CN106755704A - 用于cadi铸铁的非晶孕育剂及其制备方法和使用方法 - Google Patents

用于cadi铸铁的非晶孕育剂及其制备方法和使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明用于CADI铸铁的非晶孕育剂及其制备方法和使用方法。本非晶孕育剂包括以下重量百分比的各元素：50‑78的Si，0.2‑2.5的Ca，0.5‑2.5的Al，0‑0.4的Cu，0‑1.5的Sr，0‑2.5的Zr，0‑0.09的CeO2，余量为Fe。非晶孕育剂的制备采用与现有技术工艺条件不同的极速冷却法，非晶孕育剂的添加量是浇注包CADI铸铁熔液的0.03‑0.12WT.％。本非晶孕育剂具有使CADI铸铁显微组织高度均匀化和大幅度提高石墨球数的突出优点。

Description

用于CADI铸铁的非晶孕育剂及其制备方法和使用方法
技术领域
本发明属于铸铁合金，特别是涉及用于CADI铸铁的非晶孕育剂及其制备方法和使用方法。
背景技术
含碳化物等温淬火球墨铸铁(CADI)是由等温淬火球墨铸铁(ADI)发展而来的新型球墨铸铁材料，它是在等温淬火球墨铸铁成分的基础上，添加一定量的碳化物形成元素，经等温淬火后，使组织中存在10％～20％碳化物。
CADI是通过将少量Cr、Si、Mn等元素优化组合，配以合理的冶炼工艺、球化处理和炉前孕育控制技术，以及调节材料凝固时的冷却速度，合理控制等温淬火热处理工艺参数所获得得具有石墨球、10％～20％碳化物和奥铁体金相组织的强韧性球墨铸铁。
炉前孕育采用的孕育剂是市售的普通孕育剂。
发明内容
本发明的一个目的在于公开一种用于CADI铸铁的非晶孕育剂，另一目的在于公开所述非晶孕育剂的制备方法，再一个目的在于提供所述非晶孕育剂的使用方法。
本发明为实现上述目的采取以下技术方案：本发明的用于CADI铸铁的非晶孕育剂，包括以下重量百分比的各元素：50-78的Si，0.2-2.5的Ca，0.5-2.5的Al，0-0.4的Cu，0-1.5的Sr，0-2.5的Zr，0-0.09的CeO2，余量为Fe。
所述非晶孕育剂各元素重量百分比组成是：70-78的Si，0.2-0.8的Ca，0.5-2.5的Al，0-0.4的Cu，0-0.09的CeO2，余量为Fe。
所述非晶孕育剂各元素重量百分比组成是：64-73的Si，0.5-2.0的Ca，0.5-2.5的Al，0-0.4的Cu，0-0.06的CeO2，余量为Fe。
所述非晶孕育剂各元素重量百分比组成是：68-75的Si，0.5-1.5的Ca，0.5-2.5的Al，0-0.4的Cu，0-0.09的CeO2，余量为Fe。
所述非晶孕育剂各元素重量百分比组成是：50-60的Si，0.5-2.5的Ca，0.5-2.5的Al，0-0.4的Cu，0-0.07的CeO2，余量为Fe。
所述非晶孕育剂各元素重量百分比组成是：68-76的Si，0.5-0.8的Ca，0.5-2.5的Al，0-0.4的Cu，0-0.09的CeO2，0.6-1.5的Sr，余量为Fe。
所述非晶孕育剂各元素重量百分比组成是：68-76的Si，0.5-1.5的Ca，0.5-2.5的Al，0-0.4的Cu，0-0.09的CeO2，1.5-2.5的Zr，余量为Fe。
本发明的非晶孕育剂制备方法：将粒度为2-8mm的非晶孕育剂合金原料放入真空快淬炉的水冷铜坩埚，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、进出料口和放气阀，抽真空至3-4×10-3Pa后充入氩气，真空快淬炉炉内压力保持为-0.04～-0.06Pa，起弧后调节弧电流逐步上升至650～800A，将坩埚内的原料合金熔化，待该合金原料全部熔化成液态时，倾斜该坩埚使得该合金熔液通过流道引至高速旋转的水冷钼轮使之极速凝固形成薄带状并沿钼轮切线方向抛出，落入真空炉体下部的收料仓得到非晶孕育剂，钼轮边缘线速度为46～55m/秒，钼轮表面温度为10～12℃。
所述薄带状非晶孕育剂，其平均厚度0.1～0.2mm，平均宽度0.3～0.7mm，平均长度0.7～0.8mm。
本发明非晶孕育剂的使用方法：在浇注前，将CADI铸铁熔液从运转包倒入浇注包时随铁流添加非晶孕育剂；或，将非晶孕育剂直接铺设在浇注包底面，CADI铸铁熔液从运转包倒入浇注包时与其混合，非晶孕育剂的添加量是浇注包CADI铸铁熔液的0.02～0.6WT.％。
本发明的有益效果和优点在于：本非晶孕育剂可以降低界面能，使得液态时的分子间的结合能力大大减少，增加原子跳跃、移动的能力，从而使得液态原子近程有序的长度变短，提高了铁水的流动性；并且使液态凝固时的过冷度增加，形核核心显著增加，改变了凝固方式，减少凝固温度区间，具有细化晶粒、细化微观组织的显著特点。本非晶孕育剂可以使CADI铸铁的碳化物组织变得细小、分布较均匀，单位面积的石墨球数显著增多，并且球径较小、较圆整，从而大幅度提高了CADI铸铁铸件的综合机械性能，特别是抗拉强度平均可提高25％以上。
本非晶孕育剂中特定的元素的作用如下：
Si：促进石墨化、脱氧、脱氮作用；
Ca：脱氧、脱硫、脱氮、除气作用；
Al：促进石墨化、脱氧、脱氮作用；
Cu：促进凝固石墨化，稳定珠光体作用；
Sr：脱氧、脱硫、除气作用、防止缩松缺陷、抗衰退作用；
Zr：脱氧、脱硫、除气作用，抗衰退作用；
CeO2：脱氧、脱硫、除气作用。
本发明的非晶孕育剂针对不同特性的CADI铸铁以及对其性能的要求细分为6种型号，各型号的非晶孕育剂分别由上述基本元素和可选择元素组合组成，均具有使相应CADI铸铁显微组织高度均匀化和大幅度提高石墨球数的突出优点。
附图说明
附图1是实施例1石墨球数100X对照图。
附图2是实施例1石墨球径100X对照图。
附图3是实施例2石墨球数100X对照图。
附图4是实施例2石墨球径100X对照图。
附图5是实施例3石墨球数100X对照图。
附图6是实施例3石墨球径100X对照图。
具体实施方式
下面结合实施例及其附图进一步说明本发明。
实施例1
1型非晶孕育剂各元素重量百分比的组成是：
70的Si，0.2的Ca，2.5的Al，0.4的Cu，0.09的CeO2，余量为Fe；或者是：74的Si，0.5的Ca，1.5的Al，0.01的CeO2，余量为Fe；或者是：78的Si，0.8的Ca，0.5的Al，0.1的Cu余量为Fe。
1型非晶孕育剂的制备方法：
将粒度为2-8mm的1型非晶孕育剂合金原料放入真空快淬炉的水冷铜坩埚内，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、进出料口和放气阀，抽真空至3-4×10-3Pa后，充入保护气体氩气，真空快淬炉炉内压力保持在-0.04～-0.06Pa范围内均可。
起弧后调节弧电流逐步上升至650～800A，将坩埚内的原料合金熔化，待该合金全部熔化成液态时，倾斜该坩埚使得该合金熔液通过流道引至高速旋转的水冷钼轮使之极速凝固形成薄带状并沿钼轮切线方向抛出，落入真空炉体下部的收料仓得到非晶孕育剂。钼轮边缘线速度为46～55m/秒，钼轮表面温度为10～12℃。薄带状的非晶孕育剂其平均厚度0.1～0.2mm，平均宽度0.3～0.7mm，平均长度0.7～0.8mm。
1型非晶孕育剂的使用方法：将温度为1480～1520℃的CADI铸铁熔液从运转包倒入浇注包时，随铁流添加1型非晶孕育剂而使两者混合，1型非晶孕育剂的添加量是浇注包中CADI铸铁熔液的0.02～0.6WT.％。经孕育处理的CADI铸铁熔液按现有工艺进行后续处理。
图1A是现有硅钡孕育剂球数金相图，硅钡孕育剂元素组分质量百分比为Si72～73％和Ba1.0～1.7％，其余为铁，该孕育剂加入量为CADI原铁液质量的0.5～1.2％。图1A的石墨球数为175个/mm2。图1B是实施例1的1型非晶孕育剂(第1种组成)石墨球径相图，其石墨球数为221个/mm2。
图2A是现有硅钡孕育剂球状石墨球径金相图，其球状石墨球径为120.3μm。图2B是实施例1的1型非晶孕育剂(第1种组成)石墨球径相图，其球状石墨球径为42.0μm。
实施例2
2型非晶孕育剂各元素重量百分比的组成是：
64的Si，0.5的Ca，2.5的Al，0.4的Cu，0.06的CeO2，余量为Fe；或者是：68的Si，1.0的Ca，1.5的Al，0.1的Cu，余量为Fe；或者是：73的Si，2.0的Ca，0.5的Al，0.01的CeO2，余量为Fe。
2型非晶孕育剂的制备方法和使用方法同实施例1。
图3A是现有硅钡孕育剂球数金相图，硅钡孕育剂元素组分质量百分比为Si72～73％和Ba1.0～1.7％，其余为铁，该孕育剂加入量为CADI原铁液质量的0.5～1.2％。图3A的石墨球数为172个/mm2。图3B是实施例2的2型非晶孕育剂(第1种组成)石墨球径相图，其石墨球数为231个/mm2。图4A是现有硅钡孕育剂球状石墨球径金相图，其球状石墨球径为72.0μm。图4B是实施例2的2型非晶孕育剂(第1种组成)石墨球径相图，其球状石墨球径为43.6μm。
实施例3
3型非晶孕育剂各元素重量百分比的组成是：
68的Si，0.5的Ca，2.5的Al，0.4的Cu，0.09的CeO2，余量为Fe；或者是：72的Si，1.0的Ca，1.5的Al，0.1的Cu，余量为Fe；或者是：75的Si，1.5的Ca，0.5的Al，0.01的CeO2，余量为Fe。
3型非晶孕育剂的制备方法和使用方法同实施例1。
图5A是现有硅钡孕育剂球数金相图，硅钡孕育剂元素组分质量百分比为Si72～73％和Ba1.0～1.7％，其余为铁，该孕育剂加入量为CADI原铁液质量的0.5～1.2％。图5A的石墨球数为110个/mm2。图5B是实施例3的3型非晶孕育剂(第1种组成)石墨球径相图，其石墨球数为228个/mm2。
图6A是现有硅钡孕育剂球状石墨球径金相图，其球状石墨球径为78.5μm。图6B是实施例3的3型非晶孕育剂(第1种组成)石墨球径相图，其球状石墨球径为39.6μm。
实施例4
4型非晶孕育剂各元素重量百分比的组成是：
50的Si，0.5的Ca，2.5的Al，0.4的Cu，0.07的CeO2，余量为Fe；或者是：55的Si，1.5的Ca，1.5的Al，0.1的Cu，余量为Fe；或者是：60的Si，2.5的Ca，0.5的Al，0.01的CeO2，余量为Fe。
4型非晶孕育剂的制备方法同实施例1。
4型非晶孕育剂的使用方法：将非晶孕育剂直接铺设在浇注包底面，1480～1520℃的CADI铸铁熔液从运转包倒入浇注包时与其混合，非晶孕育剂的添加量是浇注包CADI铸铁熔液的0.02～0.6WT.％。
实施例5
5型非晶孕育剂各元素重量百分比的组成是：
68的Si，0.8的Ca，2.5的Al，0.4的Cu，0.09的CeO2，1.5的Sr，余量为Fe；或者是：72的Si，0.6的Ca，1.5的Al，0.1的Cu，1.0的Sr，余量为Fe；或者是：76的Si，0.5的Ca，0.5的Al，0.01的CeO2，0.6的Sr，余量为Fe。
5型非晶孕育剂的制备方法同实施例1，使用方法同实施例4。
实施例6
6型非晶孕育剂各元素重量百分比的组成是：
68的Si，1.5的Ca，2.5的Al，0.4的Cu，0.09的CeO2，2.5的Zr，余量为Fe；或者是：72的Si，1.0的Ca，1.5的Al，0.1的Cu，2.0的Zr，余量为Fe；或者是：76的Si，0.5的Ca，0.5的Al，0.01的CeO2，1.5的Zr，余量为Fe。
6型非晶孕育剂的制备方法同实施例1，使用方法同实施例4。
实施例4、5、6的石墨球数和球径金相对照图与提供的图1、2相似，不再穷举。
以下通过列表对比说明以上各实施例试样与未添加本孕育剂试样在石墨球数量、球状石墨球径、抗拉强度、常温冲击功、硬度、耐磨性变化的状况。
表1：石墨球数量变化
表1说明各实施例的本非晶孕育剂各剂型均可明显增加石墨球数量。
表2：球状石墨球径变化
表2说明各实施例的本非晶孕育剂各剂型均可明显减小石墨球径。
表3：抗拉强度变化
表3说明各实施例的本非晶孕育剂各剂型均可明显增加试样抗拉强度。
表4：常温冲击功变化
表4说明各实施例的本非晶孕育剂各剂型均可明显增加试样冲击功值，从而可以提高铸件抵抗冲击载荷的能力。
表5：硬度变化
表5说明各实施例的本非晶孕育剂各剂型均可明显增加试样硬度。
表6：耐磨性变化
表6说明各实施例的本非晶孕育剂各剂型均可明显减小试样磨损损失量。
以上各表数据的测试依据标准和规定的方法进行。

Claims (10)

1.用于CADI铸铁的非晶孕育剂，其特征在于包括以下重量百分比的各元素：包括以下重量百分比的各元素：50-78的Si，0.2-2.5的Ca，0.5-2.5的Al，0-0.4的Cu，0-1.5的Sr，0-2.5的Zr，0-0.09的CeO2，余量为Fe。
2.根据权利要求1所述用于CADI铸铁的非晶孕育剂，其特征在于所述非晶孕育剂各元素重量百分比组成是：70-78的Si，0.2-0.8的Ca，0.5-2.5的Al，0-0.4的Cu，0-0.09的CeO2，余量为Fe。
3.根据权利要求1所述用于CADI铸铁的非晶孕育剂，其特征在于所述非晶孕育剂各元素重量百分比组成是：64-73的Si，0.5-2.0的Ca，0.5-2.5的Al，0-0.4的Cu，0-0.06的CeO2，余量为Fe。
4.根据权利要求1所述用于CADI铸铁的非晶孕育剂，其特征在于所述非晶孕育剂各元素重量百分比组成是：68-75的Si，0.5-1.5的Ca，0.5-2.5的Al，0-0.4的Cu，0-0.09的CeO2，余量为Fe。
5.根据权利要求1所述用于CADI铸铁的非晶孕育剂，其特征在于所述非晶孕育剂各元素重量百分比组成是：50-60的Si，0.5-2.5的Ca，0.5-2.5的Al，0-0.4的Cu，0-0.07的CeO2，余量为Fe。
6.根据权利要求1所述用于CADI铸铁的非晶孕育剂，其特征在于所述非晶孕育剂各元素重量百分比组成是：68-76的Si，0.5-0.8的Ca，0.5-2.5的Al，0-0.4的Cu，0-0.09的CeO2，0.6-1.5的Sr，余量为Fe。
7.根据权利要求1所述用于CADI铸铁的非晶孕育剂，其特征在于所述非晶孕育剂各元素重量百分比组成是：68-76的Si，0.5-1.5的Ca，0.5-2.5的Al，0-0.4的Cu，0-0.09的CeO2，1.5-2.5的Zr，余量为Fe。
8.根据权利要求1所述用于CADI铸铁非晶孕育剂的制备方法，其特征在于：将粒度为2-8mm的非晶孕育剂合金原料放入真空快淬炉的水冷铜坩埚，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、进出料口和放气阀，抽真空至3-4×10- 3Pa后充入氩气，真空快淬炉炉内压力保持为-0.04～-0.06Pa，起弧后调节弧电流逐步上升至650～800A，将坩埚内的原料合金熔化，待该合金原料全部熔化成液态时，倾斜该坩埚使得该合金熔液通过流道引至高速旋转的水冷钼轮使之极速凝固形成薄带状并沿钼轮切线方向抛出，落入真空炉体下部的收料仓得到非晶孕育剂，钼轮边缘线速度为46～55m/秒，钼轮表面温度为10～12℃。
9.根据权利要求8所述用于CADI铸铁非晶孕育剂的制备方法，其特征在于：所述薄带状非晶孕育剂，其平均厚度0.1～0.2mm，平均宽度0.3～0.7mm，平均长度0.7～0.8mm。
10.根据权利要求8所述用于CADI铸铁非晶孕育剂的使用方法，其特征在于：在浇注前，将CADI铸铁熔液从运转包倒入浇注包时随铁流添加非晶孕育剂；或，将非晶孕育剂直接铺设在浇注包底面，CADI铸铁熔液从运转包倒入浇注包时与其混合，非晶孕育剂的添加量是浇注包CADI铸铁熔液的0.02～0.6WT.％。
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