CN102717035B - 一种低硅/镁比、低稀土镁球化剂 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种低硅/镁比、低稀土镁球化剂，该球化剂由以下组分按质量百分比组成：Mg5％－10％、Si20％－30％、Ca≤2％、Al≤0.5％、Bi≤0.2％、Ba≤0.1％、Zr≤0.1％，Ce<0.1％和La<0.1％，其余为Fe。本发明的球化剂在保障铁液平稳球化的前提下，通过大幅度降低球化剂中的硅含量和稀土含量，既可放宽对原铁液硅含量的控制范围，又可为强化孕育处理创造有利的工艺条件，还可有效地消除薄壁件碳化物和厚壁件碎块状石墨，球化效果优良，特别适合于高品质高韧性球墨铸铁铸件和高镍奥氏体球墨铸铁铸件的生产。

Description

一种低硅/镁比、低稀土镁球化剂
技术领域
本发明属于材料加工技术领域，涉及一种适于高韧性球墨铸铁和高镍球铁生产的低稀土镁球化剂，特别涉及一种适于高韧性球墨铸铁和高镍球铁生产的低Si/Mg比、低稀土镁球化剂。
背景技术
球化处理工艺是生产球墨铸铁铸件的关键技术环节。迄今为止，稀土镁球化剂在各种牌号球墨铸铁生产中发挥着不可替代的作用。但目前使用的球化剂，无论Mg含量高低与否，其中的Si含量均高达40%－46%。高的含硅量使铁液球化过程增硅量较大，平均增硅量高达0.6%。这不仅给后续的孕育过程带来压力，不利于强化孕育工艺的实施，而且难于实现对高韧性球墨铸铁和高镍球铁基体组织和碳化物的有效控制。长期以来，为了迎合球化剂的高硅含量，生产中常通过熔炼高碳、低硅的原铁液进行球化处理予以弥补。实际上，根据相变热力学规律，理想状态下球化剂中镁仅以Mg2Si的形式存在，加入Si的目的仅在于与Mg结合使之稳定存在于合金之中。在平衡条件下，Si与Mg的质量百分比为0.6:1。而在现有球化剂中，Si与Mg的质量比(WSi/WMg)高达(10－15)：1，Si含量总体偏高，而且稀土RE含量较高，大于0.3%，不仅不利于炉前控制，而且厚大断面球铁和高镍球铁易产生碎块状石墨，并使薄壁件白口倾向增大。因此，亟待开发一种低Si/Mg比低稀土镁球化剂以满足高韧性球铁铸件和高镍球铁铸件的生产需求。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，本发明的目的在于提供一种低硅/镁比、低稀土镁球化剂，适用于高韧性球墨铸铁和高镍球铁生产，在保障铁液球化处理的情况下，最大限度地发挥孕育剂的孕育作用，实现多样化、宽范围孕育和瞬时孕育，有效地减少和消除自由渗碳体和莱氏体，细化石墨球和增加球数，防止厚壁件产生碎块状石墨，从而获得高质量、高韧性的球墨铸铁和高镍球铁铸件。
本发明所采用的技术方案，一种低硅/镁比、低稀土镁球化剂，该球化剂由以下组分按质量百分比组成：Mg5％－10％、Si20％－30％、Ca≤2％、Al≤0.5％、Bi≤0.2％、Ba≤0.1％、Zr≤0.1％，Ce<0.1％和La<0.1％，其余为Fe。
本发明的有益效果是：
（1）铁液球化过程增硅量较低，有利于实现多样化、宽范围孕育处理；
（2）有利于消除薄壁件碳化物和厚壁件碎块状石墨，改善和提高球铁件力学性能；
（3）有利于适当提高原铁液含硅量，对原生铁的选择范围放宽；
（4）球化剂含硅量的减少，生产成本降低。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种低Si/Mg比、低稀土镁球化剂，用于高韧性球铁和高镍球铁的生产，该球化剂由以下组分按质量百分比组成：Mg5％－10％、Si20％－30％、Ca≤2％、Al≤0.5％、Bi≤0.2％、Ba≤0.1％、Zr≤0.1％，Ce<0.1％和La<0.1％，其余为Fe。
在本发明的上述球化剂成份中，对各化学元素的组成及含量限定理由分别叙述如下：
为了保障对铁液进行球化处理和满足不同数量铁液的球化需求，镁元素在球化剂中的含量控制在5％－10％范围；为了增强孕育剂中的硅元素对铁液的孕育效果，降低了球化剂中的硅含量，在20％－30％范围，从而使硅和镁的质量比由通常的（10－15）：1降低到（2－6）：1。为了改善石墨的形核能力、促进石墨化并净化铁液，还添加了Ca、Al、Bi、Ba、Zr、Ce和La元素。其中，Ca元素不仅是强的脱氧脱硫元素，还具有辅助球化的作用；Al元素除脱氧之外，还是强的石墨化元素；微量Bi、Ba、Zr元素促进石墨球形核，增加石墨球数；尽管RE元素如Ce和La具有净化铁液和中和有害元素的作用，但是为了降低铁液的白口倾向，减少和消除碳化物及碎块状石墨，其加入量宜控制在较低水平，总量不大于0.2%。
采用感应电炉熔配低杂质含量的低Si/Mg比、低稀土镁合金，在金属型中浇注成低Si/Mg比低稀土镁合金锭。待合金锭冷却凝固至室温后，经机械破碎、筛选成不同块度的球化剂备用。
以下实施例中，利用本发明的低Si/Mg比低稀土球化剂，采用包底坑冲入法球化并辅以型内孕育工艺来获得QT400－18铁素体球铁和D－5S高镍奥氏体球铁。球化剂加入量按质量百分比控制在1.2%－3.0%范围。球化剂的化学成分见表1。QT400－18球铁原铁液的球化温度为1500－1530℃，D－5S高镍奥氏体球铁原铁液的球化温度为1540－1580℃。球化剂加入量及合金化学成分列入表2，对应的球铁合金微观组织及力学性能分别列入表3和表4。
表1 本发明的球化剂化学成分（质量百分数，%）
Figure BDA00001866068400031
Figure BDA00001866068400041
表2本发明的实施例球化剂加入量及合金化学成分（质量百分数，%）
表3本发明的实施例金相组织
Figure BDA00001866068400043
表4本发明的实施例球墨铸铁的合金性能
Figure BDA00001866068400044
可以看出，采用本发明的低Si/Mg比低稀土球化剂所获得的两种牌号的球墨铸铁均达到对应材质的组织和性能要求。
现有球化剂的化学成分普遍沿袭了传统球化剂中硅含量在40%－45%的含量范围且稀土含量偏高，球化过程铁液增硅严重，给后续的孕育处理造成较大的压力，使孕育处理的灵活性和孕育剂的加入量范围受到限制。而本发明低Si/Mg比、低稀土镁球化剂，在保障铁液平稳球化的前提下，通过大幅度降低球化剂中的硅含量和稀土含量，既可放宽对原铁液硅含量的控制范围，又可为强化孕育处理创造有利的成分条件，还可有效地消除薄壁件碳化物和厚壁件碎块状石墨，有利于获得高品质高韧性球墨铸铁和高镍奥氏体球墨铸铁铸件。因此，低Si/Mg比、低稀土球化剂在成分设计与控制方面与现有球化剂存在本质的区别。

Claims (1)

1.一种低硅/镁比、低稀土镁球化剂，其特征在于：该球化剂由以下组分按质量百分比组成：7％≤Mg≤9％、23％≤Si≤28％、0.5％≤Ca≤1.8％、0.3％≤Al≤0.5％、0.03％≤Bi≤0.1％、0.02％≤Ba≤0.07％、0.02％≤Zr≤0.06％，0.01％≤Ce≤0.05％和0.01％≤La≤0.09％，其余为Fe。
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