CN113881889A - 一种浇注料、制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种浇注料、制备方法及其应用，化学成分质量百分比为：C3.0~3.4%；Si1.5~1.8%；Mn0.3~0.6%；P≤0.04%；S≤0.05%；Mg0.018~0.025%；Re0.01~0.03%，Ti0.1~0.2%，余量为Fe。并且公开了模具的制备方法，该模具材料碳当量低、合金含量少，模具制备方法简单，生产成本低，具有优良的抗裂性能，使用寿命长。
Description
技术领域
本发明涉及一种浇注料，尤其涉及一种抗裂性能好的浇注料及其制备方法。
背景技术
在钢铁冶炼过程中，为了获得钢种的化学成分及性能，需要定时定量的添加铝铁合金进行脱氧，而最为方便快捷的添加方法就是向炼炉内投入合适粒度的合金料块，这种合金料块的生产需专用金属模具浇注成型，通常模具成型的浇注温度在1200℃以上，连续生产并喷水冷却，模具在急冷急热环境下工作，模具易开裂是其失效的主要原因，模具更换会降低生产效率和增加生产成本。现有技术通常采用耐热钢、不锈钢、耐热铸铁等材料作为模具的制备材料，由于其导热性、抗疲劳等性能差，在模具冷热交替过程中极易开裂。
高硅球墨铸铁的耐热性能较好，但该材料的导热性能差，无法满足铝铁合金浇铸过程中模具浇注和喷水时的急冷急热，容易产生裂纹。其他耐热铸铁或耐热蠕墨铸铁，石墨片多而粗大，在冷热交替的情况下，也容易开裂。为了使模具长期使用不易开裂，有些模具采用纯铜制作，价格十分昂贵，因此需要一种价格低廉、性能优良的材料替代纯铜材料。
有鉴于上述现有浇注料存在的缺陷，本发明人基于从事此类材料多年丰富经验及专业知识，配合理论分析，加以研究创新，开发一种新的模具浇注料及其制备方法，主要改善其在反复极冷即热环境下的防裂性能，降低生产成本。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种浇注料，提高所制备的材料的开裂性能。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
本发明提供的一种浇注料，其化学成分质量百分比为：C3.0~3.4%；Si1.5~1.8%；Mn0.3~0.6%；P≤0.04%；S≤0.05%；Mg0.018~0.025%；Re0.01~0.03%，Ti0.1~0.2%，余量为Fe。
作为优选的，其化学成分质量百分比为：C3.0~3.3%；Si1.5~1.7%；Mn0.3~0.5%；P≤0.03%；S≤0.03%；Mg0.018~0.025%；Re0.01~0.03%，Ti0.15~0.20%。
作为优选的，其化学成分质量百分比为：C3.0~3.2%；Si1.5~1.7%；Mn0.3~0.45%；P≤0.28%；S≤0.03%；Mg0.018~0.025%；Re0.01~0.03%，Ti0.15~0.18%，余量为Fe。
本发明的另一个目的是提供一种浇注料的制备方法。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
所述的浇注料的制备方法，包括如下操作步骤：
（1）按质量百分比称取各原材料并进行熔化，所加的原材料为生铁、低碳钢、硅铁、锰铁、钛铁。先加入生铁、低碳钢，完全熔化后加入硅铁和锰铁，升温到1480~1520℃加入钛铁，保温2~3min后出炉；
（2）所述步骤（1）的材料出铁水时在包底加入0.5~0.6%的稀土镁硅合金和0.3~0.5%的硅铁合金进行变质处理，得到目标产物；其中稀土镁硅合金和硅铁合金可以同时加入也可以分开加入，例如先在包底加入0.5~0.6%的稀土镁硅合金，然后在出铁水时加入0.3~0.5%的硅铁合金进行铁水变质处理。
加入的稀土镁合金处理可以得到蠕虫状石墨，大大降低片状石墨尖端效应引起的裂纹源，但不降低材料的导热性能，这样可减少模具急冷急热时产生开裂倾向；加入0.3~0.5%的硅铁合金处理铁液可细化石墨，加入0.1~0.2%Ti可稳定得到蠕虫状石墨，防止石墨形成球状，从而降低了材料的导热性。同时Ti与C反应生成TiC微小颗粒，有效阻止裂纹的扩展；并且模具时效温度控制在500~550℃，保温时间8~10h，充分释放模具内应力，能够有效减少模具的开裂倾向。
本发明的第三个目的是提供浇注料的应用。
本发明的上述技术效果是由以下技术方案实现的：
将浇注料应用于制备合金浇注专用模具。
作为优选的，将浇注料应用于制备急冷急热、冷热交替的环境中使用的模具或者附件，例如在铝铁合金生产线上的使用，用该浇注料制备的模具作为铝铁合金生产用的浇注模，把1200℃铝铁合金金属液浇注到模具中，然后喷水冷却，模具承受温度的急剧变化。
作为优选的，合金浇注专用模具通过如下操作步骤制备：
S1.将所述浇注料浇注成型；
S2.对所述步骤S1浇注成型的模具进行时效处理，得到目标产物。
作为优选的，步骤S1的浇注温度为1360~1400℃。
作为优选的，步骤S2的时效温度为500~550℃。
作为优选的，步骤S2在时效温度下保温8~10h，并炉冷到室温。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、采用本发明的浇注料制备的模具材料的成分简单，不需要添加Cu、Cr、Mo、Ni等常用的合金元素，生产成本低，因为合金元素Cu、Cr、Mo、Ni可以通过增加珠光体量提高材料的强度，但本浇注料的模具基本不受外力作用，不需要高强度，添加上述合金反而增加材料的珠光体含量，珠光体在高温下分解会增加模具的开裂倾向。
2、本发明浇注料中的碳当量、Si含量、Mn含量的成分设计是根据模具的使用特点从不同角度降低模具在使用过程中的失效的可能性。首先，本发明浇注料的成分特点是碳当量较低（CE:3.6~3.8%），尤其是硅含量较低（Si1.5~1.8%），由于较低的碳当量和含硅量，浇注料组织中的石墨细小，对基体的割裂小，不易产生裂纹。而耐高温的模具通常采用碳当量较高（CE:4.3~4.7%）的蠕墨铸铁制备，材料组织中的石墨粗大，会对基体造成严重的割裂，会在急冷急热情况下降低模具的使用寿命。
3、本发明铸铁中采用较低的Mn含量，除上述Cu、Cr、Mo、Ni等合金元素可以增加珠光体量外，Mn元素也可以增加珠光体量，珠光体对模具的寿命不利，主要是珠光体会分解成铁素体和石墨，石墨的形成会导致模具的过早出现裂纹而失效，而较低的Mn含量可减少珠光体量，可有效减少高温环境下珠光体中C元素的石墨化导致的铸件开裂，因此，本发明的浇注料中的Mn含量较普通铸铁低，其含量范围为0.3~0.6%。
4、本发明在上述成分的基础上，对浇注料的石墨形态进行改善，是普通的细片状石墨变化为石墨片尖端钝化的蠕虫状石墨，因为蠕虫状石墨由于没有片状石墨的尖角效应，对浇注料在使用过程中的开裂倾向有很好的抑制。而蠕虫状石墨的形成不但可适当提高材料的强度，还可以进一步降低珠光体含量，这对模具的使用寿命是双重有利。加入适量的Ti（Ti0.1~0.2%）元素可以降低材料的导热性，可以获得稳定的蠕虫状石墨，防止石墨呈片状或球状对模具寿命的不利。Ti元素和C元素可以反应生成细小的TiC球状颗粒，这种细小的颗粒可增强材料的抗裂性，提高模具的使用寿命，因此Ti元素对提高浇注料的使用寿命是双重有利的。
5、相比于使用广泛的耐热性能较好的耐热铸铁、耐热球墨铸铁或蠕墨铸铁，本发明的浇注料采用低碳当量（低硅量）、低Mn含量、蠕虫状石墨、添加Ti元素等多个因素的配合，在最大程度上防止浇注料在使用过程中的过早失效，更好的满足浇铸过程中模具急冷急热的需要，而且生产过程简单、成本低廉。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，对依据本发明提出的浇注料、制备方法及其应用，其具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。
实施例1：
本实施例提供一种合金浇注专用模具材料及其制备方法，其化学成分的质量百分比为：C3.15%；Si1.53%；Mn0.46%；P0.03%；S0.03%；Mg0.022%；Re0.016%，Ti0.18%，余量为Fe。
模具的制备方法包括以下步骤：
（1）按一定质量百分比称取各原材料，先在电炉中加入生铁72%、低碳钢25%，完全熔化后，加入硅铁0.75%、锰铁0.46%，升温到1480~1520℃加入钛铁0.38%，保温2~3min后出炉。
（2）出炉时采用0.55%的稀土镁硅合金和0.3%的硅铁合金进行变质处理，处理后的铁水用砂型浇注成型，浇注温度控制在1360~1400℃。
（3）对模具铸件进行人工时效处理，时效处理温度为500℃，保温时间为8~10h，炉冷到室温。经测试，模具在连续生产使用条件下，仅出现细小裂纹，不影响使用，使用寿命10周以上。
实施例2：
本实施例提供一种合金浇注专用模具材料及其制备方法，其化学成分的质量百分比为：C3.24%；Si1.60%；Mn0.55%；P0.025%；S0.022%；Mg0.020%；Re0.017%，Ti0.14%，余量为Fe。
模具的制备方法包括以下步骤：
（1）按一定质量百分比称取各原材料，先在电炉中加入生铁75%、低碳钢23%、完全熔化后，加入硅铁0.83%、锰铁0.62%，升温到1480~1520℃加入钛铁0.29%，保温2~3min后出炉。
（2）出炉时采用0.55%的稀土镁硅合金和0.3%的硅铁合金进行变质处理，处理后的铁水用砂型浇注成型，浇注温度控制在1360~1400℃。
（3）对模具铸件进行人工时效处理，时效处理温度为500℃，保温时间为8~10h，炉冷到室温。经验证 ，模具在连续生产使用条件下，仅出现细小裂纹，不影响使用，使用寿命10周以上。
实施例3：
本实施例提供一种合金浇注专用模具材料及其制备方法，其化学成分的质量百分比为：C3.25%；Si1.69%；Mn0.38%；P0.024%；S0.026%；Mg0.020%；Re0.016%，Ti0.16%，余量为Fe。
模具的制备方法包括以下步骤：
（1）按一定质量百分比称取各原材料，先在电炉中加入生铁75%、低碳钢22.5%、完全熔化后，加入硅铁0.96%、锰铁0.35%，升温到1480~1520℃加入钛铁0.34%，保温2~3min后出炉。
（2）出炉时采用0.55%的稀土镁硅合金和0.4%的硅铁合金进行变质处理，处理后的铁水用砂型浇注成型，浇注温度控制在1360~1400℃。
（3）对模具铸件进行人工时效处理，时效处理温度为500℃，保温时间为8~10h，炉冷到室温。经验证，模具在连续生产使用条件下，仅出现细小裂纹，不影响使用，使用寿命10周以上。
实施例4：
本实施例提供一种合金浇注专用模具材料及其制备方法，其化学成分的质量百分比为：C3.34%；Si1.75%；Mn0.57%；P0.025%；S0.027%；Mg0.021%；Re0.015%，Ti0.20%，余量为Fe。
模具的制备方法包括以下步骤：
（1）按一定质量百分比称取各原材料，先在电炉中加入生铁77%、低碳钢20%、完全熔化后，加入硅铁1%、锰铁0.68%，升温到1480~1520℃加入钛铁0.42%，保温2~3min后出炉。
（2）出炉时采用0.6%的稀土镁硅合金和0.4%的硅铁合金进行变质处理，处理后的铁水用砂型浇注成型，浇注温度控制在1360~1400℃。
（3）对模具铸件进行人工时效处理，时效处理温度为500℃，保温时间为8~10h，炉冷到室温。经验证，模具在连续生产使用条件下，仅出现细小裂纹，不影响使用，使用寿命10周以上。
实施例5：
本实施例提供一种合金浇注专用模具材料及其制备方法，其化学成分的质量百分比为：C3.35%；Si1.76%；Mn0.57%；P0.023%；S0.026%；Mg0.023%；Re0.016%，Ti0.18%，余量为Fe。
模具的制备方法包括以下步骤：
（1）按一定质量百分比称取各原材料，先在电炉中加入生铁78%、低碳钢20%、完全熔化后，加入硅铁1%、锰铁0.68%，升温到1480~1520℃加入钛铁0.38%，保温2~3min后出炉。
（2）出炉时采用0.6%的稀土镁硅合金和0.5%的硅铁合金进行变质处理，处理后的铁水用砂型浇注成型，浇注温度控制在1360~1400℃。
（3）对模具铸件进行人工时效处理，时效处理温度为500℃，保温时间为8~10h，炉冷到室温。经验证，模具在连续生产使用条件下，仅出现细小裂纹，不影响使用，使用寿命10周以上。
实施例6：
本实施例提供一种合金浇注专用模具材料及其制备方法，其化学成分的质量百分比为：C3.36%；Si1.78%；Mn0.57%；P0.025%；S0.030%；Mg0.025%；Re0.014%，Ti0.16%，余量为Fe。
模具的制备方法包括以下步骤：
（1）按一定质量百分比称取各原材料，先在电炉中加入生铁77%、低碳钢19%、完全熔化后，加入硅铁1%、锰铁0.68%，升温到1480~1520℃加入钛铁0.34%，保温2~3min后出炉。
（2）出炉时采用0.6%的稀土镁硅合金和0.5%的硅铁合金进行变质处理，处理后的铁水用砂型浇注成型，浇注温度控制在1360~1400℃。
（3）对模具铸件进行人工时效处理，时效处理温度为550℃，保温时间为8~10h，炉冷到室温。经验证，模具在连续生产使用条件下，仅出现细小裂纹，不影响使用，使用寿命10周以上。
对比例：
本实施例提供一种模具材料及其制备方法，其化学成分的质量百分比为：C3.70%；Si2.70%；Mn0.85%；Cu0.56%；Mo0.26%；P0.03%；S0.02 %；Mg0.015%；Re0.030%，余量为Fe。
模具的制备方法包括以下步骤：
（1）按一定质量百分比称取各原材料，原材料配比为：生铁86%、低碳钢8.5%、硅铁2.1%、锰铁1.25%、铜0.6%、钼铁0.42%，然后将原材料放入中频感应炉进行熔化，升温到1450~1500℃保温2~3min后出炉。
（2）出炉时采用0.8%的稀土镁蠕化剂和0.8%的硅铁合金进行变质处理，处理后的铁水用砂型浇注成型，浇注温度控制在1360~1400℃。
（3）对模具铸件进行人工时效处理，时效处理温度为500℃，保温时间为8~10h，炉冷到室温。模具在连续生产使用条件下，使用2~3周后模具出现严重裂纹而失效。
通过以上对比例可以看出，采用常规的蠕墨铸铁材料制备模具，其成分特点是高碳含量和高硅含量，另外需要添加合金元素铜和钼，这种材料的耐热腐蚀性较高，但应用在急冷急热环境的模具中，其抗裂性差，使用寿命短；本发明的浇注料通过调配各组分的占比以及元素组成，通过改善浇注料的组织，有效的降低了生产成本，浇注的模具能够较好的适应于急冷急热环境，从而有效的延长了其使用寿命。
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，虽然本发明已以较佳实施例展示如上，但并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，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 (9)
1.一种浇注料，其特征在于：其化学成分质量百分比为：C3.0~3.4%；Si1.5~1.8%；Mn0.3~0.6%；P≤0.04%；S≤0.05%；Mg0.018~0.025%；Re0.01~0.03%，Ti0.1~0.2%，余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的浇注料，其特征在于：其化学成分质量百分比为：C3.0~3.3%；Si1.5~1.7%；Mn0.3~0.5%；P≤0.03%；S≤0.03%；Mg0.018~0.025%；Re0.01~0.03%，Ti0.15~0.20%，余量为Fe。
3.根据权利要求1所述的浇注料，其特征在于：其化学成分质量百分比为：C3.0~3.2%；Si1.5~1.7%；Mn0.3~0.45%；P≤0.28%；S≤0.03%；Mg0.018~0.025%；Re0.01~0.03%，Ti0.15~0.18%，余量为Fe。
4.根据权利要求1所述的浇注料的制备方法，其特征在于：包括如下操作步骤：
（1）按质量百分比称取各原材料，先在电炉中加入生铁、低碳钢，完全熔化后，加入硅铁、锰铁，升温到1480~1520℃加入钛铁，保温2~3min后出炉；
（2）所述步骤（1）的材料出铁水时在包底加入0.5~0.6%的稀土镁硅合金和0.3~0.5%的硅铁合金进行变质处理，得到目标产物。
5.将权利要求1所述的浇注料应用于制备合金浇注专用模具。
6.根据权利要求1或4所述的合金浇注专用模具，其特征在于：通过如下操作步骤制备：
S1.将所述浇注料浇注成型；
S2.对所述步骤S1浇注成型的模具进行时效处理，得到目标产物。
7.根据权利要求6所述的合金浇注专用模具，其特征在于：所述步骤S1的浇注温度为1360~1400℃。
8.根据权利要求6或7所述的合金浇注专用模具，其特征在于：所述步骤S2的时效温度为500~550℃。
9.根据权利要求8所述的合金浇注专用模具，其特征在于：所述步骤S2在时效温度下保温8~10h，并炉冷到室温。
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- 2021-09-08 CN CN202111050997.8A patent/CN113881889A/zh active Pending
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