CN109811247A - 一种铸铁用含铋孕育剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铸铁用含铋孕育剂及其制备方法，包括重量百分计的硅60‑70％，铋1‑5％，钙1‑3％，铝1‑5％，混合稀土金属元素2‑7％，铁20‑30％。本发明提供铸铁用含铋孕育剂可应用于各种灰铁铸件生产工艺，通过加入铋元素，减少和分解磷共晶，并抑制铸件的反白口作用，孕育后铸件的断面敏感性降低，并改变石墨形态，提高球化率，显著增加铸件基体组织中铁素体含量；通过加入稀土金属元素，起到进化铁水，增加过冷度，促进珠光体形成和细化晶粒的效果；通过控制铝和钙的含量，使得铁水中的铝钙氧化物在合理的含量范围中，防止其对其他元素的孕育干扰，有效提高铸件的机械性能和易加工性能。

Description

一种铸铁用含铋孕育剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种铸铁用含铋孕育剂及其制备方法，属于铸造技术领域。

背景技术

铸铁是含碳大于2.1％的铁碳合金，它是将铸造生铁(部分炼钢生铁)在炉中重新熔化，并加进铁合金、废钢、回炉铁调整成分而得到。与生铁区别是铸铁是二次加工，大都加工成铸铁件。铸铁件具有优良的铸造性可制成复杂零件，一般有良好的切削加工性。另外具有耐磨性和消震性良好，价格低等特点。

目前，提高灰铸铁的性能，常采取下列几种措施：

(1)化学成分的合理选配

灰铸铁的含碳量大多在2.6％～3.6％，含硅量在1.2％～3.0％，碳硅都是强烈地促进石墨化的元素，可用碳当量CE来说明它们对灰铸铁金相组织和力学性能的影响。提高碳当量促使石墨化***，数量增多，强度和硬度下降。降低碳当量可减少石墨数量，细化石墨,增加初析奥氏体枝晶，从而是提高灰铸铁力学性能时常采取的措施。但降低碳当量会导致铸造性能降低,铸件断面敏感性增大，铸件内应力增加,硬度上升加工困难等问题，因此必须辅以其它的措施。

(2)改变炉料组成

灰铸铁的炉料一般由新生铁、废钢、回炉料和铁合金等组成。加入废钢，降低铁液含碳量，可以提高灰铸铁的力学性能，在生不同牌号灰铸铁时将加入不同比例的废钢作为保证材质性能的一个控制指标。近年来由于工业发达国家废钢供应十分充裕，价格也远较新生铁便宜，于是发展了不用新生铁而只用废钢和回炉料，用增碳方法调节碳量的合成铸铁及其冶炼方法。合成铸铁不仅能降低成本，而且在同样的化学成分下能获得更好的力学性能。

(3)、铁液过热处理

温度、化学成分、纯净度是铁液的三项主要冶金指标，而铁液温度的高低又直接影响到成分和纯净度。铁液温度的提高有利于提高流动性、获得健全铸件，降低废品率，而且在一定范围内有利于力学性能的改善。

(4)、铁液孕育处理

孕育处理就是在铁液进入铸件型腔前，把孕育剂附加到铁液中以改变铁液的冶金状态，从而改善铸铁的显微组织和性能，而这些性能的改善并不能由于加入孕育剂后铁液化学成分的变化来解释。随着孕育剂、孕育方法的改进，孕育处理已是现代铸造生产中提高铸铁性能的重要手段。

现有的孕育处理存在如下缺点：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

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种能够防止有效元素偏析，有效发挥铋元素和稀土金属元素孕育作用的铸铁用孕育剂。

为了解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下：

一种铸铁用含铋孕育剂，包括以下重量百分比的组分：

硅60-70％；

铋1-5％；

钙1-3％；

铝1-5％；

混合稀土金属元素2-7％；

铁20-30％。

其中，铋的加入能够降低铸件中的共晶渗碳体，减少和分解磷共晶，并抑制铸件的反白口作用，孕育后铸件的断面敏感性降低。同时，可以改变石墨形态，提高球化率，显著增加铸件基体组织中铁素体含量，从而可取消对铸件的热处理退火工艺，在铸太下即可使铸件达到所需的机械性能。

稀土金属元素能够满足低碳、低硅的铁水孕育条件，并起到进化铁水，增加过冷度，促进珠光体形成和细化晶粒的效果。

通过控制铝和钙的含量，使得铁水中的铝钙氧化物在合理的含量范围中，防止其对其他元素的孕育干扰。

具体地，所述的混合稀土金属元素包括镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽和镝中的任意两种以上的组合。

所述的硅、铁和钙元素来自75B硅铁，其中，硅含量为72-78％，铝含量为1-3％，铁含量为30-35％，钙含量≤1％。

所述的铋元素来自金属铋。

所述的铝元素来自金属铝。

所述的混合稀土金属元素来自混合稀土金属组合物。

本发明还提供上述铸铁用含铋孕育剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)按照比例称取75B硅铁、金属铋、金属铝和稀土金属，并破碎成小块；

(2)将破碎的原料放入中频感应电炉进行熔炼，熔炼温度为1250-1360℃，时间为20～30min，熔炼过程中需要不断的搅拌，使得原料充分的混合；

(3)熔炼结束后，将料浆浇注至充有惰性保护气体的水冷模型中；

(4)铸锭冷却后破碎制粒即得。

有益效果：

本发明提供铸铁用含铋孕育剂可应用于各种灰铁铸件生产工艺，通过加入铋元素，减少和分解磷共晶，并抑制铸件的反白口作用，孕育后铸件的断面敏感性降低，并改变石墨形态，提高球化率，显著增加铸件基体组织中铁素体含量；通过加入稀土金属元素，起到进化铁水，增加过冷度，促进珠光体形成和细化晶粒的效果；通过控制铝和钙的含量，使得铁水中的铝钙氧化物在合理的含量范围中，防止其对其他元素的孕育干扰，有效提高铸件的机械性能和易加工性能。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本发明。

实施例1

该铸铁用含铋孕育剂包括以下重量百分比的组分：

硅64％；

铋4％；

钙1％；

铝2％；

镧3％；

铈2％；

铁24％。

通过将75B硅铁(硅72-78％，铝1-3％，铁30-35％，钙含量≤1％)、金属铋、金属铝、金属镧、金属铈按照比例称取各原料，并破碎成小块；然后放入中频感应电炉进行熔炼，熔炼温度为1250-1360℃，时间为25min，熔炼过程中需要不断的搅拌，使得原料充分的混合；熔炼结束后，将料浆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即得。

实施例2

该铸铁用含铋孕育剂包括以下重量百分比的组分：

硅60％；

铋5％；

钙1％；

铝1％；

镧2％；

铈1％；

铁30％。

通过将75B硅铁(硅72-78％，铝1-3％，铁30-35％，钙含量≤1％)、金属铋、金属铝、金属镧、金属铈按照比例称取各原料，并破碎成小块；然后放入中频感应电炉进行熔炼，熔炼温度为1250-1360℃，时间为20～30min，熔炼过程中需要不断的搅拌，使得原料充分的混合；熔炼结束后，将料浆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即得。

实施例3

该铸铁用含铋孕育剂包括以下重量百分比的组分：

硅70％；

铋4％；

钙1％；

铝2％；

镧2％；

铈1％；

铁20％。

通过将75B硅铁(硅72-78％，铝1-3％，铁30-35％，钙含量≤1％)、金属铋、金属铝、金属镧、金属铈按照比例称取各原料，并破碎成小块；然后放入中频感应电炉进行熔炼，熔炼温度为1250-1360℃，时间为20～30min，熔炼过程中需要不断的搅拌，使得原料充分的混合；熔炼结束后，将料浆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即得。

实施例4

将实施例1～3产品用于铸铁生产中，生产出的铸铁与常规工艺(不加孕育剂)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A型片状石墨，有效提高珠光体含量，增强基体的抗拉强度和硬度，具体参数见表1。

表1

项目	实施例1	实施例2	实施例3	常规工艺
					珠光体含量％	96.8	95.7	95.1	73.4
抗拉强度MPa	312	308	305	241
					硬度HB	234	228	224	164

本发明提供了一种铸铁用含铋孕育剂及其制备方法的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (7)

1.一种铸铁用含铋孕育剂，其特征在于，包括以下重量百分比的组分：

硅60-70％；

铋1-5％；

钙1-3％；

铝1-5％；

混合稀土金属元素2-7％；

铁20-30％。

2.根据权利要求1所述的铸铁用含铋孕育剂，其特征在于，所述的混合稀土金属元素包括镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽和镝中的任意两种以上的组合。

3.根据权利要求1或2所述的铸铁用含铋孕育剂，其特征在于，所述的硅、铁和钙元素来自75B硅铁，其中，硅含量为72-78％，铝含量为1-3％，铁含量为30-35％，钙含量≤1％。

4.根据权利要求1或2所述的铸铁用含铋孕育剂，其特征在于，所述的铋元素来自金属铋。

5.根据权利要求1或2所述的铸铁用含铋孕育剂，其特征在于，所述的铝元素来自金属铝。

6.根据权利要求1或2所述的铸铁用含铋孕育剂，其特征在于，所述的混合稀土金属元素来自混合稀土金属组合物。

7.权利要求1所述的铸铁用含铋孕育剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)按照比例称取75B硅铁、金属铋、金属铝和稀土金属，并破碎成小块；

(2)将破碎的原料放入中频感应电炉进行熔炼，熔炼温度为1250-1360℃，时间为20～30min，熔炼过程中需要不断的搅拌，使得原料充分的混合；

(3)熔炼结束后，将料浆浇注至充有惰性保护气体的水冷模型中；

(4)铸锭冷却后破碎制粒即得。