CN105220058B

CN105220058B - 一种薄壁急冷件孕育剂的制备方法及其应用

Info

Publication number: CN105220058B
Application number: CN201510731468.2A
Authority: CN
Inventors: 韩岗; 马银强; 林志国
Original assignee: CHENGDU HONGYUAN FOUNDRY MATERIAL Co Ltd
Current assignee: CHENGDU HONGYUAN FOUNDRY MATERIAL Co Ltd
Priority date: 2015-10-30
Filing date: 2015-10-30
Publication date: 2017-04-19
Anticipated expiration: 2035-10-30
Also published as: CN105220058A

Abstract

本发明公开了一种薄壁急冷件孕育剂的制备方法，包括以下步骤：将混合均匀的Si：70～80％，Sr：0.6～1％，Ba：0～3％，Al：0.9～1.4％，Ca：0～0.7％，增碳剂：0.5～1％和余量为Fe以及不可避免的微量元素，经熔炼、搅拌、浇筑、速冷、粉碎，再混合Fe₃O₄粉末，压制成团再粉碎。本发明还公开了该薄壁急冷件孕育剂的应用。采用本发明提供的薄壁急冷件孕育剂，能够改善薄壁急冷件的综合性能，并提高孕育效率。

Description

一种薄壁急冷件孕育剂的制备方法及其应用

技术领域

本发明涉及铸造领域，尤其涉及一种薄壁急冷件孕育剂和制备方法，以及其在铸造领域的应用。

背景技术

孕育剂有可促进石墨化，减少白口倾向，改善石墨形态和分布状况，增加共晶团数量，细化基体组织，使球铁石墨圆整，减少或消除激冷，防止表面游离渗碳体的形成,均匀组织，提高力学性能等优点，其在铸造领域得到了广泛地应用。

随着材料科学和结构工艺学的飞速发展，薄壁零件能够具有高强度、重量轻、高承载性等特点，在汽车、国防、航空航天等工业领域得到了越来越广泛的应用。特别是在要求降低自身重量又不失强度、刚度的航空航天工业中得到很好的应用。目前，薄壁零件正在向极薄化、大尺寸化和复杂化的方向发展。

目前，大多数生产厂家使用薄壁急冷件孕育剂作为孕育剂生产薄壁急冷件，但是这些产品存在孕育时间短、耐磨性差、硬度低，抗拉强度低、断面不均匀，易产生白口等缺点，造成产品不稳定，不能满足一些需要高硬度的机器铸件的要求。

为了改善上述不足，部分厂家开始在硅铁孕育剂中增加其它材料制备复合孕育剂，如铬、铜等，然而，在添加上述材料时，会引入新的问题。如添加铬将增大白口组织形成的几率，进而导致薄壁急冷件硬度下降，添加铜不但在改善薄壁急冷件性能方面得不到很好的效果，反而大大增加了制备孕育剂的成本。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种孕育效果好，孕育后铸件的孕育时间、消除白口能力、断面均匀程度、耐磨性、硬度、抗拉强度低均大幅提高的薄壁急冷件孕育剂的制备方法。

本发明的另一目的在于提供上述薄壁急冷件孕育剂在铸件方面的应用。

为达到上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种薄壁急冷件孕育剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)按重量百分比计70～80％的Si，0.6～1％的Sr，0～3％的Ba，0.9～1.4％的Al，0～0.7％的Ca，0.5～1％的增碳剂以及余量为Fe的原料混合均匀后放入真空电炉中，用氩气置换炉内空气，升温至1300℃至1500℃，熔炼5～10min，熔融的过程中不停搅拌，使原料混合均匀；在容器中浇注，并将容器置于液氮中，使合金原料迅速冷却至室温，形成块体将块体粉碎成平均粒径为50～100μm的合金粉末；

(2)将得到的上述合金粉末以及平均粒径在50～100μm的重量百分比为0.5～1.5％的Fe₃O₄粉末加入到混合容器中，混合均匀后与合金粉末和Fe₃O₄粉末总重量3～5％的硅酸钠溶液一起加入到碾压装置中压制成团，最后粉碎成平均粒径为200～500μm。

进一步，所述增碳剂为铸造用增碳剂，其组分按质量百分比包括：C：99％、S：0.4%、水分：0.2％，粒度为0.2～1mm。

上述薄壁急冷件孕育剂在铸造中的应用：通过三次孕育处理得到薄壁急冷件，；

将相对于铁水质量分数0.1～0.3％的孕育剂均匀分成三份，并分别包入铝箔中，预热至300～400℃；

第一次孕育处理：在容器内加入第一份孕育剂；

第二次孕育处理：当进入容器的铁水高度达到二分之一时，加入第二份孕育剂；

第三次孕育处理：继续浇注铁水，随铁水加入第三份孕育剂，对其进行第三次孕育处理。

进一步，首次向容器中加入铁水到容器中盛满铁水的时间控制在10min之内。

进一步，铁水经过第三次孕育处理后，搅拌均匀，孕育1～2个小时，温度保持在1400～1600℃。

进一步，孕育结束后，在液氮环境下迅速冷却至500～600℃，取出铸件，空冷至室温。

进一步，所述铁水的温度为1600～1800℃。

薄壁急冷件孕育剂在温度较高时，其发挥的效用最大。

本发明提供的上述薄壁急冷件孕育剂技术方案具有以下有益效果：Sr改善铸铁石墨形态，提高断面均匀性，延长孕育衰退时间；Si、Al能防止白口倾向，在减少白口的同时并不显著增加共晶团数，因此可以减少缩孔、缩松倾向，改善铸件致密性和耐水压能力；Ca能造渣净化铁液和构成晶核内物质，Ba具有良好的脱氧作用，与氧生成稳定的化合物，在铁液表面形成“气套”，阻止氧与氮的溶入，具有长效抗衰退的能力；Al、Ca、Ba、Si等协同作用，可以提高薄壁急冷件的力学性能，使其具有良好的抗拉强度和耐磨性；通过添加增碳剂可以使铸件达到较高的抗拉强度；迅速冷却的孕育剂，其晶粒较易细化；细化的孕育剂结构(200～500μm)能够均匀分散在铁水中，增大其余钢水的接触面积，提高孕育效率；用铝箔包裹孕育剂可以使孕育剂分散均匀，预防孕育衰退，铝箔中的Al也能减小白口和针孔形成的可能性；孕育时间过长，会降低形核能力，为防止孕育剂的衰退，孕育的时间应控制在2h之内。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1(制备孕育剂)

按重量百分比计70％的Si，1％的Sr，3％的Ba，1.4％的Al，0.7％的Ca，0.5％的增碳剂和23.4％的Fe以及不可避免的微量元素的原料混合均匀后放入真空电炉中，用氩气置换炉内空气，升温至1300℃，熔炼5min，熔融的过程中不停搅拌，使原料混合均匀；在容器中浇注，并将容器置于液氮中，使合金原料迅速冷却至室温，形成块体，将块体粉碎成平均粒径为50μm的合金粉末；将得到的上述合金粉末以及平均粒径在50μm的重量百分比为1.5％的Fe₃O₄粉末加入到混合容器中，混合均匀后与合金粉末和Fe₃O₄粉末总重量5％的硅酸钠溶液一起加入到碾压装置中压制成团，最后粉碎成平均粒径为200μm。其中，增碳剂的组分包括：C：99％、S：0.4%、水分：0.2％，粒度为0.2～1mm。

实施例2(制备孕育剂)

按重量百分比计80％的Si，0.6％的Sr，0.5％的Ba，0.9％的Al，0.1％的Ca，1％的增碳剂和16.9％的Fe以及不可避免的微量元素的原料混合均匀后放入真空电炉中，用氩气置换炉内空气，升温至1500℃，熔炼10min，熔融的过程中不停搅拌，使原料混合均匀；在容器中浇注，并将容器置于液氮中，使合金原料迅速冷却至室温，形成块体，将块体粉碎成平均粒径为100μm的合金粉末；将得到的上述合金粉末以及平均粒径在100μm的重量百分比为0.5％的Fe₃O₄粉末加入到混合容器中，混合均匀后与合金粉末和Fe₃O₄粉末总重量3％的硅酸钠溶液一起加入到碾压装置中压制成团，最后粉碎成平均粒径为500μm。其中，增碳剂的组分包括：C：99％、S：0.4%、水分：0.2％，粒度为0.2～1mm。

实施例3(制备孕育剂)

按重量百分比计72％的Si，0.9％的Sr，2.5％的Ba，1.1％的Al，0.2％的Ca，0.6％的增碳剂和22.7％的Fe以及不可避免的微量元素的原料混合均匀后放入真空电炉中，用氩气置换炉内空气，升温至1400℃，熔炼6min，熔融的过程中不停搅拌，使原料混合均匀；在容器中浇注，并将容器置于液氮中，使合金原料迅速冷却至室温，形成块体，将块体粉碎成平均粒径为80μm的合金粉末；将得到的上述合金粉末以及平均粒径在80μm的重量百分比为1％的Fe₃O₄粉末加入到混合容器中，混合均匀后与合金粉末和Fe₃O₄粉末总重量3％的硅酸钠溶液一起加入到碾压装置中压制成团，最后粉碎成平均粒径为300μm。其中，增碳剂的组分包括：C：99％、S：0.4%、水分：0.2％，粒度为0.2～1mm。

实施例4(制备孕育剂)

按重量百分比计75％的Si，0.7％的Sr，1％的Ba，1.3％的Al，0.3％的Ca，0.8％的增碳剂和20.9％的Fe以及不可避免的微量元素的原料混合均匀后放入真空电炉中，用氩气置换炉内空气，升温至1400℃，熔炼8min，熔融的过程中不停搅拌，使原料混合均匀；在容器中浇注，并将容器置于液氮中，使合金原料迅速冷却至室温，形成块体，并将块体粉碎成平均粒径为75μm的合金粉末；将得到的上述合金粉末以及平均粒径在75μm的重量百分比为0.5％的Fe₃O₄粉末加入到混合容器中，混合均匀后与合金粉末和Fe₃O₄粉末总重量5％的硅酸钠溶液一起加入到碾压装置中压制成团，最后粉碎成平均粒径为250μm。其中，增碳剂的组分包括：C：99％、S：0.4%、水分：0.2％，粒度为 0.2～1mm。

实施例5(孕育剂的应用)

在薄壁急冷件铸造过程中，将相对于铁水质量分数0.2％的孕育剂均匀分成三份，并分别包入铝箔中，预热至350℃；

先在容器内加入第一份孕育剂，然后注入铁水；当进入容器的铁水高度达到容器的二分之一时，加入第二份孕育剂；继续浇注铁水，随铁水加入第三份孕育剂，对其进行第三次孕育处理。首次向容器中加入铁水到容器中盛满铁水的时间控制在10min之内，铁水的温度为1700℃；

铁水经过第三次孕育处理后，搅拌均匀，孕育1个小时，温度保持在1400℃，孕育结束后，在液氮环境下迅速冷却至500℃，取出铸件，空冷至室温。

实施例6(孕育剂的应用)

在薄壁急冷件铸造过程中，将相对于铁水质量分数0.1％的孕育剂均匀分成三份，并分别包入铝箔中，预热至300℃；

先在容器内加入第一份孕育剂，然后注入铁水；当进入容器的铁水高度达到容器的二分之一时，加入第二份孕育剂；继续浇注铁水，随铁水加入第三份孕育剂，对其进行第三次孕育处理。首次向容器中加入铁水到容器中盛满铁水的时间控制在10min之内，铁水的温度为1600℃；

铁水经过第三次孕育处理后，搅拌均匀，孕育1.5个小时，温度保持在1600℃，孕育结束后，在液氮环境下迅速冷却至600℃，取出铸件，空冷至室温。

实施例7(孕育剂的应用)

在薄壁急冷件铸造过程中，将相对于铁水质量分数0.3％的孕育剂均匀分成三份，并分别包入铝箔中，预热至400℃；

先在容器内加入第一份孕育剂，然后注入铁水；当进入容器的铁水高度达到容器的二分之一时，加入第二份孕育剂；继续浇注铁水，随铁水加入第三份孕育剂，对其进行第三次孕育处理。首次向容器中加入铁水到容器中盛满铁水的时间控制在10min之内，铁水的温度为1800℃；

铁水经过第三次孕育处理后，搅拌均匀，孕育2个小时，温度保持在1500℃，孕育结束后，在液氮环境下迅速冷却至550℃，取出铸件，空冷至室温。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种薄壁急冷件孕育剂在铸铁中的应用，其特征在于，薄壁急冷件孕育剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)按重量百分比计70～80％的Si，0.6～1％的Sr，0～3％的Ba，0.9～1.4％的Al，0～0.7％的Ca，0.5～1％的增碳剂和余量为Fe以及不可避免的微量元素的原料混合均匀后放入真空电炉中，用氩气置换炉内空气，升温至1300℃至1500℃，熔炼5～10min，熔融的过程中不停搅拌，使原料混合均匀；在容器中浇注，并将容器置于液氮中，使合金原料迅速冷却至室温，形成块体，将块体粉碎成平均粒径为50～100μm的合金粉末；

(2)将得到的上述合金粉末以及平均粒径在50～100μm的重量百分比为0.5～1.5％的Fe₃O₄粉末加入到混合容器中，混合均匀后与合金粉末和Fe₃O₄粉末总重量3～5％的硅酸钠溶液一起加入到碾压装置中压制成团，最后粉碎成平均粒径为200～500μm；

通过三次孕育处理得到薄壁急冷件；

第一次孕育处理：在容器内加入第一份孕育剂；

2.根据权利要求1所述的薄壁急冷件孕育剂在铸铁中的应用，其特征在于，所述增碳剂为铸造用增碳剂，其组分按质量百分比包括：C：99％、S：0.4%、水分：0.2％，粒度为0.2～1mm。

3.如权利要求1所述的薄壁急冷件孕育剂在铸铁中的应用，其特征在于：首次向容器中加入铁水到容器中盛满铁水的时间控制在10min之内。

4.根据权利要求1所述的薄壁急冷件孕育剂在铸铁中的应用，其特征在于，铁水经过第三次孕育处理后，搅拌均匀，孕育1～2个小时，温度保持在1400～1600℃。

5.根据权利要求4所述的薄壁急冷件孕育剂在铸铁中的应用，其特征在于，孕育结束后，在液氮环境下迅速冷却至500～600℃，取出铸件，空冷至室温。

6.一种如权利要求1-5任一所述的薄壁急冷件孕育剂在铸铁中的应用，其特征在于，所述铁水的温度为1600～1800℃。