CN104928563A - 一种抗铝液氧化耐热球墨铸铁及制造方法 - Google Patents

Abstract

一种抗铝液氧化耐热球墨铸铁，包含以下重量百分比的化学成分：C.2.5～3.0，Si.3～5，Mn.0.3～0.5，S＜0.05，P＜0.07，Re.0.02～0.03，Mg.0.05～0.07，Mo.0.3～0.7，Cu.0.2～.4，Al.2.0～4.0，Ni.0.1～0.2，Ti.0.05～0.1，Cd.0.05～0.15，B.0.1～0.3，余为Fe；由于多种合金元素的加入，本发明一是改变了金属氧化膜的结构，改善其致密性；二是产生足够复杂的金属氧化物、金属离子，氧离子难以通过它们进行扩散，氧化膜具有良好的保护作用，从而使材料抗氧化能力显著提升，大大延长了材料的使用寿命。

Description

一种抗铝液氧化耐热球墨铸铁及制造方法

技术领域

本发明属于机械行业铸造加工领域，具体是指一种抗铝液氧化耐热球墨铸铁，还涉及该球墨铸铁的制造方法。

背景技术

不同的铝合金铝液温度有所差别，一般铝液浇注温度在660-760℃之间而熔炼处理温度均在700℃以上，有时甚至会产生过热现象达到800℃以上，所有用来熔化、浇注、盛装、转运、测量铝液的器具，因为其长期浸泡在铝水中，都要求这些零部件不但具备一定的强度，更要具备耐高温的性能。

铝与铁的亲和力，铁在高温铝液中有较大的溶解度，铝液可以吸收的铁量为33.3％，而铁在铝合金中是主要的杂质元素，严重影响铝的质量。一般铝及其铝合金中铁的含量不许超过0.5％。由于在熔炼、浇注过程中许多工具的材质均为铁合金制品。铝液在工艺处理中将铁合金工具中的“铁”元素慢慢吸收了，不但造成铁器使用寿命短，而且严重影响铝件的质量，降低了铝材的品质。

铝液氧化，在熔炼铝及其合金中会产生包括氧化铝在内的大量金属氧化物。此氧化物主要来源以下三个方面：①来源于铝及其铝合金本身；②金属器皿及工具中除铁元素以外其他合金成分；③炉衬材料受到侵蚀，吸收了炉衬材料其他化合物。

高温烧损，用来熔炼铝及其铝合金的使用工具及器皿材料中，有些合金元素很容易烧损。如：材料中的“碳”元素，在长时间高温工作条件下慢慢被烧损造成材料中形成细微的孔洞，从而加速了铝对工具、器皿的腐蚀、降低了使用寿命。目前铸造行业中的压力铸造、低压铸造中专门用于熔铝坩埚、浇勺、料筒、测量器具等浸泡在铝液中的零部件，是该行业工艺装备不可缺少的零部件材料。除铁器以外，暂无其他材料可取代。

发明内容

本发明的目的是提供一种抗铝液氧化耐热球墨铸铁制造方法，解决球墨铸铁遇高温铝液被氧化的技术问题，降低铝与铁的亲和力，从而提高压力铸造、低压铸造中所使用的熔铝坩埚、浇勺、料筒、测量器具的使用寿命。

为了达到上述目的，本发明借鉴国内外铸造领域最新发明专利技术、实行高合金化。抗铝液氧化耐热球墨铸铁，包含以下重量百分比的化学成分：C.2.5～3.0，Si.3～5，Mn.0.3～0.5，S＜0.05，P＜0.07，Re.0.02～0.03，Mg.0.05～0.07，Mo.0.3～0.7，Cu.0.2～.4，Al.2.0～4.0，Ni.0.1～0.2，Ti.0.05～0.1，Cd.0.05～0.15，B.0.1～0.3，余为Fe；在常规耐热球铁和耐热灰铁的基础上增加了Mo、Cu、Ni、Ti、Cd、B六种合金元素。

球墨铸铁的制造方法，操作步骤如下：

1)Si、Mn、Mo、Ti、B以铁合金状态连同金属炉料从后炉加入，随炉熔炼；

2)Al加入方法：待炉内铁水溶化到3/4时，温度在1350℃～1400℃之间时将含铝量99.5％以上的铝锭或纯铝放入浇包中，将炉内铁水慢慢倒入浇包中，浇包中的铝熔化后再倒入炉中继续升温熔炼；或将铝用钟罩压入铁水中升温熔炼；

3)Cd的加入方法：先将镉用未生锈的铁皮包好扎严连同铜、球化剂、孕育剂一并放入浇包中，用铁板覆盖压好，炉内铁水在1450℃～1520℃时，将铁液冲入浇包内；

5)铁水全部处理完毕后，扒去炉渣进行炉前快速检验，检验球化效果和力学性能；

6)因材料流动性较低，铁水浇注时间控制在10分钟内，也可采用将处理好的铁水放入保温炉中保温浇注。

通过理论分析和反复生产实践来优化金属元素配比，在常规耐热球铁和灰铁的基础上增加了Mo、Cu、Ni、Ti、Cd、B六种合金元素，由于镉元素在金属材料中有提高材料韧性的作用，特别是在高温下能防止各金属元素分子间的相互剥离，从而提高材料的热稳定性。将镉与硼复合运用，使得这一特征更加突出。由于多元合金元素的加入，产生的积极效果主要是：1、改变了金属氧化膜的结构，改善其致密性。2、产生足够复杂的金属氧化物、金属离子，氧离子难以通过它们进行扩散，是氧化膜具有良好的保护作用，从而使材料抗氧化能力显著提升，达到延长材料使用寿命之目的。

具体实施方式

操作步骤如下：

1)按各元素重量百分比和各元素烧损量，分别计算出各合金元素的加入量。

2)Si、Mn、Mo、Ti、B，以铁合金状态连同金属炉料从后炉加入，随炉熔炼；

3)Al加入方法：待炉内铁水溶化到3/4时，温度在1350℃～1400℃之间时将铝锭或其他纯铝(含铝量99.5％以上)放入浇包中，将炉内铁水慢慢倒入浇包中，浇包中的铝熔化后再倒入炉中继续升温熔炼。或将铝用钟罩压入铁水中升温熔炼。无论采取哪一种方法，铁水温度都不宜过高，否则回造成铝烧损严重，吸收率低、浪费大。

4)Cu、Cd的加入方法：先将镉用未生锈的铁皮包好扎严连同铜、球化剂、孕育剂一并放入浇包中，用铁板覆盖压好，炉内铁水在1450℃～1520℃左右，将炉内铁水冲入浇包内。

5)铁水全部处理完毕后，扒去炉渣进行炉前快速检验，检验球化效果和力学性能。

6)因为本发明材料流动性较低必须快速高温浇注，铁水浇注时间应控制在10分钟内，也可采用将处理好地铁水放入保温炉中保温浇注。

熔炼该合金材料建议用中频电炉熔炼，炉衬材料采用碱性或中性材料。

应用实例利用本发明高合金材料即抗铝液氧化耐热球墨铸铁生产压铸机机械手的上料勺，用来提取金属铝液进行压铸铝件，比原来用普通耐热铸铁料勺提高使用寿命4倍以上，赢得用户的高度评价。

本发明中合金元素分析和作用，在常规耐热球墨铸铁基础上增加了钼、铜、镍、钛、镉、硼等合金元素，其中，钼、铜、镍、钛元素起到作用是：1、提高材料高温力学性能、热稳定性，使材料组织致密，材料内部细微孔洞少。2、由于加入了上述元素，在材料中产生多元合金氧化物，即金属氧化物，从而形成氧化膜。由于复杂氧化膜给铁元素形成保护，减少了铁与铝的亲和能力。3、高温下工作的材料，其尺寸发生不可逆膨胀现象。由于材料高温条件下会生长，降低或失去其强度。添加上述元素后可以减缓材料在高温下的生长速度。

关于耐热铸件、耐热球铁及其高合金耐热球铁中碳元素的分析。大家清楚地知道，普通耐热铸铁，碳原子在合金中是条状分布，而耐热球铁则是呈球状分布。耐热球铁的耐热性能肯定优于普通耐热铸铁，这是不争的现实。发明人认为要想提高耐热铸造材料的使用寿命，必须控制含碳量，含碳量以2.5～3.0为宜，尽量减少碳原子所占材料中的孔洞。防止高温金属氧化物侵入材料内部的机遇和数量，达到延缓材料退化时间。

Claims (2)

1.一种抗铝液氧化耐热球墨铸铁，其特征在于：包含以下重量百分比的化学成分：C.2.5～3.0，Si.3～5，Mn.0.3～0.5，S＜0.05，P＜0.07，Re.0.02～0.03，Mg.0.05～0.07，Mo.0.3～0.7，Cu.0.2～.4，Al.2.0～4.0，Ni.0.1～0.2，Ti.0.05～0.1，Cd.0.05～0.15，B.0.1～0.3，余为Fe；在常规耐热球铁和耐热灰铁的基础上增加了Mo、Cu、Ni、Ti、Cd、B六种合金元素。

2.权利要求1所述球墨铸铁的制造方法，其特征在于，操作步骤如下：

1)Si、Mn、Mo、Ti、B以铁合金状态连同金属炉料从后炉加入随炉熔炼；

2)Al加入方法：待炉内铁水溶化到3/4时，温度在1350℃～1400℃之间时将含铝量99.5％以上的铝锭或纯铝放入浇包中，将炉内铁水慢慢倒入浇包中，浇包中的铝熔化后再倒入炉中，继续升温熔炼；

3)Cu、Cd的加入方法：先将镉用未生锈的铁皮包好扎严连同球化剂、孕育剂一并放入浇包中，用铁板覆盖压好，炉内铁水在1450℃～1520℃时，将铁液冲入浇包内；

5)铁水全部处理完毕后，扒去炉渣进行炉前快速检验，检验球化效果和力学性能；

6)因材料流动性较低，铁水浇注时间控制在10分钟内；也可采用将处理好的铁水放入保温炉中保温浇注。