CN105349873A - 一种球墨铸铁的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种球墨铸铁的制备方法，属于铸铁冶炼技术领域，该制备方法包括将焦炭、石灰石、生铁、回炉钢和废钢熔炼为铁液；将球化剂和孕育剂分别制成超微粉体，并分别用钢板包裹制成球状球化剂和球状孕育剂，在球化包底放入第一层球化孕育剂，在第一层球化孕育剂外包覆第一层覆盖剂，在第一层覆盖剂上方覆盖第二层球化孕育剂，在第二层球化孕育剂外包覆第二层覆盖剂，在第二层覆盖剂的上方覆盖第三层孕育剂，浇入铁液进行球化和孕育处理；然后对铁液进行浇注和热处理即得球墨铸铁。本发明操作方便，效率高，无污染，制得的球墨铸铁变形小，表面强度高，耐磨性好，而心部的韧性好，可用于铸造如传动轴等在工件表面承受着比心部更高应力的零件。

Description

一种球墨铸铁的制备方法

技术领域

本发明属于铸铁冶炼技术领域，涉及一种球墨铸铁的制备方法。

背景技术

球墨铸铁是通过球化和孕育处理得到球状石墨，其综合性能接近于钢，基于其优异的性能，已成功地用于铸造一些受力复杂，强度、韧性、耐磨性要求较高的零件。

为使铸铁中的白墨结晶成球状，在熔炼铁液时需加入球化剂。目前，在工业生产领域，主要的球化剂是Mg、稀土元素和Ca，Mg是球化能力最强的元素，也是应用最广泛的球化剂，但是因为Mg的沸点比铁液温度低得多，单独使用时会猛烈气化，导致Mg的吸收率低，而且生产不安全，恶化环境，RE在铸铁中反应动力学条件不佳，不易均匀分布，所以一般将Mg与RE结合使用，以弥补彼此的缺点。

球化处理的方法很多，如冲入法、盖包法、喂丝法、压力加镁法、转包法、镁焦炭法、型内球化法和密封流动法，前两种方法尤其是冲入法是迄今工业上应用最广泛的球化处理方法。球化处理时，一般是将球化剂装入到球化包底部的一侧，上面覆盖硅铁合金，稍加紧实，然后再覆盖无锈铁屑或草灰、苏打等覆盖剂。铁液温度过高时可盖铁(钢)板，处理时，尽可能地将铁液一次冲入球化包的另一侧，一般先注入铁液总量的2/3或3/4，等反应基本结束后，再补加余量铁液，同时进行随流孕育，然后将渣扒除。该方法球化剂表面覆盖的无锈铁屑或草灰、苏打等覆盖剂容易被熔化，覆盖的铁(钢)板块度大，彼此间有很大的缝隙，铁液透过铁(钢)板之间的缝隙很容易与球化剂反应的起爆时间短，球化剂吸收率低，镁的吸收率一般只有30％-50％。而且球化处理中镁光、烟尘污染较严重。为了减缓铁液和镁之间反应的激烈强度以及减少镁蒸汽的挥发速率，一般采用含镁量较低的合金球化剂，这样一定程度上降低了球化效率。

铁液进行浇注完成后，需辅以正确的热处理，才能保证铸铁的性能和使用寿命。传统工艺常采用盐浴等温淬火来获得强韧性和耐磨性能优良的贝氏体球铁，采用盐浴分级淬火来获得高强度和高耐磨性的马氏体球铁。但是传统的淬火工艺，处理时间较长，工艺和操作复杂，淬火质量难以保证，淬火后工件内应力较大，易发生变形，甚至开裂，需要后续热处理来改善其性能，一般适用于较大的零件，工作环境较差，材料的消耗量较大，零件的使用寿命也较低。往往由于材料的硬度较低，或者不合适的硬度和韧性匹配导致脆性断裂、疲劳断裂、耐磨性差，从而造成很大的损失。传统的等温淬火和分级淬火工艺因内部热应力、组织应力和相变应力的变化导致变形较大，难以压铸尺寸较为精准的铸件。传动轴、传动齿轮等很多零部件在扭转、弯曲等交变载荷下工作，有时表面需要受到摩擦，承受交变或脉动接触应力，有时还承受冲击。这些工件表面承受着比心部更高的应力，要求在工件表面的有限深度范围内有高的强度、硬度和耐磨性，而其心部又有足够的塑性和韧性，以承受一定的冲击功。在这种情况下，仅用普通淬火和回火工艺是无法达到目的。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种球墨铸铁的制备方法，该制备方法操作方便，效率高，无污染，制得的球墨铸铁变形小，表面强度高，耐磨性好，而心部的韧性好，可用于铸造如传动轴、传动齿轮等在工件表面承受着比心部更高应力的零件。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种球墨铸铁的制备方法，所述制备方法包括如下步骤，

熔炼：将质量比为100:30:(60-65):(22-26):(12-15)的焦炭、石灰石、生铁、回炉钢和废钢加入到熔炼炉中熔炼为铁液；

球化孕育处理：先将球化剂和孕育剂分别制成粒径5-30μm的超微粉体，再将超微粉体球化剂和超微粉体孕育剂分别用钢板包裹制成直径9-15mm的球状球化剂和球状孕育剂，然后在球化包底一侧放入第一层球化孕育剂，在第一层球化孕育剂外包覆第一层覆盖剂，在第一层覆盖剂上方覆盖第二层球化孕育剂，在第二层球化孕育剂外包覆第二层覆盖剂，在第二层覆盖剂的上方覆盖第三层孕育剂，从球化包远离球化孕育剂的一侧浇入铁液进行球化和孕育处理；

浇注：球化孕育处理后的铁液经检验合格后浇注为球墨铸铁半成品，若检验不合格，需及时进行调整，控制铁液中C的质量百分比为3.5-3.7％，Si的质量百分比为1.9-2.5％；

热处理：采用表面淬火的方式进行热处理，最后制得本发明球墨铸铁。

本发明采用配伍合理的原料进行铁液的熔炼，可获得元素配比合理，结构较好的铸铁，所采用的原料焦炭、石灰石、生铁、回炉钢和废钢容易获得，并循环使用回炉钢，降低生产成本。在球化孕育处理时对传统冲入法进行了改进，将传统使用的块状球化剂和块状孕育剂制成超微粉体使用，试验表明，使用相同剂量的粉超微粉体球化剂较块状球化剂而言，石墨的球化效果更好，石墨大部分呈球状分布，只有很少量呈团状，石墨球细小均匀，圆整度和分散性有明显改善，从而球墨铸铁的各项力学性能也得到显著提高。但是由于球化剂和孕育剂本身密度较小，制成超微粉体后，反应中更容易上浮，并且粉体球化剂在铁液中更容易剧烈燃烧，为了让粉体球化剂和粉体孕育剂能够在铁液中均匀吸收并减缓溶解速度，采用钢板对粉体球化剂和粉体孕育剂进行包裹制成球状球化剂和球状孕育剂。作为优选，上述钢板选用冷轧低碳钢，因为冷轧低碳钢不会影响铁液的化学成分，也不会对球化孕育处理过程中的球化孕育效果造成影响。

本发明在进行球化孕育处理时，因为球化剂和孕育剂超微粉体的特性，其吸收率显著提高，球化剂和孕育剂的使用量较块状球化剂有很大幅度的减少，可大幅节省生产成本，并且大大减少了镁的烧损和球化处理中的闪光与烟雾，显著改善工作环境，保障操作工人的身体健康。

为了进一步提高球化和孕育效果，本发明改进了球化剂和孕育剂的放置方法，从下到上形成第一层球化孕育剂-第二层球化孕育剂-第三层孕育剂的形式，在下面两层孕育剂和球化剂同层放置，使球化和孕育处理基本上同时进行，提高了处理效果。并且球化剂和孕育剂一次性放入，操作方便。本发明在第一层球化孕育剂和第二层球化孕育剂上包覆有一层特殊的覆盖剂，因为铁液熔化覆盖剂需要一定的时间，所以延缓了球化剂的起爆时间，使铁液的液面得以上升，球化剂和孕育剂上浮的路径延长，在上浮过程中反应的时间较长，从而提高球化剂的吸收率。由于覆盖剂延缓作用，铁液也可一次性浇入球化包，操作更加方便简单，避免了传统冲入法对于工人的操作技能要求高，如果出铁温度高或者铁液直接冲在球化剂上，很容易造成球化不良的缺点；另外取消了灰铁铁屑的覆盖，由于覆盖所用灰铁转屑往往含锰、磷、硫及其它微量元素较高，可导致球化衰退和性能不稳定。

作为优选，所述球化剂包括以下质量百分比的组分：42-44％Si，7.5-8.0％Mg，5-10％Ca，1-3％RE，其余为Fe及不可避免的微量元素。孕育剂采用硅铁合金孕育剂。本发明根据上述铸铁原料选用配比合理高效的球化元素制成复配球化剂，球化剂中Mg含量较高，可有效去除铁液中的氧、硫元素，辅以稀土元素和Ca元素，可缓解Mg过于激烈的反应。由于本发明采用上述特殊的球化处理方法，因此可选用较低配比的稀土含量，有利于降低成本。

作为优选，所述球状球化剂和球状孕育剂中包裹超微粉体的钢板的厚度不一，其厚度范围为3-9mm。本发明所使用的球状球化剂和球状孕育剂中包裹超微粉体的钢板的厚度不一，是为了使得其与铁液接触后，每个球状球化剂和球状孕育剂的熔化时间不同，球状球化剂和球状孕育剂可以到达不同的液面高度，与不同液面高度的铁液发生反应，能够被铁液均匀吸收。

作为优选，第一层球化孕育剂和第二层球化孕育剂均为球状球化剂和球状孕育剂的混合。孕育剂和球化剂同层放置，使球化和孕育处理基本上同时进行，提高了处理效果。

进一步优选，第一层球化孕育剂中，球状球化剂和球状孕育剂中包裹超微粉体的钢板的厚度为6-9mm，第二层球化孕育剂中，球状球化剂和球状孕育剂中包裹超微粉体的钢板的厚度为3-6mm。铁液注入球化包后，在第二层覆盖剂被熔化后，第二层球化孕育剂的球状球化剂和球状孕育剂中包裹超微粉体的钢板较薄，首先与较低液面的铁液发生反应，在第二层球化孕育剂与铁液反应的过程中，球化包内铁液液面上升直到注满，第一层球化孕育剂的球状球化剂和球状孕育剂中包裹超微粉体的钢板较厚，上浮到较高的高度钢板才会完全熔化，球化剂与铁液发生反应，从而使球化处理和孕育处理更加均匀。

作为优选，所述第一层球化孕育剂中球状球化剂占铁液质量的0.8-1.0％，第二层球化孕育剂中球状球化剂占铁液质量的0.4-0.6％。球化处理时，第二层球化孕育剂中的球化剂首先对刚倒入球化包的铁液进行球化处理，使这部分铁液得到球化，因这部分铁液量较少，所以使用较少的球化剂，待铁液全部倒入球化包内时，第一层球化孕育剂上方的覆盖剂基本熔化完，第一层球化孕育剂中的球化剂对倒入球化包的全部铁液进行球化，两层球化剂互相配合，可使铁液得到最大限度的球化效果。

作为优选，所述第一层球化孕育剂中球状孕育剂占铁液质量的0.1-0.2％，第二层球状球化孕育剂中孕育剂占铁液质量的0.3-0.4％，第三层孕育剂占铁液质量的0.1-0.2％。孕育处理时，先用0.1-0.2％的孕育剂对铁液进行初步孕育，建立起一部分结晶核心，待球化剂对铁液进行球化处理时，第二层球化孕育剂中孕育剂进行主要的孕育作用，建立起更多的结晶中心，并起到一定的脱氢、脱硫和脱氧作用，辅助球化剂进行球化作用。

作为优选，所述第一层覆盖剂和第二层覆盖剂均包括以下质量百分比的组分：50-65％SiO₂，11-13％Al₂O₃，1-5％MgO，3-4.5％Na₂O，其余为Fe及无法避免的杂质。本发明使用的覆盖剂所使用的原料的熔点较高，这就使得进行球化处理时能够吸收相当一部分热量才能熔化，从而降低了与球化剂接触的铁液的温度，减少了球化剂的烧损。

作为优选，所述第一层覆盖剂的厚度为8-10mm，第二层覆盖剂的厚度为4-6mm。第二层覆盖剂的厚度小于第一层覆盖剂的厚度，第一层覆盖剂其的熔化时间比第二层覆盖剂长，使第二层球化孕育剂充分与铁液反应后释放再第一层球化孕育剂，整体反应效果更好。

作为优选，所述热处理的具体过程为，在球墨铸铁半成品表面涂覆一层吸光涂料，干燥后对涂覆后的球墨铸铁半成品表面进行激光扫描，激光功率为1.9-2.6kw，激光扫描速度范围为v＝200-250mm/min，光斑尺寸为8.5mm×5.5mm。

为了得到力学性能和机械性能更加优良的球铁，本发明使用激光淬火技术对球墨铸铁半成品表面进行热处理。由于激光淬火利用高能量激光束以较快的速度扫描工件，使被照射的球墨铸铁半成品表面以极快的速度升温至相变温度但不超过其熔点，当激光束离开球墨铸铁半成品表面时，由于传热作用，冷态的球铁基体使球墨铸铁半成品表面快速降温而进行自冷淬火，进而实现球墨铸铁半成品表面相变硬化，这一过程是在极快的加热和冷却速度下完成，故所得到的表面硬化层组织细密，其硬度也高于常规淬火所得，同时保持材料心部的韧性，达到较好的硬度和韧性匹配，并能较大幅度的提高零件的耐磨性能、冲击性能和疲劳强度等机械性能。并且淬火过程不需要淬火介质，无污染；不改变表面粗糙度，表面光洁；球墨铸铁应力及变形极小；无需回火处理；生产效率高，过程可控，可根据需要进行局部热处理，利于表面精加工，易于实现自动化生产。

本发明根据球墨铸铁的元素组成和形状经多次试验选择合适的激光功率、激光扫描速度范围和光斑尺寸来确定激光处理效果，以得到最佳的淬火层深度和硬度。并采用吸光涂料对球墨铸铁半成品表面进行预处理，以提高球墨铸铁半成品表层对激光的吸收率。

作为优选，在对球墨铸铁半成品表面进行吸光涂料的涂覆前，用砂纸对球墨铸铁半成品表面进行打磨处理，使球墨铸铁半成品表面光滑，然后使用喷涂法对球墨铸铁半成品表面进行吸光涂料的涂覆。

作为优选，所述吸光涂料包括以下质量百分比的组分：30-40％纳米SiC，20-30％TiO₂，5-8％纳米Y₂O₃，5-10％纳米CeO₂，余量为其它助剂。

本发明的激光吸光涂层选用在高功率和低功率下对激光吸收率效果均较好的TiO₂作为吸光涂层的骨架，配合使用纳米Y₂O₃作为增韧剂，纳米CeO₂为活性剂，并添加了纳米SiC，其他助剂为分散剂、增稠剂等，使用常用的即可。该涂层对激光的吸收率高，经试验可达到95％以上。另外，在进行激光淬火处理时，该图层中的纳米SiC因粒度小能够渗入球墨铸铁的金属表层，形成合金化层，进一步提高球墨铸铁表层的强度、硬度和耐磨性能，纳米Y₂O₃和纳米CeO₂对纳米SiC渗入球墨铸铁表层有助推作用。作为优选，纳米SiC的粒径为5-30nm，粒径太大，超过球墨铸铁金属的实际晶界宽度，则难以渗入到球墨铸铁当中。

通过原料的选取和熔铸步骤的改进，采用本发明方法制备的球磨铸铁包括以下百分比质量的组分：3.6-3.8％C，2.0-2.7％Si，0.05-0.09％Mg，0.06-0.08％Ca，0.02-0.04％RE，0.08-0.13％Ti，0.02-0.04P，0.01-0.03％S，其余为Fe和不可避免的组分。组分配比合理，通过对熔炼铁液组分的随时监测和对原料、添加物料的调节控制铁液的各组分含量和比例，所得球墨铸铁性能优良。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明选用配伍合理且易得的原料进行熔炼，获得的产品各元素搭配配比合理，结构较好；使用粉状球化剂和孕育剂代替传统的块状球化剂和孕育剂，而且改进了球化孕育方法，提高了球化效率，球化反应动力学条件好，反应较平稳，减少了球化剂的使用量，降低了铸造成本，改善了球化效果和球化现场的环境；使用激光表面淬火方式对球墨铸铁半成品进行热处理，制得的球墨铸铁变形小，表面强度高，耐磨性好，而心部的韧性好，可用于铸造如传动轴、传动齿轮等在工件表面承受着比心部更高应力的零件。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例1

将质量比为100:30:60:22:12的焦炭、石灰石、生铁、回炉钢和废钢加入到熔炼炉中熔炼为铁液，熔炼温度为1450℃；

将球化剂和孕育剂分别制成粒径5-30μm的超微粉体，分别使用冷轧低碳钢板包裹粉体球化剂和粉体孕育剂制成直径9-15mm的球状球化剂和球状孕育剂，然后在容量为1t铁液的球化包底一侧放入第一层球化孕育剂，第一层球化孕育剂包括占铁液质量0.8％的球状球化剂和占铁液质量0.1％的球状孕育剂，在第一层孕育剂外包覆厚为8mm的第一层覆盖剂，在第一层覆盖剂上方覆盖第二层球化孕育剂，第二层球化孕育剂包括占铁液质量0.4％的球状球化剂和占铁液质量0.3％的球状孕育剂，在第二层球化孕育剂外包覆厚为4mm第二层覆盖剂，第二层覆盖剂的厚度小于第一层覆盖剂的厚度，在第二层覆盖剂的上方覆盖占铁液质量0.1％的第三层孕育剂，从球化包远离球化孕育剂的一侧浇入铁液进行球化和孕育处理；

球化孕育处理后的铁液经检验合格后浇注为球墨铸铁半成品，若检验不合格，需及时进行调整，控制铁液中C的质量百分比为3.5-3.7％，Si的质量百分比为1.9-2.5％；

然后采用表面淬火的方式对球墨铸铁半成品进行热处理，具体过程为，用砂纸对球墨铸铁半成品表面进行打磨处理，使球墨铸铁半成品表面光滑，使用喷涂法在球墨铸铁半成品表面涂覆一层吸光涂料，干燥后对球墨铸铁半成品表面进行激光扫描，激光功率为1.9kw，激光扫描速度范围为v＝200mm/min，光斑尺寸为8.5mm×5.5mm。

其中，球化剂包括以下质量百分比的组分：44％Si，7.5％Mg，5％Ca，1.0％RE，其余为Fe及不可避免的微量元素，孕育剂采用硅铁合金孕育剂。

球状球化剂和球状孕育剂中包裹超微粉体的钢板的厚度不一，其厚度范围为3-9mm。第一层球化孕育剂的球状球化剂和球状孕育剂中包裹超微粉体的钢板的厚度为6-9mm，第二层球化孕育剂的球状球化剂和球状孕育剂中包裹超微粉体的钢板的厚度为3-6mm。

覆盖剂包括以下质量百分比的组分：65％SiO₂，11％Al₂O₃，1％MgO，3％Na₂O，其余为Fe及无法避免的杂质。

吸光涂料包括以下质量百分比的组分：40％纳米SiC，20％TiO₂，5％纳米Y₂O₃，5％纳米CeO₂，余量为其它助剂，纳米SiC的粒径为5-30nm。

实施例2

将质量比为100:30:61:23:13的焦炭、石灰石、生铁、回炉钢和废钢加入到熔炼炉中熔炼为铁液，熔炼温度为1460℃；

将球化剂和孕育剂分别制成粒径5-25μm的超微粉体，分别使用冷轧低碳钢板包裹粉体球化剂和粉体孕育剂制成直径9-15mm的球状球化剂和球状孕育剂，然后在容量为1t铁液的球化包底一侧放入第一层球化孕育剂，第一层球化孕育剂包括占铁液质量0.9％的球状球化剂和占铁液质量0.15％的球状孕育剂，在第一层孕育剂外包覆9mm的第一层覆盖剂，在第一层覆盖剂上方覆盖第二层球化孕育剂，第二层球化孕育剂包括占铁液质量0.5％的球状球化剂和占铁液质量0.35％的球状孕育剂，在第二层球化孕育剂外包覆5mm的第二层覆盖剂，在第二层覆盖剂的上方覆盖占铁液质量0.15％的第三层孕育剂，从球化包远离球化孕育剂的一侧浇入铁液进行球化和孕育处理；

球化孕育处理后的铁液经检验合格后浇注为球墨铸铁半成品；

然后采用表面淬火的方式对球墨铸铁半成品进行热处理，具体过程为，用砂纸对球墨铸铁半成品表面进行打磨处理，使球墨铸铁半成品表面光滑，使用喷涂法在球墨铸铁半成品表面涂覆一层吸光涂料，干燥后对球墨铸铁半成品表面进行激光扫描，激光功率为2.0kw，激光扫描速度范围为v＝210mm/min，光斑尺寸为8.5mm×5.5mm。

其中，球化剂包括以下质量百分比的组分：43％Si，7.6％Mg，6％Ca，2％RE，其余为Fe及不可避免的微量元素，孕育剂采用硅铁合金孕育剂。

球状球化剂和球状孕育剂中包裹超微粉体的钢板的厚度不一，其厚度范围为3-9mm。第一层球化孕育剂的球状球化剂和球状孕育剂中包裹超微粉体的钢板的厚度为6-9mm，第二层球化孕育剂的球状球化剂和球状孕育剂中包裹超微粉体的钢板的厚度为3-6mm。

覆盖剂包括以下质量百分比的组分：60％SiO₂，12％Al₂O₃，2％MgO，3.5％Na₂O，其余为Fe及无法避免的杂质。

吸光涂料包括以下质量百分比的组分：38％纳米SiC，25％TiO₂，6％纳米Y₂O₃，6％纳米CeO₂，余量为其它助剂，纳米SiC的粒径为5-25nm。

实施例3

将质量比为100:30:62:24:14的焦炭、石灰石、生铁、回炉钢和废钢加入到熔炼炉中熔炼为铁液，熔炼温度为1470℃；

将球化剂和孕育剂分别制成粒径5-20μm的超微粉体，分别使用冷轧低碳钢板包裹粉体球化剂和粉体孕育剂制成直径9-15mm的球状球化剂和球状孕育剂，然后在容量为1t铁液的球化包底一侧放入第一层球化孕育剂，第一层球化孕育剂包括占铁液质量1.0％的球状球化剂和占铁液质量0.2％的球状孕育剂，在第一层孕育剂外包覆10mm的第一层覆盖剂，在第一层覆盖剂上方覆盖第二层球化孕育剂，第二层球化孕育剂包括占铁液质量0.6％的球状球化剂和占铁液质量0.4％的球状孕育剂，在第二层球化孕育剂外包覆6mm的第二层覆盖剂，在第二层覆盖剂的上方覆盖占铁液质量0.2％的第三层孕育剂，从球化包远离球化孕育剂的一侧浇入铁液进行球化和孕育处理；

球化孕育处理后的铁液经检验合格后浇注为球墨铸铁半成品；

然后采用表面淬火的方式对球墨铸铁半成品进行热处理，具体过程为，用砂纸对球墨铸铁半成品表面进行打磨处理，使球墨铸铁半成品表面光滑，使用喷涂法在球墨铸铁半成品表面涂覆一层吸光涂料，干燥后对球墨铸铁半成品表面进行激光扫描，激光功率为2.2kw，激光扫描速度范围为v＝220mm/min，光斑尺寸为8.5mm×5.5mm。

其中，球化剂包括以下质量百分比的组分：42％Si，7.8％Mg，8％Ca，3％RE，其余为Fe及不可避免的微量元素，孕育剂采用硅铁合金孕育剂。

球状球化剂和球状孕育剂中包裹超微粉体的钢板的厚度不一，其厚度范围为3-9mm。第一层球化孕育剂的球状球化剂和球状孕育剂中包裹超微粉体的钢板的厚度为6-9mm，第二层球化孕育剂的球状球化剂和球状孕育剂中包裹超微粉体的钢板的厚度为3-6mm。

覆盖剂包括以下质量百分比的组分：28％SiO₂，13％Al₂O₃，3％MgO，4％Na₂O，其余为Fe及无法避免的杂质。

吸光涂料包括以下质量百分比的组分：35％纳米SiC，30％TiO₂，7％纳米Y₂O₃，8％纳米CeO₂，余量为其它助剂，纳米SiC的粒径为5-20nm。

实施例4

将质量比为100:30:63:25:15的焦炭、石灰石、生铁、回炉钢和废钢加入到熔炼炉中熔炼为铁液，熔炼温度为1480℃；

将球化剂和孕育剂分别制成粒径5-15μm的超微粉体，分别使用冷轧低碳钢板包裹粉体球化剂和粉体孕育剂制成直径9-15mm的球状球化剂和球状孕育剂，然后在容量为1t铁液的球化包底一侧放入第一层球化孕育剂，第一层球化孕育剂包括占铁液质量0.8％的球状球化剂和占铁液质量0.15％的球状孕育剂，在第一层孕育剂外包覆9mm的第一层覆盖剂，在第一层覆盖剂上方覆盖第二层球化孕育剂，第二层球化孕育剂包括占铁液质量0.5％的球状球化剂和占铁液质量0.35％的球状孕育剂，在第二层球化孕育剂外包覆6mm的第二层覆盖剂，在第二层覆盖剂的上方覆盖占铁液质量0.1％的第三层孕育剂，从球化包远离球化孕育剂的一侧浇入铁液进行球化和孕育处理；

球化孕育处理后的铁液经检验合格后浇注为球墨铸铁半成品；

然后采用表面淬火的方式对球墨铸铁半成品进行热处理，具体过程为，用砂纸对球墨铸铁半成品表面进行打磨处理，使球墨铸铁半成品表面光滑，使用喷涂法在球墨铸铁半成品表面涂覆一层吸光涂料，干燥后对球墨铸铁半成品表面进行激光扫描，激光功率为2.4kw，激光扫描速度范围为v＝230mm/min，光斑尺寸为8.5mm×5.5mm。

其中，球化剂包括以下质量百分比的组分：44％Si，7.9％Mg，9％Ca，2％RE，其余为Fe及不可避免的微量元素，孕育剂采用硅铁合金孕育剂。

球状球化剂和球状孕育剂中包裹超微粉体的钢板的厚度不一，其厚度范围为3-9mm。第一层球化孕育剂的球状球化剂和球状孕育剂中包裹超微粉体的钢板的厚度为6-9mm，第二层球化孕育剂的球状球化剂和球状孕育剂中包裹超微粉体的钢板的厚度为3-6mm。

覆盖剂包括以下质量百分比的组分：55％SiO₂，12％Al₂O₃，4％MgO，4.5％Na₂O，其余为Fe及无法避免的杂质。

吸光涂料包括以下质量百分比的组分：32％纳米SiC，26％TiO₂，8％纳米Y₂O₃，9％纳米CeO₂，余量为其它助剂，纳米SiC的粒径为5-20nm。

实施例5

将质量比为100:30:65:26:13的焦炭、石灰石、生铁、回炉钢和废钢加入到熔炼炉中熔炼为铁液，熔炼温度为1480℃；

将球化剂和孕育剂分别制成粒径5-15μm的超微粉体，分别使用冷轧低碳钢板包裹粉体球化剂和粉体孕育剂制成直径9-15mm的球状球化剂和球状孕育剂，然后在容量为1t铁液的球化包底一侧放入第一层球化孕育剂，第一层球化孕育剂包括占铁液质量0.9％的球状球化剂和占铁液质量0.2％的球状孕育剂，在第一层孕育剂外包覆10mm的第一层覆盖剂，在第一层覆盖剂上方覆盖第二层球化孕育剂，第二层球化孕育剂包括占铁液质量0.6％的球状球化剂和占铁液质量0.4％的球状孕育剂，在第二层球化孕育剂外包覆5mm的第二层覆盖剂，第二层覆盖剂的厚度小于第一层覆盖剂的厚度，在第二层覆盖剂的上方覆盖占铁液质量0.15％的第三层孕育剂，从球化包远离球化孕育剂的一侧浇入铁液进行球化和孕育处理；

球化孕育处理后的铁液经检验合格后浇注为球墨铸铁半成品；

然后采用表面淬火的方式对球墨铸铁半成品进行热处理，具体过程为，用砂纸对球墨铸铁半成品表面进行打磨处理，使球墨铸铁半成品表面光滑，使用喷涂法在球墨铸铁半成品表面涂覆一层吸光涂料，干燥后对球墨铸铁半成品表面进行激光扫描，激光功率为2.6kw，激光扫描速度范围为v＝250mm/min，光斑尺寸为8.5mm×5.5mm。

其中，球化剂包括以下质量百分比的组分：43％Si，8％Mg，10％Ca，3％RE，其余为Fe及不可避免的微量元素，孕育剂采用硅铁合金孕育剂。

球状球化剂和球状孕育剂中包裹超微粉体的钢板的厚度不一，其厚度范围为3-9mm。第一层球化孕育剂的球状球化剂和球状孕育剂中包裹超微粉体的钢板的厚度为6-9mm，第二层球化孕育剂的球状球化剂和球状孕育剂中包裹超微粉体的钢板的厚度为3-6mm。

覆盖剂包括以下质量百分比的组分：50％SiO₂，11％Al₂O₃，5％MgO，4％Na₂O，其余为Fe及无法避免的杂质。

吸光涂料包括以下质量百分比的组分：30％纳米SiC，28％TiO₂，6％纳米Y₂O₃，10％纳米CeO₂，余量为其它助剂，纳米SiC的粒径为5-20nm。

对比例1

将焦炭、石灰石、生铁、回炉钢和废钢按一定比例加入到熔炼炉中熔炼为铁液；在容量为1t铁液的球化包底一侧放入普通的块状稀土镁硅铁合金球化剂和硅铁合金孕育剂，将球化剂放入球化包底部一侧，在其上覆盖一层硅铁合金孕育剂，在孕育剂上方覆盖一层铁板，将2/3的铁液一次冲入球化包的另一侧，反应基本结束后，补加余量铁液，同时进行撒入余下的硅铁合金孕育剂，球化孕育处理后经检验合格后将铁液浇注为球墨铸铁半成品；使用等温热处理方式对球墨铸铁半成品进行热处理。

对比例2

将焦炭、石灰石、生铁、回炉钢和废钢按一定比例加入到熔炼炉中熔炼为铁液；

将球化剂和孕育剂分别制成粒径5-15μm的超微粉体，分别使用冷轧低碳钢板包裹粉体球化剂和粉体孕育剂制成直径9-15mm的球状球化剂和球状孕育剂，然后在容量为1t铁液的球化包底一侧放入第一层球化孕育剂，第一层球化孕育剂包括占铁液质量0.9％的球状球化剂和占铁液质量0.2％的球状孕育剂，在第一层孕育剂外包覆8mm的第一层覆盖剂，在第一层覆盖剂上方覆盖第二层球化孕育剂，第二层球化孕育剂包括占铁液质量0.6％的球状球化剂和占铁液质量0.4％的球状孕育剂，在第二层球化孕育剂外包覆4mm的第二层覆盖剂，在第二层覆盖剂的上方覆盖占铁液质量0.15％的第三层孕育剂，从球化包远离球化孕育剂的一侧浇入铁液进行球化和孕育处理；

球化孕育处理后的铁液经检验合格后浇注为球墨铸铁半成品；

使用等温热处理方式对球墨铸铁半成品进行热处理。

其中，球化剂包括以下质量百分比的组分：43％Si，8％Mg，10％Ca，3％RE，其余为Fe及不可避免的微量元素，孕育剂采用硅铁合金孕育剂。

球状球化剂和球状孕育剂中包裹超微粉体的钢板的厚度不一，其厚度范围为3-9mm。第一层球化孕育剂的球状球化剂和球状孕育剂中包裹超微粉体的钢板的厚度为6-9mm，第二层球化孕育剂的球状球化剂和球状孕育剂中包裹超微粉体的钢板的厚度为3-6mm。

覆盖剂包括以下质量百分比的组分：50％SiO₂，11％Al₂O₃，5％MgO，4％Na₂O，其余为Fe及无法避免的杂质。

对比例3

将焦炭、石灰石、生铁、回炉钢和废钢按一定比例加入到熔炼炉中熔炼为铁液；在容量为1t铁液的球化包底一侧放入普通的块状稀土镁硅铁合金球化剂和硅铁合金孕育剂，将球化剂放入球化包底部一侧，在其上覆盖一层硅铁合金孕育剂，在孕育剂上方覆盖一层铁板，将2/3的铁液一次冲入球化包的另一侧，反应基本结束后，补加余量铁液，同时进行撒入余下的硅铁合金孕育剂，球化孕育处理后经检验合格后将铁液浇注为球墨铸铁半成品；

然后采用表面淬火的方式对球墨铸铁半成品进行热处理，具体过程为，用砂纸对球墨铸铁半成品表面进行打磨处理，使球墨铸铁半成品表面光滑，使用喷涂法在球墨铸铁半成品表面涂覆一层吸光涂料，干燥后对球墨铸铁半成品表面进行激光扫描，激光功率为2.6kw，激光扫描速度范围为v＝250mm/min，光斑尺寸为8.5mm×5.5mm。

其中，吸光涂料包括以下质量百分比的组分：30％纳米SiC，28％TiO₂，6％纳米Y₂O₃，10％纳米CeO₂，余量为其它助剂，纳米SiC的粒径为5-20nm。

对实施例1-5和对比例1-3中的球墨铸铁进行力学性能测试。其中，抗拉强度和延伸率根据GBT228-2010的规定进行，冲击试验根据GBT229-2007的规定进行，硬度试验根据GBT231-2009的规定进行，耐磨性能测试的方法为将试样在磨损试验机上处理3h，测定失重量。

将本发明实施例1-5中的球墨铸铁与对比例1-3中的球墨铸铁的性能进行比较，比较结果如表1所示。

表1：实施例1-5中的球墨铸铁与对比例1-3中的球墨铸铁性能的比较

综上所述，使用本发明的方法制备的球墨铸铁的各项力学性能与使用普通方法制备的球墨铸铁的力学性能有显著的改善，在铸造过程中，本发明制备的球墨铸铁激光淬火后变形很小，尺寸稳定性较好，而使用普通方法制备的球墨铸铁的变形较明显。另外，在球墨铸铁的熔炼和铸造过程中，使用本发明制备方法，污染少，球化剂的烧损很少，现场环境好，工人的工作环境有较大的改善。采用本发明方法制备的球磨铸铁包括以下百分比质量的组分：3.6-3.8％C，2.0-2.7％Si，0.05-0.09％Mg，0.06-0.08％Ca，0.02-0.04％RE，0.08-0.13％Ti，0.02-0.04P，0.01-0.03％S，其余为Fe和不可避免的组分。组分配比合理，通过对熔炼铁液组分的随时监测和对原料、添加物料的调节控制铁液的各组分含量和比例，所得球墨铸铁性能优良。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种球墨铸铁的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤，

熔炼：将质量比为100:30:(60-65):(22-26):(12-15)的焦炭、石灰石、生铁、回炉钢和废钢加入到熔炼炉中熔炼为铁液；

球化孕育处理：先将球化剂和孕育剂分别制成粒径5-30μm的超微粉体，再将超微粉体球化剂和超微粉体孕育剂分别用钢板包裹制成直径9-15mm的球状球化剂和球状孕育剂，然后在球化包底一侧放入第一层球化孕育剂，在第一层球化孕育剂外包覆第一层覆盖剂，在第一层覆盖剂上方覆盖第二层球化孕育剂，在第二层球化孕育剂外包覆第二层覆盖剂，在第二层覆盖剂的上方覆盖第三层孕育剂，浇入铁液进行球化和孕育处理；

浇注：将球化孕育处理后的铁液浇注为球墨铸铁半成品；

热处理：采用表面淬火的方式对球墨铸铁半成品进行热处理，即可制得球墨铸铁。

2.根据权利要求1所述的一种球墨铸铁的制备方法，其特征在于，所述球化剂包括以下质量百分比的组分：42-44％Si，7.5-8％Mg，5-10％Ca，1-3％RE，其余为Fe及不可避免的微量元素。

3.根据权利要求1所述的一种球墨铸铁的制备方法，其特征在于，所述球状球化剂和球状孕育剂中包裹超微粉体的钢板的厚度为3-9mm。

4.根据权利要求1所述的一种球墨铸铁的制备方法，其特征在于，第一层球化孕育剂和第二层球化孕育剂均为球状球化剂和球状孕育剂的混合。

5.根据权利要求1或4所述的一种球墨铸铁的制备方法，其特征在于，所述第一层球化孕育剂中球状球化剂占铁液质量的0.8-1.0％，第二层球化孕育剂中球状球化剂占铁液质量的0.4-0.6％。

6.根据权利要求1所述的一种球墨铸铁的制备方法，其特征在于，所述第一层球化孕育剂中球状孕育剂占铁液质量的0.1-0.2％，第二层球化孕育剂中球状孕育剂占铁液质量的0.3-0.4％，第三层孕育剂占铁液质量的0.1-0.2％。

7.根据权利要求1所述的一种球墨铸铁的制备方法，其特征在于，所述第一层覆盖剂和第二层覆盖剂均包括以下质量百分比的组分：50-65％SiO₂，11-13％Al₂O₃，1-5％MgO，3-4.5％Na₂O，其余为Fe及无法避免的杂质。

8.根据权利要求1或7所述的一种球墨铸铁的制备方法，其特征在于，所述第一层覆盖剂的厚度为8-10mm，第二层覆盖剂的厚度为4-6mm。

9.根据权利要求1所述的一种球墨铸铁的制备方法，其特征在于，所述热处理的具体过程为，在球墨铸铁半成品表面涂覆一层吸光涂料，干燥后对涂覆后的球墨铸铁半成品表面进行激光扫描，激光功率为1.9-2.6kw，激光扫描速度范围为v＝200-250mm/min，光斑尺寸为8.5mm×5.5mm。

10.根据权利要求9所述的一种球墨铸铁的制备方法，其特征在于，所述吸光涂料包括以下质量百分比的组分：30-40％纳米SiC，20-30％TiO₂，5-8％纳米Y₂O₃，5-10％纳米CeO₂，余量为其它助剂。