用於生產d型石墨鑄鐵的複合孕育劑及其製備方法
2023-07-30 20:37:46 1
專利名稱：用於生產d型石墨鑄鐵的複合孕育劑及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種鑄鐵用的孕育劑，尤其是一種用於生產D型石墨鑄鐵的復 合孕育劑及其製備方法。
背景技術：
普通灰鑄鐵中的碳一般以片狀石墨形式存在。根據其形態不同將片狀石墨 分為A、 B、 C、 D、 E、 F等類型。傳統的觀點認為，A型石墨分布均勻，無方向 性，對基體的割裂作用較小，使鑄鐵具有較高的強度；D型石墨是在奧氏體枝 晶間呈無方向性分布的點狀或小片狀石墨，是一種有害組織，會降低鑄鐵的強 度。但近年來的大量研究表明，D型石墨鑄鐵比A型石墨鑄鐵的強度更高、更 緻密、尺寸穩定性更好、更耐熱疲勞、機械加工的表面質量更高。
D型石墨是一定化學成分的鐵液在較大過冷度條件下結晶得到的。目前生 產D型石墨鑄鐵的方法主要有 一是通過採用金屬型或連續鑄造的方法生產。 適合於結構簡單的中小件或型材。二是採用向鐵液中加入一定量的能夠實現成 分過冷的合金元素的方法生產。適合於大部分鑄件的生產。但具體哪些合金元 素對鑄鐵具有過冷作用，以及加入量、加入方式等問題，研究成果不少，也有 的開發出了中間合金作為孕育劑，而目前投放市場形成商品的卻報導不多。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種用於生產D型石墨鑄鐵的複合孕育劑。
為解決上述技術問題，本發明中成分的重量百分含量為鎂1.0 4.0%、 稀土4.0 8. 0%、鈦4. 0 9. 0%、鋁1.5 3. 0%、銻O. 5 2.0%、 2. 0 5.0%、鋇1.0 4.0%、矽35 50%及餘量鐵。
本發明優選的成分重量百分含量為鎂2.0%、稀土6.0%、鈦7.0%、鋁 2.0%、銻1.0%、 1^3.0%、鋇3.0%、矽40%，餘量為鐵。
本發明最好採用下述重量百分含量的原材料製備純鎂錠1.25 5.0%， 重量百分含量為稀土30%、矽55%、餘量為鐵的稀土矽鐵合金13.5 26.6%， 重量百分含量為鈦30%、鋁5%、矽5%、餘量為鐵的鈦鐵13.5 30.0%，純 鋁錠0 2. 3%，純銻錠O. 5 2.0%，重量百分含量為轉30%、矽55%、餘量為鐵的矽鈣合金6.7 16.5%，重量百分含量為鋇30%、矽55%、餘量為鐵的 矽鋇合金3.5 13.5%，重量百分含量為矽75%、餘為鐵的矽鐵0 48%，餘 量為廢鋼。
本發明還提供了用於生產D型石墨鑄鐵的複合孕育劑的製備方法，該方法 採用下述工藝步驟將重量百分含量的原材料純鎂錠1.25 5.0%，重量百分 含量為稀土30%、矽55%、餘量為鐵的稀土矽鐵合金13.5 26.6%，重量百 分含量為鈦30%、鋁5%、矽5%、餘量為鐵的鈦鐵13.5 30.0%，純鋁錠0 2.3%，純銻錠0.5 2.0%,重量百分含量為鈣30%、矽55%、餘量為鐵的矽 鈣合金6. 7 16.5%，重量百分含量為鋇30%、矽55%、餘量為鐵的矽鋇合金 3.5 13.5%，重量百分含量為矽75%、餘為鐵的矽鐵0 48%,餘量為廢鋼； 按廢鋼、1/2重量的矽鐵、純鎂錠、純鋁錠、純銻錠、稀土矽鐵合金、鈦鐵、 矽鈣合金、矽鋇合金、1/2重量的矽鐵的次序分層裝入感應電爐坩堝中，經熔 化、攪拌、澆鑄、破碎，即可得到本用於生產D型石墨鑄鐵的複合孕育劑。
本發明中的各成分的功用機理為
在一次結晶時，獲得D型石墨鑄鐵的關鍵是形成發達的奧氏體枝晶和有效 抑制石墨的粗片長大。鎂(Mg)、稀土 (RE)強烈抑制石墨析出，擴大初晶奧氏 體生長溫度區域，促進初晶奧氏體的生長。鎂、稀土與鐵液中的硫、氧生成的 硫化物、氧化物，能作為石墨結晶的外來晶核使初晶奧氏體骨架間鐵液中石墨 晶核增多，使共晶後得到的D型石墨增多，尺寸大大減小。
鈦(Ti)是強烈碳化物形成元素，它與碳原子的親和力很強減慢了碳的擴 散速度，從而延遲共晶石墨的析出，使共晶轉變溫度降低。鈦還被吸附在石墨 的周圍抑制了石墨的生長，同時鈦還具有較強的脫氧能力，當鐵液中加入一定 量的鈦後，含氧量明顯降低，這些都有利於D型石墨的形成。
鋁(Al)的脫氧速度快效率高，鋁與鐵液中的氧化合生成大量難溶且彌散 分布的Al203質點。由於A1A和石墨都屬六方晶格，且其晶格常數接近，可以 成為石墨結晶的有效基底，因此有利於生成細小彌散分布的D型石墨。
銻(Sb)屬於強烈碳化物形成元素，鐵液中加入微量的銻，能降低鐵液的 共晶轉變溫度，強烈促進珠光體的形成，並細化珠光體，對提高鑄鐵強度非常 有利。
鈣(Ca)是一種強的石墨化元素，加入適量的鈣可以有效降低鑄鐵的白口傾向。同時鈣還能顯著降低鎂的蒸氣壓，使合金反應平穩，提高鎂的吸收率。
鋇(Ba)不僅可以降低鎂的蒸氣壓，改善工藝條件和勞動條件，還可以使鈣的 作用效果更充分、長效的發揮出來。矽(Si)更是常見的強石墨化促進元素， 具有很好的孕育作用，而且在孕育劑中還有"固鎂"的作用。本發明的多元復 合孕育劑中矽的含量大於35%,在熔煉和孕育處理過程中可以有效避免多元復 合孕育劑中鎂嚴重燒損的情況，降低了孕育劑生產的難度，也使鐵液得孕育處 理過程非常平穩。同時適量的鎂、鋁、銻等還可有效降低多元複合孕育劑的熔 點，改善孕育處理的動力學條件，從而加速多元複合孕育劑的擴散和吸收。
採用上述技術方案所產生的有益效果在於生產HT250以上的高牌號鑄鐵 件時，通常的做法是採用較低的碳當量(小於3.8%)，以減少石墨對基體的不 利影響，強化孕育以防止出現白口組織，而碳當量低的結果是鐵液流動性差， 收縮大，鑄件內應力大等。利用本發明的複合孕育劑對高碳當量(3.9 4.2%) 鐵液進行孕育處理時，所得到的鑄鐵中的石墨即為D型石墨。由於鑄鐵中的石 墨均為D型，鑄件的力學性能較高，抗拉強度達到250Mpa以上，緻密性好。由 於鐵液碳當量高，大大改善了合金的鑄造性能，降低了鑄件的殘餘應力，尺寸 穩定性好，並提高了鑄件的切削加工性能。本發明的複合孕育劑採用包底衝入 法，即將本發明的複合孕育劑放在澆包包底，然後注入鐵液，在鐵液注入的過 程中複合孕育劑不斷被熔化吸收，從而達到滿意的孕育效果，因此方法簡單， 使用方便。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明。 圖1是使用本發明得到的鑄鐵的金相照片。
具體實施例方式
本用於生產D型石墨鑄鐵的複合孕育劑在生產時選用下述重量百分含量的 原材料純鎂錠1.25 5.0%、稀土矽鐵合金(重量百分含量Re 30%、 Si 55 %、餘為Fe) 13. 5 26.6%、鈦鐵(重量百分含量Ti 30%、 Al 5%、 Si 5%、 餘為Fe) 13. 5 30. 0%、純鋁錠(Al) 0 2. 3%、純銻錠(Sb) 0. 5 2. 0%、 矽鈣合金(重量百分含量Ca30X、 Si55%、餘為Fe) 6. 7 16. 5%、矽鋇合 金(重量百分含量Ba30X、 Si55%、餘為Fe) 3.5 13.5%、矽鐵(重量百 分含量Si75X、餘為Fe) 0 48%，餘為廢鋼。其中，純鎂錠的含量按收得率80%計算而得。
本用於生產D型石墨鑄鐵的複合孕育劑的製備方法為
將上述原材料根據配比要求分層裝入感應電爐坩堝中，經熔化、攪拌、澆
鑄、破碎，即可得到本複合孕育劑。其中，分層裝爐的先後次序為廢鋼、矽 鐵、純鎂錠、純鋁錠、純銻錠、稀土矽鐵合金、鈦鐵、矽鈣合金、矽鋇合金、 矽鐵。其中矽鐵分兩次加入，第一次和第二次的加入量各佔一半。 本複合孕育劑可採用常規的使用方法，如包底衝入法等。
實施例1:將準備好的原材料，按照分層裝料的方法將原料裝入感應電爐 的坩堝內，分層裝爐的先後次序和原材料的重量百分含量為廢鋼9.3%、矽
鐵11.2%、純鎂錠2.5%、純鋁錠0.8%、純銻錠1.0%、稀土矽鐵合金20%、 鈦鐵24%、矽鈣合金10%、矽鋇合金10%、矽鐵11.2%。將裝廬後的原材料 進行熔化，攪拌均勻，出爐澆鑄；待凝固冷卻後，破碎成3 8mm的粒度即可得 到本複合孕育劑。破碎成上述粒度的目的是為了便於鐵液吸收。
本實施例得到的複合孕育劑的合金含量為鎂(Mg) 2. 0%，稀土 (RE) 6. 0 %，鈦(Ti) 7.0%,鋁(Al) 2,0%，銻(Sb) 1.0%，牽丐(Ca) 3.0%,鋇(Ba) 3.0%，矽(Si) 40%，餘量為鐵(Fe)。
實施例2:本實施例與實施例1的不同之處在於生產本複合孕育劑時原 材料的裝爐量為廢鋼3.93%、矽鐵15.8%、純鎂錠1.25%，純鋁錠2.32%， 純銻錠0.5%，稀土矽鐵合金26.7%，鈦鐵13. 5%，矽|丐合金16.7%，矽鋇合 金3.5%，矽鐵15.8%。獲得的複合孕育劑的合金含量為鎂(Mg) 1.0%，稀 土 (RE) 8.0%，鈦(Ti) 4.0%，鋁(Al) 3.0%，銻(Sb) 0.5%， f丐(Ca) 5.0%，鋇(Ba) 1.0%,矽(Si) 50%，餘量為鐵(Fe)。
實施例3:本實施例與實施例1的不同之處在於生產本複合孕育劑時原
材料的裝爐量為廢鋼9.3%、矽鐵10.0%、純鎂錠5.0%，純鋁錠0.0%，純 銻錠2.0%，稀土矽鐵合金13.5%,鈦鐵30.0%，矽轉合金6.7%，矽鋇合金 13.5%，矽鐵10.0%。本實施例得到的複合孕育劑的合金含量為鎂(Mg) 4.0 %，稀土 (RE) 4.0%，鈦(Ti) 9.0%，鋁(Al) 1.5%,銻(Sb) 2.0%, l丐 (Ca) 2.0%，鋇(Ba) 4.0%，矽(Si) 35%，餘量為鐵(Fe)。
使用實施例本複合孕育劑在沖天爐-電爐雙聯熔煉條件下，生產康明斯柴
油機缸體的使用情況康明斯柴油機缸體材質為牌號HT250的鑄鐵，要求高緻密性、高熱疲勞性、 低應力以及好的加工性能、表面光潔、尺寸精確等。為保證質量， 一般的做法 是在嚴格控制碳當量在3.8%左右的同時，還要加入一定量的銅、鉬等合金元 素，以及強化孕育和去應力退火等，生產成本較高。
本使用實施例採用較高的碳當量(3.9 4.2%)，具體化學成分為C 3.4 %， Si 2.3°%， Mn0.8%， P0.03%， S0.03%。鐵液出爐溫度為1480°C，採 用包底衝入法孕育處理工藝。本複合孕育劑的加入量為0.5%。待澆包被鐵液 後，再用0. 3%粒度為1 3rnrn的75矽鐵粒撒在鐵液表面上進行浮矽孕育。本 複合孕育劑採用實施例1中成分配比。
生產的康明斯柴油機缸體鑄件，經金相觀察鑄鐵中的石墨均為D型，見圖 1。經性能檢測完全達到了鑄件技術要求。與原工藝相比鑄件成本明顯降低，經 濟效益十分顯著。
權利要求
1、一種用於生產D型石墨鑄鐵的複合孕育劑，其特徵在於其成分的重量百分含量為鎂1.0～4.0％、稀土4.0～8.0％、鈦4.0～9.0％、鋁1.5～3.0％、銻0.5～2.0％、鈣2.0～5.0％、鋇1.0～4.0％、矽35～50％及餘量鐵。
2、 根據權利要求1所述的用於生產D型石墨鑄鐵的複合孕育劑，其特徵在 於所述成分的重量百分含量為鎂2.0%、稀土6.0%、鈦7.0%、鋁2.0%、 銻1.0%、藥3.0%、鋇3.0%、矽40%,餘量為鐵。
3、 根據權利要求1所述的用於生產D型石墨鑄鐵的複合孕育劑，其特徵在 於其採用下述重量百分含量的原材料製備純鎂錠1.25 5.0%，重量百分含 量為稀土30%、矽55%、餘量為鐵的稀土矽鐵合金13.5 26.6%，重量百分 含量為鈦30%、鋁5%、矽5%、餘量為鐵的鈦鐵13.5 30.0%，純鋁錠0 2.3%，純銻錠0.5 2.0%，重量百分含量為鈣30%、矽55%、餘量為鐵的矽 鈣合金6.7 16.5%，重量百分含量為鋇30%、矽55%、餘量為鐵的矽鋇合金 3.5 13.5%，重量百分含量為矽75%、餘為鐵的矽鐵0 48%，餘量為廢鋼。
4、 權利要求1 、 2或3所述的用於生產D型石墨鑄鐵的複合孕育劑的製備 方法，其特徵在於該方法採用下述工藝步驟將重量百分含量的原材料純鎂錠 1.25 5.0%，重量百分含量為稀土30%、矽55%、餘量為鐵的稀土矽鐵合金 13. 5 26. 6%，重量百分含量為鈦30%、鋁5%、矽5%、餘量為鐵的鈦鐵13. 5 30.0%，純鋁錠0 2. 3%，純銻錠O. 5 2.0%，重量百分含量為轉30%、矽 55%、餘量為鐵的矽鈣合金6.7 16.5%，重量百分含量為鋇30%、矽55%、 餘量為鐵的矽鋇合金3. 5 13. 5%，重量百分含量為矽75%、餘為鐵的矽鐵0 48%，餘量為廢鋼；按廢鋼、1/2重量的矽鐵、純鎂錠、純鋁錠、純銻錠、稀 土矽鐵合金、鈦鐵、矽鈣合金、矽鋇合金、1/2重量的矽鐵的次序分層裝入感 應電爐坩堝中，經熔化、攪拌、澆鑄、破碎，即可得到本發明產品。
全文摘要
本發明公開了一種用於生產D型石墨鑄鐵的複合孕育劑，其特徵在於其成分的重量百分含量為鎂1.0～4.0％、稀土4.0～8.0％、鈦4.0～9.0％、鋁1.5～3.0％、銻0.5～2.0％、鈣2.0～5.0％、鋇1.0～4.0％、矽35～50％及餘量鐵。利用本複合孕育劑對高碳當量鐵液進行孕育處理時，所得到的鑄鐵中的石墨即為D型石墨。鑄件的力學性能較高，抗拉強度達到250MPa以上，緻密性好。由於鐵液碳當量高，大大改善了合金的鑄造性能，降低了鑄件的殘餘應力，尺寸穩定性好，並提高了鑄件的切削加工性能。本多元複合孕育劑採用包底衝入法，即將本複合孕育劑放在澆包包底，然後注入鐵液，在鐵液注入的過程中複合孕育劑不斷被熔化吸收，從而達到滿意的孕育效果，因此方法簡單，使用方便。
文檔編號B22D1/00GK101608280SQ20091007489
公開日2009年12月23日 申請日期2009年7月17日 優先權日2009年7月17日
發明者劉瑞玲, 張忠誠, 王忠民 申請人:河北科技大學