CN102191423B

CN102191423B - 一种适应于耐磨铁基合金的稀土-合金复合变质剂

Info

Publication number: CN102191423B
Application number: CN 201110100275
Authority: CN
Inventors: 刘华山; 刘坤鹏; 敦小龙
Original assignee: HUNAN CHANGGAO NEW MATERIAL CO Ltd
Current assignee: HUNAN CHANGGAO NEW MATERIAL CO Ltd
Priority date: 2011-04-14
Filing date: 2011-04-14
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2031-04-14
Also published as: CN102191423A

Abstract

本发明涉及高碳钢和铸铁材料中应用的一种添加剂，尤其是适用于耐磨铁基合金铸铁的复合变质剂，属于变质剂技术领域，其由下述组份组成：Si-Ca合金20％～40％，Bi-Sb合金5％～20％，Al-Sn合金1％～15％，余量为混合稀土；该变质剂通过稀土及合金组元，在异质形核、界面元素富集、成分过冷等综合作用下影响铸铁熔体的凝固过程，细化初晶奥氏体及共晶物、并改变耐磨铸铁中的网状碳化物形貌及分布，从而提高铸铁硬度、强度、韧性，提高耐磨铸铁的耐磨性能。

Description

一种适应于耐磨铁基合金的稀土-合金复合变质剂

技术领域

本发明涉及高碳钢和铸铁材料中应用的一种添加剂，尤其是适用于耐磨铁基合金铸铁的变质剂，属于变质剂技术领域。

背景技术

耐磨铸铁良好的耐磨性在很大程度上得益于其组织内高含量、高硬度的碳化物。但这些碳化物往往呈连续的网状结构分布，破坏了韧性较好的基体组织的连续性，使得铸件在经受冲击时，基体对应力集中地缓冲作用减弱，材料变脆，韧性很低，同时连续网状分布的碳化物极易使得耐磨件在使用过程中产生表面剥落，限制了耐磨铸铁的使用。因此，如何改善碳化物形态及分布是大幅度提高铸铁耐磨性和使用性能的关键。

通过变质处理改变铸铁组织形态，特别是改变碳化物的形态和分布，使原来呈网状分布的碳化物变为断续状，呈杆状的碳化物变为团块状或粒状，同时细化组织，可以达到提高材料的综合使用性能的目的。国内外已有研究报道运用高熔点的Nb、V、Ti、Si，以及低熔点的合金元素K、Na或稀土元素等对耐磨合金铸铁进行变质处理，使得组织细化并在一定程度上破坏了连续状的网状碳化物结构，碳化物孤立化，块状化。但Na、K等以盐类形式加入，容易产生气孔，且V、Ti、Nb、B等成本较高，因而在一定程度上限制了其使用范围。

因此，能否设计一种新型的变质剂，以克服上述缺陷，成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明旨在提供一种稀土复合变质剂，通过稀土及其他合金组元，在异质形核、界面元素富集、成分过冷等综合作用下影响铸铁熔体的凝固过程，细化初晶奥氏体及共晶物、并改变耐磨铸铁中的网状碳化物形貌及分布，从而提高铸铁硬度、强度、韧性，提高耐磨铸铁的耐磨性能。其采用的技术方案如下：

该稀土-合金复合变质剂按重量百分比由下述组份组成：Si-Ca合金20％～40％，Bi-Sb合金5％～20％，Al-Sn合金1％～15％，余量为混合稀土。

优选地，所述Si-Ca合金中含Ca的重量百分比为30％。

优选地，所述Bi-Sb合金中含Sb的重量百分比为(5～30)％。

优选地，所述Al-Sn合金中含Sn的重量百分比为(2～10)％。

优选地，所述混合稀土为Ce、La的混合物，其中含La的重量百分比为25％。

优选地，所述Si-Ca合金、Bi-Sb合金、Al-Sn合金、混合稀土均为粒度不大于20mm的块状颗粒。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

在铁液中加入少量该复合变质剂(约为铁水重量的0.5～3％)，可实现净化钢液、去除杂质、细化晶粒、改善碳化物形态和分布状态，使铁合金组织改善，在获得高硬度的同时，提高铸铁件的强度、冲击韧性，从而使铁合金耐磨性提高。

附图说明

图1：本发明实施例1中高镍铬无限冷硬铸铁未加该变质剂的金相图；

图2：本发明实施例1中高镍铬无限冷硬铸铁加变质剂后的金相图；

图3：本发明实施例2中高铬铸铁未加变质剂的金相图；

图4：本发明实施例2中高铬铸铁加变质剂后的金相图；

图5：本发明实施例3中高碳钢未加变质剂的金相图；

图6：本发明实施例3中高碳钢加变质剂后的金相图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

该稀土-合金复合变质剂适应于耐磨铁基合金，尤其是高碳铁基耐磨合金，按重量百分比，由下述组份组成：

Si-Ca合金20％～40％

Bi-Sb合金5％～20％

Al-Sn合金1％～15％，余量为混合稀土。

其中，所述合金优选为低熔点合金。

所述Si-Ca合金中优选含钙(Ca)量为30％(重量百分比)。

所述Bi-Sb合金中优选含Sb量为(5～30)％(重量百分比)。

所述Al-Sn合金中优选含Sn量为(2～10)％(重量百分比)。

所述混合稀土优选为Ce、La的混合物，其中含La量为25％(重量百分比)。

该稀土-合金复合变质剂的制备方法简述如下：

将符合上述含量要求的Si-Ca合金、Bi-Sb合金、Al-Sn合金、混合稀土均破碎至达到一定粒度要求的块状颗粒后，混合均匀。

实施例1：

对成分为C3.2～3.6％，Si0.6～1.0％，Mn0.6～1.0，Ni4.0～4.5％，Cr1.6～2.0，Mo0.2～0.6％的高镍铬无限冷硬铸铁液，应用本复合变质剂进行变质处理，复合变质剂的量(重量百分比)为铁水重量的0.5～3.0％。

图1、图2分别为该成分铸铁未加变质剂和加变质剂后的金相图。比照图1、图2可知，加入了变质剂进行变质处理后，高镍铬钼铸铁的组织明显细化，初晶奥氏体等轴化，组织中的莱氏体形貌明显减少，连续的网状碳化物出现断网并孤立、块状化。

实施例2：

对成分为C2.5～2.9％，Si0.3～0.8％，Mn0.7～1.4，Cr14～20％，Ni1.0～1.5％，Mo0.8～1.5％的高铬铸铁，应用本复合变质剂进行变质处理，复合变质剂的量(重量百分比)为铁水重量的0.5～3.0％。

图3、图4分别为该成分铸铁未加变质剂和加变质剂后的金相图。不难看出：变质处理前，碳化物是以密集交错的菊花状存在，彼此的连续性较强，经过变质处理后，碳化物明显细化及孤立化。

实施例3：

对成分为C1.9％，Cr1.5％，Si0.6％，Mn0.5％的高碳钢，应用本复合变质剂进行变质处理，复合变质剂的量(重量百分比)为铁水重量的0.5～3.0％。

图5、图6分别为该成分高碳钢未加变质剂和加变质剂后的金相图，不难看出：质处理前，粗大的共晶碳化物呈连续网状分布于晶界上，晶粒比较粗大；经过变质处理后，共晶产物变得不连续，而呈块状均匀分布，且晶粒明显细化；同时碳化物形态由粗大板条状向细小板条状、孤立岛状转变，碳化物尺寸变得明显细小。

实验结果表明：本发明的复合变质剂所含有的多种不同的合金元素可在多方面改善高碳铁基合金的组织，提高合金的性能，变质剂中所含的稀土元素可与铁水中的硫、氧形成稀土硫氧化合物，一方面可以净化钢液，减少夹杂，另一方面剩余的硫氧化物因具有较高的熔点且与奥氏体具有较高的点阵匹配度，可以作为初生奥氏体的异质形核点，促进奥氏体的形核与细化；其次，铁水冷却时，稀土及低熔点合金元素在奥氏体枝晶结晶前沿的熔体中富集，造成成分过冷区，有利于奥氏体枝晶的多次分枝及减少奥氏体的枝晶间距；同时作为表面活性元素的稀土可选择吸附在共晶碳化物上，改变碳化物的结晶惯习面，从而有利于碳化物的孤立生长和块状化；第三，凝固前沿富集的稀土与低熔点合金元素Al、Bi、Sb、Sn等可形成较高熔点的金属间化合物，亦可作为异质形核点起到细化晶粒的作用；最后，本变质剂可以降低高碳铁基合金的共晶转变温度，促进离异共晶的增长，使得网状碳化物断网，并且是碳化物块状化与孤立化。

上面以举例方式对本发明进行了说明，但本发明不限于上述具体实施例，凡基于本发明所做的任何改动或变型均属于本发明要求保护的范围。

Claims

1.一种适应于耐磨铁基合金的稀土-合金复合变质剂，其特征在于，按重量百分比，由下述组份组成：Si-Ca合金20％～40％，Bi-Sb合金5％～20％，Al-Sn合金1％～15％，余量为混合稀土，所述Si-Ca合金中含Ca的重量百分比为30％，所述Bi-Sb合金中含Sb的重量百分比为(5～30)％，所述Al-Sn合金中含Sn的重量百分比为(2～10)％，所述混合稀土为Ce、La的混合物，其中含La的重量百分比为25％，所述Si-Ca合金、Bi-Sb合金、Al-Sn合金、混合稀土均为粒度不大于20mm的块状颗粒。