CN102864368B - 一种孕育铸铁及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种孕育铸铁及其制备方法，属于金属材料领域，涉及一种孕育铸铁及其制备方法。孕育铸铁，各成分的重量百分含量如下：C3.3-3.5％，Si1.3-1.5％，Mn1.3-1.6％，P0.03-0.05％，S0.06-0.07％，Cr21-23％，Nd0.25-0.29％，Sn0.25-0.29％，Ti0.25-0.29％，Se0.25-0.29％，其余为Fe。制备方法为：称取各原料，制备合金液，将Nd-Sn-Se-Ti-Zn加入合金液中，铸造成铸锭，加热并保温，空淬，回火后得到孕育铸铁。该孕育铸铁具有良好的综合性能，材料成本低，制备简单。

Description

一种孕育铸铁及其制备方法

技术领域

本发明属于金属材料领域，涉及一种孕育铸铁及其制备方法。

背景技术

在金属材料领域中，铸铁的性能及制备是研究的热点。专利号为200910068334.1、名称为高铬铸铁复合孕育剂及其制备方法的发明专利，公开了一种含铬的铸铁合金，该高铬铸铁复合孕育剂是一种纳米晶的稀土硅铁+硼铁的高铬铸铁复合孕育剂，由Fe-Ce-Si-Ca 中间合金和Fe-B中间合金组成，其重量比为Fe-Ce-Si-Ca中间合金∶Fe-B中间合金＝ 1∶0.07～0.13。该高铬铸铁复合孕育剂的制备方法是：以元素组成为30.7％Fe、30％Ce、37.5％Si和1.8％Ca的商购Fe-Ce-Si-Ca中间合金和元素组成为78.61％ Fe、20.76％B、0.35％Si和杂质(0.108％Al+0.018％P+0.15％ C+0.004％S)的商购Fe-B中间合金为原料，按重量比为Fe-Ce-Si-Ca中间合金∶Fe-B 中间合金＝1∶0.07～0.13混合，放入水冷铜坩埚内，调节电极位置，使之与坩埚内的原料合金颗粒之间的距离为0.5～1.5mm，关闭炉门、进料口、出料口和放气阀，抽真空至高于5× 10^-3Pa后，用氩气洗炉，随后充入氩气至0.04～0.05Pa，起弧后调节弧电流逐步上升 至500～600A，将坩埚内的原料合金熔化，待该合金全部熔化成液态时，倾斜该坩埚得到平均厚度为0.2～ 0.5mm，平均宽度为0.3～0.7mm，平均长度为0.8～1.5mm，晶粒小于100nm的薄片状 的纳米晶的稀土硅铁+硼铁的高铬铸铁复合孕育剂。该方法制备复杂，材料成本高，效果也不好，因此缺乏市场竞争力。

发明内容

本发明的目的就是针对上述技术缺陷，提供一种孕育铸铁，该孕育铸铁具有良好的综合性能，材料成本低。

本发明的另一目的是提供上述孕育铸铁的制备方法，该制备方法工艺简单，生产成本低，操作安全，适于工业化生产。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种孕育铸铁，各成分的重量百分含量如下：C 3.3-3.5％，Si 1.3-1.5％，Mn 1.3-1.6％，P 0.03-0.05％，S 0.06-0.07％，Cr 21-23％，Nd 0.25-0.29％，Sn 0.25-0.29％，Ti 0.25-0.29％，Se 0.25-0.29％，其余为Fe。

一种所述孕育铸铁的制备方法，包括如下步骤：

（1）按照孕育铸铁的成分称取各原料：铬的纯度大于99.5%；Si以75硅铁中间合金的方式加入；Mn以65锰铁中间合金的方式加入；铁以20钢的方式加入；C以含碳99.9%的石墨方式加入；Nd、Sn、Se和Ti以Nd-Sn-Se-Ti-Zn铁合金粉方式加入, 所述Nd-Sn-Se-Ti-Zn铁合金粉的颗粒直径为1-3 mm、成分及含量为Nd 5%、 Sn 5%、 Se 5%、 Ti 5%、 Zn 5%、余为铁；所有百分数均为重量百分数；

（2）先将75硅铁中间合金、65锰铁中间合金、20钢、铬、石墨加入感应炉中熔化形成合金液，熔化温度为1500-1520℃；

（3）将Nd-Sn-Se-Ti-Zn铁合金粉放入堤坝式浇包中的凹坑中，然后覆盖草木灰，将所述合金液浇注浇包，铸造成铸锭；所述浇注温度为1450～1500℃；

（4）将所述铸锭加热至980～1000℃并保温4-6小时，空淬，回火后得到孕育铸铁。

步骤（4）中回火温度为220-240℃。

本发明相比现有技术的有益效果如下：

Nd具有变质作用。变质作用主要表现在：使铸态纯铁的二次枝晶臂间距减小，细化组织；最重要的是，稀土能改变夹杂物的性质、形态和分布，从而提高铸铁的各项性能。Ti在一定含量范围内，能细化晶粒，提高铸件强度和品质系数，略微增加硬度。Nd、Ti结合可改善晶界和抑制局部弱化，影响相变和改善组织，影响杂质元素的溶解度和其它微量元素的交互作用等。

Se具有成核的基地作用，形成高熔点夹杂物作为非自发形核核心，沿晶界富集抑制晶粒长大，细化晶粒；并且能提高铸件硬度。Nd、Ti、Se、Sn结合改善碳化物形态。

Sn在铸铁中是作为有效合金元素添加，和Se一样能够改善碳化物形态。Nd、Ti、Se、Sn结合可大大提高材料的强度和韧性。

Cr是提高淬透性的元素，铬提高合金的高温强度、高温硬度和回火稳定性。同时，铬形成硬化型碳化物，使合金具有高的热强性。C可和Cr形成有效化合物，提高材料的硬度和弹性模量。     Si、Mn固溶于铁基体中能提高材料的强度。

Zn在挥发中将液态合金中的杂质带出合金，起到除杂的作用。

本发明孕育铸铁利用Nd、Ti、Se、Sn的有机结合，细化了基体组织，改善碳化物形态，有效发挥了碳化物增强增硬的作用，使合金的综合力学性能得到改善。

本发明孕育铸铁的制备方法工艺简单，生产成本低，操作安全，适于工业化生产。

四、附图说明

 图1为本发明实施例一制得的孕育铸铁的组织图。由图1可以看到材料组织致密。

五、具体实施方式

 以下各实施例仅用作对本发明的解释说明。 

实施例1

孕育铸铁，各成分的重量百分含量如下C 3.3％、Si 1.3％、Mn 1.3％、 P 0.03％、S 0.06％、Cr 21％、Nd 0.25％、Sn 0.25％、Ti 0.25％、Se 0.25％和其余为Fe。

制备方法如下：

（1）按照孕育铸铁的成分称取各原料，铬的纯度大于99.5%；Si以75硅铁中间合金的方式加入；Mn以65锰铁中间合金的方式加入；铁以20钢的方式加入；C以含碳99.9%的石墨方式加入；Nd、Sn、Se和Ti以Nd-Sn-Se-Ti-Zn铁合金粉方式加入, 所述Nd-Sn-Se-Ti-Zn铁合金粉的颗粒直径为1-3 mm、成分及含量为Nd 5%、 Sn 5%、 Se 5%、 Ti 5%、 Zn 5%、余为铁；所有百分数均为重量百分数。孕育铸铁中的P和S由20钢、75硅铁中间合金和65锰铁中间合金带入。

虽然Nd-Sn-Ti-Se-Zn铁合金粉中含有Zn，但是在高温下，Zn挥发了。

（2）先将75硅铁中间合金、65锰铁中间合金、20钢、铬、石墨加入感应炉中熔化形成合金液，熔化温度为1500℃；

（3）将Nd-Sn-Se-Ti-Zn铁合金粉放入堤坝式浇包中的凹坑中，然后覆盖草木灰，将所述合金液浇注浇包，5分钟后，将浇包中的液体浇入钢制金属型形成铸锭，铸锭形状为直径100-200mm、高度200-400mm的圆柱体；所述浇注温度为1450℃。

（4）将所述铸锭加热至980℃并保温4小时，空淬，回火后得到孕育铸铁。回火温度为220℃。

实施例2

孕育铸铁，各成分的重量百分含量如下C 3.5％、Si 1.5％、Mn 1.6％、 P 0.05％、S 0.07％、Cr 23％、Nd 0.29％、Sn 0.29％、Ti 0.29％、Se 0.29％和其余为Fe。

制备方法如下：

（1）按照孕育铸铁的成分称取各原料，铬的纯度大于99.5%；Si以75硅铁中间合金的方式加入；Mn以65锰铁中间合金的方式加入；铁以20钢的方式加入；C以含碳99.9%的石墨方式加入；Nd、Sn、Se和Ti以Nd-Sn-Se-Ti-Zn铁合金粉方式加入, 所述Nd-Sn-Se-Ti-Zn铁合金粉的颗粒直径为1-3 mm、成分及含量为Nd 5%、 Sn 5%、 Se 5%、 Ti 5%、 Zn 5%、余为铁；所有百分数均为重量百分数。孕育铸铁中的P和S由20钢、75硅铁中间合金和65锰铁中间合金带入。虽然Nd-Sn-Ti-Se-Zn铁合金粉中含有Zn，但是在高温下，Zn会挥发。

（2）先将75硅铁中间合金、65锰铁中间合金、20钢、铬、石墨加入感应炉中熔化形成合金液，熔化温度为1510℃；

（3）将Nd-Sn-Se-Ti-Zn铁合金粉放入堤坝式浇包中的凹坑中，然后覆盖草木灰，将所述合金液浇注浇包，8分钟后，将浇包中的液体浇入钢制金属型形成铸锭，铸锭形状为直径100-200mm、高度200-400mm的圆柱体；所述浇注温度为1475℃。

（4）将所述铸锭加热至990℃并保温5小时，空淬，回火后得到孕育铸铁。回火温度为230℃。

实施例3

孕育铸铁，各成分的重量百分含量如下C 3.4％、Si 1.4％、Mn 1.5％、 P 0.04％、S 0.06％、Cr 22％、Nd 0.27％、Sn 0.27％、Ti 0.27％、Se 0.27％和其余为Fe。

（1）按照孕育铸铁的成分称取各原料，铬的纯度大于99.5%；Si以75硅铁中间合金的方式加入；Mn以65锰铁中间合金的方式加入；铁以20钢的方式加入；C以含碳99.9%的石墨方式加入；Nd、Sn、Se和Ti以Nd-Sn-Se-Ti-Zn铁合金粉方式加入, 所述Nd-Sn-Se-Ti-Zn铁合金粉的颗粒直径为1-3 mm、成分及含量为Nd 5%、 Sn 5%、 Se 5%、 Ti 5%、 Zn 5%、余为铁；所有百分数均为重量百分数。孕育铸铁中的P和S由20钢、75硅铁中间合金和65锰铁中间合金带入。虽然Nd-Sn-Ti-Se-Zn铁合金粉中含有Zn，但是在高温下，Zn会挥发。

（2）先将75硅铁中间合金、65锰铁中间合金、20钢、铬、石墨加入感应炉中熔化形成合金液，熔化温度为1520℃；

（3）将Nd-Sn-Se-Ti-Zn铁合金粉放入堤坝式浇包中的凹坑中，然后覆盖草木灰，将所述合金液浇注浇包，10分钟后，将浇包中的液体浇入钢制金属型形成铸锭，铸锭形状为直径100-200mm、高度200-400mm的圆柱体；所述浇注温度为1500℃。

（4）将所述铸锭加热至990℃并保温5小时，空淬，回火后得到孕育铸铁。回火温度为240℃。

实施例4

孕育铸铁，各成分的重量百分含量如下C 3.0％、Si 1.2％、Mn 1.2％、 P 0.03％、S 0.06％、Cr 20％、Nd 0.20％、Sn 0.20％、Ti 0.20％、Se 0.20％和其余为Fe。

制备方法同实施例1中的方法。

其制备方法同实施例1。

实施例5

孕育铸铁，各成分的重量百分含量如下C 4％、Si 1.6％、Mn 1.7％、 P 0.05％、S 0.07％、Cr 24％、Nd 0.3％、Sn 0.3％、Ti 0.3％、Se 0.3％和其余为Fe。

制备方法同实施例1中的方法。

其中实施例1制备的孕育铸铁的组织图见图1，可以看到材料的组织致密。各实施例制备的孕育铸铁的性能见表1。由表1可见，在本发明配方范围内制备的孕育铸铁，具有较高的抗拉强度、断后伸长率和弹性模量。但是超出本申请配比范围（实施例4和5），会降低孕育铸铁的抗拉强度、断后伸长率和弹性模量。

表1    各材料的性能对比

Claims (2)

1.一种孕育铸铁，各成分的重量百分含量如下：C 3.3-3.5％，Si 1.3-1.5％，Mn 1.3-1.6％，P 0.03-0.05％，S 0.06-0.07％，Cr 21-23％，Nd 0.25-0.29％，Sn 0.25-0.29％，Ti 0.25-0.29％，Se 0.25-0.29％，其余为Fe。

2.一种权利要求1所述孕育铸铁的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）按照孕育铸铁的成分称取各原料：铬的纯度大于99.5%；Si以75硅铁中间合金的方式加入；Mn以65锰铁中间合金的方式加入；铁以20钢的方式加入；C以含碳99.9%的石墨方式加入；Nd、Sn、Se和Ti以Nd-Sn-Se-Ti-Zn铁合金粉方式加入, 所述Nd-Sn-Se-Ti-Zn铁合金粉的颗粒直径为1-3 mm、成分及含量为Nd 5%、 Sn 5%、 Se 5%、 Ti 5%、 Zn 5%、余为铁；所有百分数均为重量百分数；

（2）先将75硅铁中间合金、65锰铁中间合金、20钢、铬、石墨加入感应炉中熔化形成合金液，熔化温度为1500-1520℃；

（3）将Nd-Sn-Se-Ti-Zn铁合金粉放入堤坝式浇包中的凹坑中，然后覆盖草木灰，将所述合金液浇注浇包，铸造成铸锭；所述浇注温度为1450～1500℃；

（4）将所述铸锭加热至980～1000℃并保温4-6小时，空淬，回火后得到孕育铸铁，所述回火温度为220-240℃。

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