CN102392094A - 球墨铸铁用球化剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种球墨铸铁用球化剂，属于铸铁冶金技术领域，其解决了现有技术中球化剂球化效果差、得到的球墨铸铁机械性能不能满足要求的缺点。本发明球墨铸铁用球化剂的质量百分比为：Y：2％-7％，Mg：7％-9％，Si：37％-44％，Ca：2％-3％，Sb：0.3％-0.4％，Mn：0.1％-0.4％，Al：0.2％-0.5％，Ti：0.2％-0.5％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。本发明还公开一种上述球墨铸铁用球化剂的制备方法。本发明球化剂球化效果良好，球化后得到的球墨铸铁具有高韧性、铁素体量和球化率均很高，特别适合各类高强度、高冲击功机器模具的铸件。

Description

球墨铸铁用球化剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及球墨铸铁生产技术领域，尤其涉及一种球墨铸铁用球化剂及其制备方法。

背景技术

球墨铸铁是通过球化和孕育处理得到球状石墨，其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。球墨铸铁是20世纪五十年代发展起来的一种高强度铸铁材料，其综合性能接近于钢，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。

球化即指铸铁中的石墨在加入的球化剂的影响下成为石墨结晶的过程。常规的球墨铸铁铸造过程中，通常仅加入一种球化剂以对其进行球化，但是一种球化剂由于质量和成分的限制总是存在诸多缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述不足，提出一种球墨铸铁用球化剂。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是提出一种球磨铸铁用球化剂，其质量百分比为：Y：2％-7％，Mg：7％-9％，Si：37％-44％，Ca：2％-3％，Sb：0.3％-0.4％，Mn：0.1％-0.4％，Al：0.2％-0.5％，Ti：0.2％-0.5％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。

进一步地，该球墨铸铁用球化剂质量百分比为：Y：2％，Mg：7％，Si：37％，Ca：2％，Sb：0.3％，Mn：0.1％，Al：0.2％，Ti：0.2％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。

进一步地，该球墨铸铁用球化剂质量百分比为：Y：5％，Mg：8％，Si：43％，Ca：2.5％，Sb：0.35％，Mn：0.2％，Al：0.3％，Ti：0.3％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。

进一步地，该球墨铸铁用球化剂质量百分比为：Y：7％，Mg：9％，Si：44％，Ca：3％，Sb：0.4％，Mn：0.4％，Al：0.5％，Ti：0.5％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。

本发明还提供一种上述球墨铸铁用球化剂的制备方法：其包括步骤：

S1：按上述球化剂质量百分比配比原料，其中，Mg元素选自纯镁锭，Si元素和其他元素选自硅铁、铁末以及稀土硅铁合金；

S2：将中频感应电炉加热至850℃-900℃后，首先加入硅铁，其次加入镁锭，最后加入硅铁、铁末以及稀土硅铁合金的粉末混合物；

S3：将中频感应电炉功率调至170-180KW，待镁锭完全融化后，将中频感应电炉功率调至160KW，然后利用φ18-φ22的圆钢或螺纹钢制成的插杆每隔4分钟插钎一次直至原料全部熔化；

S4：原料全部熔化后搅拌均匀，浇注冷却后即得到球化剂。

本发明球化剂球化效果良好，球化后得到的球墨铸铁具有高韧性、铁素体量和球化率均很高，特别适合各类高强度、高冲击功机器模具的铸件。

具体实施方式

至今发现的球化元素有多种，例如：Ce、Mg、Ca、Y、Na、Bi、Tn等，但是这些元素中很多只能在纯净铁水中才表现出球化能力，而真正有工业价值的仅仅有Mg、Ca、Y等。

其中Mg是最强的球化剂，其能使亚共晶、共晶和过共晶成分的铁水中的石墨球化并具有良好的脱硫吸氧能力。但是仅仅用纯镁作为球化剂时，其又存在如下缺点：(1)Mg的沸点低于铁水温度，Mg直接加入铁水中有剧烈的沸腾，操作不安全且铁水对Mg的吸收率低、球化不稳定；(2)纯Mg处理的铁水凝固时体积收缩大，铸件内部形成的缩孔较难彻底清除；(3)当有微量反球化元素时就很难使得石墨球化。

稀土金属元素作为球化剂具有沸点高、能抑制反球化元素干扰作用的优点；但是稀土合金元素单独作为球化剂时又具有如下缺点：(1)只能球化过晶成分铁水；(2)球化石墨不太圆整；(3)稀土有加剧石墨漂浮和球化衰退的作用，稀土残留量＜0.5％时，石墨形状就明显恶化(粗大、形状变坏)，使球铁的冲击韧性降得很低。

因此需要合理配置Mg元素和稀土元素成分比例，并添加Si元素使得镁合金熔点增高，当在熔炼中间合金和球化处理时，镁不易烧损；添加Mn、Ti、Al等元素增大合金的比重，防止球化剂浮到铁水表面被烧掉，有利球化；添加Sb元素强烈促进珠光体形成，细化石墨球。

本发明第一球化剂的质量百分比为：Re：2％-4％，Mg：7％-9％，Si：37％-44％，Ca：1.5％-3％，Mn：0.1％-0.4％，Al：0.12％-0.5％，Ti：0.1％-0.5％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。

本发明第二球化剂的质量百分比的第一较佳实施例为：Y：2％，Mg：7％，Si：37％，Ca：2％，Sb：0.3％，Mn：0.1％，Al：0.2％，Ti：0.2％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。

本发明第二球化剂的质量百分比的第二较佳实施例为：Y：5％，Mg：8％，Si：43％，Ca：2.5％，Sb：0.35％，Mn：0.2％，Al：0.3％，Ti：0.3％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。

本发明第二球化剂的质量百分比的第三较佳实施例为：Y：7％，Mg：9％，Si：44％，Ca：3％，Sb：0.4％，Mn：0.4％，Al：0.5％，Ti：0.5％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。

上述第二球化剂由如下制备方法制得：

(1)按上述第二球化剂质量百分比配比原料，其中，Mg元素选自纯镁锭，Si元素和其他元素选自硅铁、铁末以及稀土硅铁合金；

(2)将中频感应电炉加热至850℃-900℃后，首先加入硅铁，其次加入镁锭，最后加入硅铁、铁末以及稀土硅铁合金的粉末混合物；

(3)将中频感应电炉功率调至170-180KW，待镁锭完全融化后，将中频感应电炉功率调至160KW，然后利用φ18-φ22的圆钢或螺纹钢制成的插杆每隔4分钟插钎一次直至原料全部熔化；不断插钎是因为镁的熔点低，镁熔化后会产生大量气体，需要及时插钎排出气体防止熔化的镁液外喷。

(4)原料全部熔化后搅拌均匀，浇注冷却后即得到第二球化剂。

上述第一球化剂制备方法与第二球化剂大致相同，不同点仅在于需要按照不同的质量百分比称取原料。

本发明的两种球化剂是通过如下方式对铁液球化处理以改善铁液机械性能：

(1)将制备得第一球化剂与第二球化剂均粉碎为10-30毫米粒度的粉末，而后在300℃至500℃的温度下烘干第一球化剂和第二球化剂；

(2)按出炉铁液质量的1.9％-2.0％称取第一球化剂和第二球化剂，优选地，第一球化剂和第二球化剂总质量为出炉铁液质量的2.0％，其中第一球化剂占球化剂总质量的60％，第二球化剂占球化剂总质量的40％；将第一球化剂和第二球化剂放入球化包边侧，其中，第二球化剂在下，第一球化剂在上；并在第一球化剂上覆盖相当于铁液质量0.24％-0.32％的75硅铁孕育剂；

(3)将铁水包中铁液出炉温度保持在1450℃-1500℃，铁液质量百分比为：C：3.6％，Si：1.8％，Mn：0.1％，P：0.045％，S：0.01％，Re：0.018％，Mg：0.05％，余量为Fe以及不可避免的微量元素；铁液进入球化包后，第一球化剂和第二球化剂共同对铁液球化处理，孕育剂对铁液进行第一次孕育处理；待铁水包中铁液高度出至铁水包2/3高度时在出铁槽中均匀撒入0.36％-0.48％铁液质量的75硅铁孕育剂，以在铁液进入出铁槽后进行第二次孕育处理；

(4)浇注后得到球墨铸铁。

根据三个较佳实施例不同质量百分比的第一球化剂和第二球化剂分别球化处理得到球墨铸铁后，测试其机械性能和金相，得到如下测试结果：

通过上述测试结果可知，本发明利用两种球化剂不同的质量以及不同的成分使得球墨铸铁的球化效果提高，球墨铸铁具有高韧性，铁素体量和球化率均很高，特别适合各类高强度、高冲击功机器模具的铸件，例如注塑机铸件。

本发明用到的主要化学元素符号及名称解释如下：C：碳，Si：硅，Mn：锰，P：磷，S：硫，Al：铝，Fe：铁，Ti：铊，Sb：锑，Mg：镁；Re：全称为Rare Earth，指稀土元素，稀土元素即为元素周期表中镧系元素以及与镧系元素密切相关的钪(Sc)元素与钇(Y)元素。

Claims (5)

1.一种球墨铸铁用球化剂，其特征在于，所述球墨铸铁用球化剂的质量百分比为：Y：2％-7％，Mg：7％-9％，Si：37％-44％，Ca：2％-3％，Sb：0.3％-0.4％，Mn：0.1％-0.4％，Al：0.2％-0.5％，Ti：0.2％-0.5％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。

2.根据权利要求1所述的球墨铸铁用球化剂，其特征在于，所述球墨铸铁用球化剂质量百分比为：Y：2％，Mg：7％，Si：37％，Ca：2％，Sb：0.3％，Mn：0.1％，Al：0.2％，Ti：0.2％，余量为Fe以及不可避免的杂质。

3.根据权利要求1所述的球墨铸铁用球化剂，其特征在于，所述球墨铸铁用球化剂的质量百分比为：Y：5％，Mg：8％，Si：43％，Ca：2.5％，Sb：0.35％，Mn：0.2％，Al：0.3％，Ti：0.3％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。

4.根据权利要求1所述的球墨铸铁用球化剂，其特征在于，所述球墨铸铁用球化剂的质量百分比为：Y：7％，Mg：9％，Si：44％，Ca：3％，Sb：0.4％，Mn：0.4％，Al：0.5％，Ti：0.5％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。

5.一种制备权利要求1至4任一项所述球墨铸铁用球化剂的制备方法，其特征在于：包括步骤：

S1：按权利要求1至4任一项所述球墨铸铁用球化剂质量百分比配比原料，其中，Mg元素选自纯镁锭，Si元素和其他元素选自硅铁、铁末以及稀土硅铁合金；

S2：将中频感应电炉加热至850℃-900℃后，首先加入硅铁，其次加入镁锭，最后加入硅铁、铁末以及稀土硅铁合金的粉末混合物；

S3：将中频感应电炉功率调至170-180KW，待镁锭完全融化后，将中频感应电炉功率调至160KW，然后利用φ18-φ22的圆钢或螺纹钢制成的插杆每隔4分钟插钎一次直至原料全部熔化；

S4：原料全部熔化后搅拌均匀，浇注冷却。