CN108950120A - 一种铸铁用硅-镧-锶孕育剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种铸铁用硅‑镧‑锶孕育剂，所述孕育剂包括以下重量百分比的组分:硅：60‑80％，镧：1.0‑5.0％，锶：0.5‑3.5％，锑：0.2‑1.0％，铜：0.5‑4.0％，铝≤0.3％，钙≤0.1％，余量为铁。本发明易熔解、形渣少，可有效净化铁水，脱氧脱硫效果明显；可促使片状石墨细化，提高铸件基体强度，减少铸件白口倾向，铸件断面均匀性良好，抗衰退能力强；可减少铸铁件的微观疏松缺陷，有效提高铸件的机械性能和易加工性能。

Description

一种铸铁用硅-镧-锶孕育剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种铸造材料及制备方法，特别是铸铁用硅-镧-锶孕育剂及其制备方法。

背景技术

铸铁是碳含量大于2.1％的铁碳合金，灰铸铁是铸铁中的一种，灰铸铁中的石墨为层片状，断口呈暗灰色。灰铸铁的主要成分是铁、碳、硅、锰、硫、磷，灰铸铁成本低廉，铸造性能和使用性能良好，故灰铸铁是现代机器制造业的重要和常用的结构材料，是应用最广的铸铁，其产量占铸铁总产量80％以上。

随着工业技术的发展,对铸铁力学性能的要求愈来愈高，提高铸铁材料力学性能的途径主要有以下几种：改变铸铁的碳当量；孕育处理；热处理；合金化处理。其中孕育处理是一种操作简便、经济有效的方法。孕育处理的作用在于改变铸铁共晶结晶的凝固条件,达到消除白口、促进石墨化、细化晶粒、提高组织均匀性的目的,从而改善铸铁的力学性能和加工性能。孕育处理要有合适的孕育剂,孕育剂对铸铁件的质量、成本，尤其对高档铸铁件的生产有重要作用。硅锶孕育剂有延缓碳和硅扩散、加强硅孕育的作用，因此具有很强的抗孕育衰退和消除铸件白口的能力；硅锶孕育剂还具有一定的形核能力，并且含锶孕育剂的加入不会过分增加组织中的共晶团数，因而可以减少壁厚处形成缩松、缩孔的倾向。稀土硅铁孕育剂能满足低碳、低硅的铁水的孕育要求，并起到净化铁液、增加过冷度、促进珠光体形成和细化晶粒的作用，从而达到提高和稳定铸件力学性能的目的。

专利文件CN98811905公开了一种铸铁孕育剂及铸铁孕育剂的生产方法，该专利中了涉及一种混合孕育剂。所述专利中涉及的孕育剂呈硅铁基合金、金属氧化物和金属硫化物的固体混合物的形态。在实际生产过程中，以上述技术制备的孕育剂产品存有下述缺点：1、机械混合的孕育剂成分不均匀，存在成分偏析，生产出的铸件性能不一致；2、混合孕育剂的实际使用效果往往不如单独使用一种孕育剂的效果明显，不能很好的发挥出孕育剂中锶元素和稀土元素应有的作用；3、较高的钙含量和铝含量对铁水的孕育效果较差，而且钙和铝有强烈的还原作用，与铁水中的硫和氧元素反应形成氧化渣，影响铁水质量。

发明内容

本发明旨在提供一种可有效防止成分偏析、更好地发挥锶元素孕育作用的铸铁用硅-镧-锶孕育剂及其制备方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：

一种铸铁用硅-镧-锶孕育剂，所述孕育剂包括以下重量百分比的组分:硅：60-80％，镧：1.0-5.0％，锶：0.5-3.5％，锑：0.2-1.0％，铜：0.5-4.0％，铝≤0.3％，钙≤0.1％，余量为铁。

上述铸铁用硅-镧-锶孕育剂，所述硅选自硅含量65-99％、铝含量≤0.3％、钙含量≤0.1％的硅铁，镧选自金属镧，锶选自金属锶，锑选自金属锑，铜选自电解铜，铁选自废钢。

一种铸铁用硅-镧-锶孕育剂的制备方法，制备按如下过程进行：

a、按照配比称取各原料，将各原料破碎为小块；

b、将粉碎后的原料混合均匀后放入真空电炉中,用氩气置换炉内空气,升温至1400℃-1500℃，熔炼10-15min,熔炼的过程中不停搅拌,至原料混合均匀；

c、待原料充分熔化后，浇注至充有惰性保护气体的水冷模型中；

d、铸锭冷却后破碎制粒。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、适用性强，可广泛应用于各种灰铁铸件生产工艺；

2、可有效净化铁水，脱氧脱硫效果明显；

3、促使片状石墨细化，提高铸件基体强度，同时能有效中和铅、铋等元素对灰铸铁片状石墨的有害影响；

4、减少铸件白口倾向，铸件断面均匀性良好，抗衰退能力强；

5、当铁液过冷度较大时，具有减少共晶团数目的特殊作用，可减少铸铁件的微观疏松缺陷；

6、有效提高铸件的机械性能和易加工性能；

7、易熔解、形渣少。

具体实施方式

本发明在硅锶孕育剂的基础上添加稀土元素镧，镧元素的加入能满足低碳、低硅的铁水的孕育要求，并起到净化铁液、增加过冷度、促进珠光体形成和细化晶粒的作用，镧还可以促进等轴晶的凝固，抑制枝状晶的生长，这样,有效地延长了铁水内部的补缩通道，降低了缩孔、缩松的倾向，从而达到提高和稳定铸件力学性能的目的。此外，钙和铝元素对锶元素的孕育作用有干扰，并影响铁水质量。鉴于此，本发明选取稀土中的镧元素作为添加元素，并控制铝和钙的含量，由于铝钙是很活泼很常见的元素，矿石原料中均会含有一定量铝和钙。本发明选用低铝低钙的硅铁，这种硅铁在生产过程中通过吹氧的方法将铝钙进行氧化，生成铝钙氧化物矿渣而被除去。通过控制原材料中铝和钙的含量，进而保证硅镧锶孕育剂中的钙铝含量控制在最低值。同时，在孕育剂中加入锑和铜元素，以达到促进珠光体和细化珠光体的作用。其中，锑元素可以很好的促使铸铁形成珠光体，含锑0.05％能使厚度100㎜铸铁块从全部铁素体组织转变为珠光体组织；锑元素可以使铸铁硬度增加很多，试验表明加入锑0.04％，磷共晶周围的珠光体显微硬度提高24％，加入锑0.08％，磷共晶周围的珠光体显微硬度提高47％，因此锑元素的加入大大强化铸铁基体组织，提高铸铁硬度耐磨性。但锑元素的添加量需要控制在一定范围，一方面锑元素超过临界值后铸铁强度下降、脆性增加，另一方面因为金属锑价格较贵，试验表明锑元素的添加量一般控制在0.2-1.0％是合适的。铜元素在铸铁中主要是阻碍共析转变时石墨的析出，即促进珠光体形成，而且对珠光体有固化作用，能有效增加珠光体含量，进一步提高铸件的抗拉强度和耐磨性。较厚铸件加入1％以下的铜，能显著增加铸铁组织中珠光体体积分数。例如当锰的质量分数为0.30-0.50％时，加入0.50-0.70％铜，铸铁基体中珠光体含量可达到70％以上。

本发明所述硅镧锶孕育剂采用冶炼方式生产，相比常规机械混合法生产的孕育剂，可以有效防止成分偏析，物料成分更均匀，可以更有效地发挥锶元素的孕育作用。

以下提供几个具体的实施例。

实施例1：铸铁用硅-镧-锶孕育剂的化学成分重量百分比如下：硅：70％，镧：1.0％，锶：0.5％，锑：0.5％，铜：1.0％，铝：0.3％，钙：0.1％，余量为铁。其中，硅选自硅含量72％、铝含量0.3％、钙含量0.1％的硅铁，镧选自金属镧，锶选自金属锶，锑选自金属锑，铜选自电解铜，铁选自废钢。

按照上述化学成分配比称取各原料，将各原料破碎为小块；将粉碎后的原料混合均匀后放入真空电炉中,用氩气置换炉内空气,升温至1400℃-1500℃，熔炼10-15min,熔炼的过程中不停搅拌,至原料混合均匀；待原料充分熔化后，浇注至充有惰性保护气体的水冷模型中；铸锭冷却后破碎制粒，加工成客户要求的粒度。

实施例2：铸铁用硅-镧-锶孕育剂的化学成分重量百分比如下：硅：60％，镧：2.0％，锶：2.0％，锑：0.2％，铜：0.5％，铝：0.2％，钙：0.1％，余量为铁。其中，硅选自硅含量65％、铝含量0.2％、钙含量0.1％的硅铁，镧选自金属镧，锶选自金属锶，锑选自金属锑，铜选自电解铜，铁选自废钢。

按照上述化学成分配比称取各原料，将各原料破碎为小块；将粉碎后的原料混合均匀后放入真空电炉中,用氩气置换炉内空气,升温至1400℃-1500℃，熔炼10-15min,熔炼的过程中不停搅拌,至原料混合均匀；待原料充分熔化后，浇注至充有惰性保护气体的水冷模型中；铸锭冷却后破碎制粒，加工成客户要求的粒度。

实施例3：铸铁用硅-镧-锶孕育剂的化学成分重量百分比如下：硅：80％，镧：5.0％，锶：3.5％，锑：1.0％，铜：4.0％，铝：0.1％，钙：0.1％，余量为铁。其中，硅选自硅含量99％、铝含量0.1％、钙含量0.1％的工业硅，镧选自金属镧，锶选自金属锶，锑选自金属锑，铜选自电解铜，铁选自废钢。

按照上述化学成分配比称取各原料，将各原料破碎为小块；将粉碎后的原料混合均匀后放入真空电炉中,用氩气置换炉内空气,升温至1400℃-1500℃，熔炼10-15min,熔炼的过程中不停搅拌,至原料混合均匀；待原料充分熔化后，浇注至充有惰性保护气体的水冷模型中；铸锭冷却后破碎制粒，加工成客户要求的粒度。

本发明所述复合孕育剂的使用方法：孕育处理方式采包内冲入法，孕育剂加入量为0.3-0.5％硅镧锶孕育剂(孕育剂粒度均为3-8mm)；随流孕育处理孕育剂加入量为0.2-0.3％(孕育剂粒度0.2-0.7mm)。

将本发明产品用于铸铁生产中，生产出的铸铁与常规工艺生产的铸铁相比，可有效消除铸件微观疏松，消除铸件中的D、E型石墨，金相检测结果中石墨全部呈片状石墨(A型)，珠光体含量由80％提高到95％，基体抗拉强度由250MPa提高到300MPa以上，硬度值均由170HB提高到200-230HB之间，完全满足客户的质量要求。

Claims (3)

1.一种铸铁用硅-镧-锶孕育剂，其特征在于：由以下重量百分比的组分组成:硅：60-80％，镧：1.0-5.0％，锶：0.5-3.5％，锑：0.2-1.0％，铜：0.5-4.0％，铝≤0.3％，钙≤0.1％，余量为铁。

2.根据权利要求1所述的铸铁用硅-镧-锶孕育剂，其特征在于：所述硅选自硅含量65-99％、铝含量≤0.3％、钙含量≤0.1％的硅铁，镧选自金属镧，锶选自金属锶，锑选自金属锑，铜选自电解铜，铁选自废钢。

3.根据权利要求1或2所述的铸铁用硅-镧-锶孕育剂的制备方法，其特征在于，制备按如下过程进行：

a、按照配比称取各原料，将各原料破碎为小块；

b、将粉碎后的原料混合均匀后放入真空电炉中,用氩气置换炉内空气,升温至1400℃-1500℃，熔炼10-15min,熔炼的过程中不停搅拌,至原料混合均匀；

c、待原料充分熔化后，浇注至充有惰性保护气体的水冷模型中；

d、铸锭冷却后破碎制粒。