清理；落砂清理后铸件热处理，退火为成品；该高镍奥氏体球铁材质铸造和机加工性能良好，成本较低，工艺条件合理，容易控制，有益于铸件生产。

Description

汽车涡轮壳体用的高镍奥氏体球铁材质及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种汽车涡轮壳体用的高镍奥氏体球铁材质及其制备方法。

背景技术

随着涡轮增压技术的迅猛发展，其节能环保的特性被众多汽车厂商广泛接受，涡轮壳作为其主要部件之一，对其耐高温、耐腐蚀方面的性能要求也越来越高，高镍奥氏体球铁材质具有较好的高温力学性能及耐腐蚀性能，是生产涡轮壳体的良好材质，但高镍奥氏体材质的铸造性能很差，在生产结构复杂、壁厚不均的涡轮壳铸件时，薄壁处容易出现显微缩松，厚大部位易出现缩孔等缺陷，同时该材质形成碳化物的倾向过大会对加工切削性能产生影响，增加加工过程的刀具使用成本，因此其成分有待调整。

目前，高镍奥氏体球铁材质的生产工艺流程主要包括铁液熔炼、球化处理、孕育处理、浇注、冷却、落砂清理、热处理等工序，由于高镍球铁材质合金含量高，在熔炼过程中温度要求较高，在球化和孕育环节不易控制，容易出现球化不良等铸造缺陷，给铸件的批量生产带来隐患，因此有待改进。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术存在的上述缺点，而提供一种汽车涡轮壳体用的高镍奥氏体球铁材质及其制备方法，该高镍奥氏体球铁材质具有良好的铸造性能和机加工性能，成本较低，该高镍奥氏体球铁材质的制备方法工艺条件设计合理，容易控制，有益于铸件生产。

本发明的目的是由以下技术方案实现的：

本发明汽车涡轮壳体用的高镍奥氏体球铁材质，其特征在于，其成分的重量百分比是：碳（C）为1.70至1.90%，硅（Si）为4.90至5.50%，锰（Mn ）为0.50至0.80%，磷（P）为小于0.05%，硫（S）为小于0.02%，镁（Mg ）为0.06至0.09%，镍（Ni）为34.0至36.0%，铬（Cr）为 1.75至2.00%，余量为铁（Fe）。

本发明汽车涡轮壳体用的高镍奥氏体球铁材质的制备方法，其特征在于：（1）将碳化硅、生铁、返材、废钢以及纯镍按顺序投入熔炼设备内，将熔炼设备升温，使物料熔化；（2）待熔炼设备内的物料完全熔化后添加低硫增碳剂、锰铁、铬铁以及硅铁进行精炼及成分调整；（3）取适量熔炼物料浇注并制成试样进行光谱分析；（4）当熔炼物料符合要求后，继续将熔炼设备温度升至1560至1620℃区间准备进行球化处理；（5）将熔炼设备升温至1560至1620℃的物料倒入球化包进行喂丝球化处理；（6）将球化后物料倒入浇注包并进行二次孕育处理，然后除去氧化渣并进行静置降温；（7）待物料液温降至1450至1500℃时进行浇注，将物料液体浇入铸型中，然后冷却50分钟以上，进行落砂清理；（8）将落砂清理后的铸件进行热处理，退火保温后出炉，待空冷至室温即为成品。

前述的汽车涡轮壳体用的高镍奥氏体球铁材质的制备方法，其中熔炼和精炼物料的重量百分比是：碳化硅为0.5至0.8%、生铁为6至12%、返材为60至75%、废钢为7至13%、纯镍为9至13%、锰铁0.2至1.0%、铬铁0.5至1.5%、硅铁0.1至2.5%，余量为低硫增碳剂。

前述的汽车涡轮壳体用的高镍奥氏体球铁材质的制备方法，其中熔炼设备采用感应电炉。

前述的汽车涡轮壳体用的高镍奥氏体球铁材质的制备方法，其中添加的低硫增碳剂为石墨电极增碳剂，该石墨电极增碳剂为市售产品，其规格为固定碳量≥95%，硫≤0.08%。

前述的汽车涡轮壳体用的高镍奥氏体球铁材质的制备方法，其中喂丝球化处理时加入高钡孕育剂，该高钡孕育剂加入量为熔炼和精炼物料重量的0.1至0.5%，球化合金采用无稀土Mg线，Mg线使用量为20至25米。

前述的汽车涡轮壳体用的高镍奥氏体球铁材质的制备方法，其中二次孕育处理时，孕育剂采用中钡孕育剂,加入量为熔炼和精炼物料液重量的0.4至0.6%。

前述的汽车涡轮壳体用的高镍奥氏体球铁材质的制备方法，其中高钡孕育剂是长效孕育剂Ba-13，该长效孕育剂Ba-13为市售产品，其规格为Si=63至68%，Ba=12至14%，Ca=1.4至2.0%，Al=1.0至1.6%，余量为Fe；所述中钡孕育剂是硅钡孕育剂BS-1，该硅钡孕育剂BS-1为市售产品，其规格为Si=65至70%，Ba=4至6%，Ca=0.5至1.0%，Al≤1.5%，余量为Fe。

前述的汽车涡轮壳体用的高镍奥氏体球铁材质的制备方法，其中退火工艺条件为950至960℃温度下保温4至5小时。

本发明的有益效果：本发明高镍奥氏体球铁材质具有良好的铸造性能和机加工性能，成本较低，该高镍奥氏体球铁材质的制备方法工艺条件设计合理，容易控制，有益于铸件生产。

具体实施方式

本发明汽车涡轮壳体用的高镍奥氏体球铁材质，其成分的重量百分比是：碳（C）为1.70至1.90%，硅（Si）为4.90至5.50%，锰（Mn ）为0.50至0.80%，磷（P）为小于0.05%，硫（S）为小于0.02%，镁（Mg）为0.06至0.09%，镍（Ni）为34.0至36.0%，铬（Cr）为 1.75至2.00%，余量为铁（Fe）。

本发明汽车涡轮壳体用的高镍奥氏体球铁材质的制备方法，（1）将碳化硅、生铁、返材、废钢以及纯镍按顺序投入熔炼设备内，将熔炼设备升温，使物料熔化；（2）待熔炼设备内的物料完全熔化后添加低硫增碳剂、锰铁、铬铁以及硅铁进行精炼及成分调整；（3）取适量熔炼物料浇注并制成试样进行光谱分析；（4）当熔炼物料符合要求后，继续将熔炼设备温度升至1560至1620℃区间准备进行球化处理；（5）将熔炼设备升温至1560至1620℃的物料倒入球化包进行喂丝球化处理；（6）将球化后物料倒入浇注包并进行二次孕育处理，然后除去氧化渣并进行静置降温；（7）待物料液温降至1450至1500℃时进行浇注，将物料液体浇入铸型中，然后冷却50分钟以上，进行落砂清理；（8）将落砂清理后的铸件进行热处理，退火保温后出炉，待空冷至室温即为成品。

本发明汽车涡轮壳体用的高镍奥氏体球铁材质的制备方法，其中，该熔炼和精炼物料的重量百分比是：碳化硅为0.5至0.8%、生铁为6至12%、返材为60至75%、废钢为7至13%、纯镍为9至13%、锰铁0.2至1.0%、铬铁0.5至1.5%、硅铁0.1至2.5%，余量为低硫增碳剂。该熔炼设备采用感应电炉。该添加的低硫增碳剂为石墨电极增碳剂，该石墨电极增碳剂为市售产品，其规格为固定碳量≥95%，硫≤0.08%。该喂丝球化处理时加入高钡孕育剂，该高钡孕育剂加入量为熔炼和精炼物料重量的0.1至0.5%，球化合金采用无稀土Mg线，Mg线使用量为20至25米。该二次孕育处理时，孕育剂采用中钡孕育剂,加入量为熔炼和精炼物料液重量的0.4至0.6%。该高钡孕育剂是长效孕育剂Ba-13，该长效孕育剂Ba-13为市售产品，其规格为Si=63至68%，Ba=12至14%，Ca=1.4至2.0%，Al=1.0至1.6%，余量为Fe；所述中钡孕育剂是硅钡孕育剂BS-1，该硅钡孕育剂BS-1为市售产品，其规格为Si=65至70%，Ba=4至6%，Ca=0.5至1.0%，Al≤1.5%，余量为Fe。该退火工艺条件为950至960℃温度下保温4至5小时。

实施例1

本发明高镍奥氏体球铁材质的制备包括以下步骤：

1、原料配比（重量百分比）为：生铁=7%，返材=74%，废钢=8%，纯镍=9%，碳化硅=0.5%，低硫增碳剂=0.3%、锰铁=0.2%、铬铁=0.9%、硅铁=0.1%。

2、熔炼设备采用感应电炉，将上述重量百分比的碳化硅、生铁、返材、废钢、纯镍按顺序投入感应电炉底部，同时将上述重量百分比的低硫增碳剂、锰铁、铬铁、硅铁放入储料斗中待用，将感应电炉升温，使投入的物料开始熔化，待感应电炉内物料完全熔化后添加低硫增碳剂、锰铁、铬铁、硅铁，进行精炼及成分调整。

3、取适量精炼物料液体浇注制成试样并进行光谱分析。

4、当精炼物料液体成分分析符合要求后，将温度升至1600℃左右准备进行球化处理；

5、将感应电炉内物料液体倒入球化包进行喂丝球化处理，同时加入高钡孕育剂，该高钡孕育剂采用市售的长效孕育剂Ba-13，其规格为Si=63-68%，Ba=12-14%，Ca=1.4-2.0%，Al=1.0-1.6%，余量为Fe；该高钡孕育剂用量为感应电炉内物料重量的0.3%；球化合金采用无稀土Mg线，Mg线使用量为22米。

6、将球化后物料液体倒入浇注包进行二次孕育处理，孕育剂采用中钡孕育剂，该中钡孕育剂采用市售的硅钡孕育剂BS-1，其规格为Si=65-70%，Ba=4-6%，Ca=0.5-1.0%，Al≤1.5%，余量为Fe；加入量为浇包内物料重量的0.55%，除去氧化渣并进行静置降温。

7、待物料液体温度降至1490℃时进行浇注，将该物料液体浇入铸型中，待冷却50分钟以上后进行落砂清理。

8、将落砂清理好的铸件进行热处理，退火工艺采用950至960℃温度下保温4小时，出炉空冷至室温，得到成品。

本实施例物料液体浇注制成试样进行光谱分析结果是：C=1.89%，Si=4.96%，Mn=0.65%，P=0.012%，S=0.011%，Mg=0.081%, Ni=35.59%，Cr=1.84%，Sb=0.015%，Fe=54.951%；材质的球化率达到90%以上，显微组织由奥氏体及碳化物组成。

采用本实施例生产的高镍奥氏体球铁材质制备的涡轮壳体，其机械性能参数如表1所示：

表1：

实施例2

本发明高镍奥氏体球铁材质的制备包括以下步骤：

1、原料配比（重量百分比）为：生铁=10%，返材=62%，废钢=10%，纯镍=13%，碳化硅=0.8%，低硫增碳剂=0.4%、锰铁=0.3%、铬铁=1.2%、硅铁=2.3%。

2、熔炼设备采用感应电炉，将上述重量百分比的碳化硅、生铁、返材、废钢、纯镍按顺序投入感应电炉底部，同时将上述重量百分比的低硫增碳剂、锰铁、铬铁、硅铁放入储料斗中待用，将感应电炉升温，使投入的物料开始熔化，待感应电炉内物料完全熔化后添加低硫增碳剂、锰铁、铬铁、硅铁，进行精炼及成分调整。

3、取适量精炼物料液体浇注制成试样并进行光谱分析。

4、当精炼物料液体成份分析符合要求后，将温度升至1600℃左右准备进行球化处理；

5、将感应电炉内物料液体倒入球化包进行喂丝球化处理，同时加入高钡孕育剂，该高钡孕育剂采用市售的长效孕育剂Ba-13，其规格为Si=63-68%，Ba=12-14%，Ca=1.4-2.0%，Al=1.0-1.6%，余量为Fe；该高钡孕育剂用量为感应电炉内物料重量的0.3%；球化合金采用无稀土Mg线，Mg线使用量为22米。

6、将球化后物料液体倒入浇注包进行二次孕育处理，孕育剂采用中钡孕育剂，该中钡孕育剂采用市售的硅钡孕育剂BS-1，其规格为Si=65-70%，Ba=4-6%，Ca=0.5-1.0%，Al≤1.5%，余量为Fe；加入量为浇注包内物料的0.55%，除去氧化渣并进行静置降温。

7、待物料液体温度降至1500℃时进行浇注，将该物料液体浇入铸型中，待冷却50分钟以上后进行落砂清理；

8、将落砂清理好的铸件进行热处理，退火工艺采用950至960℃温度下保温4.5小时，出炉空冷至室温，得到成品。

本实施例物料液体浇注制成试样进行光谱分析结果是：C=1.73%，Si=5.15%，Mn=0.60%，P=0.013%，S=0.011%，Mg=0.072%, Ni=34.53%，Cr=1.80%，Sb=0.016%，Fe=56.078%；材质的球化率达到90%以上，显微组织由奥氏体及碳化物组成。

采用本实施例生产的高镍奥氏体球铁材质制备的涡轮壳体，其机械性能参数如表2所示：

表2

本发明高镍奥氏体球铁材质消除了球化不良、缩孔、缩松等缺陷，克服了材质白口倾向大的问题，因此具有良好的铸造性能和机加工性能，且成本较低，采用这种材质制造的汽车涡轮壳体具有良好的常温和高温机械性能，耐高温、耐腐蚀及抗氧化性能优良，可以满足900℃及其以上高温的工作环境需要。本发明高镍奥氏体球铁材质的制备方法工艺条件设计合理，容易控制，有益于铸件生产。

本发明实施例中未进行说明的内容为现有技术，故，不再进行赘述。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种汽车涡轮壳体用的高镍奥氏体球铁材质，其特征在于，其成分的重量百分比是：碳C为1.70至1.90％，硅Si为4.90至5.50％，锰Mn为0.50至0.80％，磷P为小于0.05％，硫S为小于0.02％，镁Mg为0.06至0.09％，镍Ni为34.0至36.0％，铬Cr为1.75至2.00％，余量为铁Fe；

所述汽车涡轮壳体用的高镍奥氏体球铁材质由以下步骤制备得到：

将碳化硅、生铁、返材、废钢以及纯镍按顺序投入熔炼设备内，将熔炼设备升温，使物料熔化；

待熔炼设备内的物料完全熔化后添加低硫增碳剂、锰铁、铬铁以及硅铁进行精炼及成分调整；

取适量熔炼物料浇注并制成试样进行光谱分析；

当熔炼物料符合要求后，继续将熔炼设备温度升至1560至1620℃区间准备进行球化处理；

将熔炼设备升温至1560至1620℃的物料倒入球化包进行喂丝球化处理；

将球化后物料倒入浇注包并进行二次孕育处理，然后除去氧化渣并进行静置降温；

待物料液温降至1450至1500℃时进行浇注，将物料液体浇入铸型中，然后冷却50分钟以上，进行落砂清理；

将落砂清理后的铸件进行热处理，退火保温后出炉，待空冷至室温即为成品。

2.一种如权利要求1所述汽车涡轮壳体用的高镍奥氏体球铁材质的制备方法，其特征在于：(1)将碳化硅、生铁、返材、废钢以及纯镍按顺序投入熔炼设备内，将熔炼设备升温，使物料熔化；(2)待熔炼设备内的物料完全熔化后添加低硫增碳剂、锰铁、铬铁以及硅铁进行精炼及成分调整；(3)取适量熔炼物料浇注并制成试样进行光谱分析；(4)当熔炼物料符合要求后，继续将熔炼设备温度升至1560至1620℃区间准备进行球化处理；(5)将熔炼设备升温至1560至1620℃的物料倒入球化包进行喂丝球化处理；(6)将球化后物料倒入浇注包并进行二次孕育处理，然后除去氧化渣并进行静置降温；(7)待物料液温降至1450至1500℃时进行浇注，将物料液体浇入铸型中，然后冷却50分钟以上，进行落砂清理；(8)将落砂清理后的铸件进行热处理，退火保温后出炉，待空冷至室温即为成品。

3.根据权利要求2所述的汽车涡轮壳体用的高镍奥氏体球铁材质的制备方法，其特征在于：所述熔炼和精炼物料的重量百分比是：碳化硅为0.5至0.8％、生铁为6至12％、返材为60至75％、废钢为7至13％、纯镍为9至13％、锰铁0.2至1.0％、铬铁0.5至1.5％、硅铁0.1至2.5％，余量为低硫增碳剂。

4.根据权利要求2所述的汽车涡轮壳体用的高镍奥氏体球铁材质的制备方法，其特征在于：所述熔炼设备采用感应电炉。

5.根据权利要求2所述的汽车涡轮壳体用的高镍奥氏体球铁材质的制备方法，其特征在于：所述添加的低硫增碳剂为石墨电极增碳剂，该石墨电极增碳剂为市售产品，其规格为固定碳量≥95％，硫≤0.08％。

6.根据权利要求2所述的汽车涡轮壳体用的高镍奥氏体球铁材质的制备方法，其特征在于：所述喂丝球化处理时加入高钡孕育剂，该高钡孕育剂加入量为熔炼和精炼物料液重量的0.1至0.5％，球化合金采用无稀土Mg线，Mg线使用量为20至25米。

7.根据权利要求2所述的汽车涡轮壳体用的高镍奥氏体球铁材质的制备方法，其特征在于：所述二次孕育处理时，孕育剂采用中钡孕育剂,加入量为熔炼和精炼物料液重量的0.4至0.6％。

8.根据权利要求6所述的汽车涡轮壳体用的高镍奥氏体球铁材质的制备方法，其特征在于：所述高钡孕育剂是长效孕育剂Ba-13，该长效孕育剂Ba-13为市售产品，其规格为Si＝63至68％，Ba＝12至14％，Ca＝1.4至2.0％，Al＝1.0至1.6％，余量为Fe。

9.根据权利要求7所述的汽车涡轮壳体用的高镍奥氏体球铁材质的制备方法，其特征在于：所述中钡孕育剂是硅钡孕育剂BS-1，该硅钡孕育剂BS-1为市售产品，其规格为Si＝65至70％，Ba＝4至6％，Ca＝0.5至1.0％，Al≤1.5％，余量为Fe。

10.根据权利要求2所述的汽车涡轮壳体用的高镍奥氏体球铁材质的制备方法，其特征在于：所述退火工艺条件为950至960℃温度下保温4至5小时。