CN107904484A - 一种原位生成颗粒增强球墨铸铁卷筒及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种原位生成颗粒增强球墨铸铁卷筒，对球墨铸铁卷筒所使用的球墨铸铁材料进行了成分强化，本发明还提供了一种原位生成颗粒增强球墨铸铁卷筒的制备方法，对球墨铸铁卷筒所使用的球墨铸铁材料进行了工艺强化，成分强化结合工艺强化实现强强联合，使得该球墨铸铁卷筒所使用的球墨铸铁材料的抗拉强度≥450MPa，屈服强度≥290MPa，延伸率δ≥24％，硬度HB大于260，‑40℃冲击功Akv≥15J，从而使得该球墨铸铁卷筒可以在‑60℃至‑40℃低温条件下正常使用，对高寒地区的工程建设与经济发展具有重要的现实意义和应用价值。

Description

一种原位生成颗粒增强球墨铸铁卷筒及其制备方法
技术领域
本发明涉及工程设备技术领域，尤其是涉及一种原位生成颗粒增强球墨铸铁卷筒及其制备方法。
背景技术
卷筒是大型起重设备、旋挖钻和卷扬减速机的关键部件之一，由于承重的钢丝绳直接缠绕在卷筒上，卷筒直接承受起吊载荷，其质量优劣对起重设备、旋挖钻和卷扬减速机的安全运行有着至关重要的影响。随着现代工程的发展趋向大型化，工程机械行业大型或超大型起重设备、钻孔设备和卷扬减速机的应用越来越广泛，起吊的重量和扬程均大幅度增加。例如：超大型起重设备的起吊重量已达到几千吨；超大型卷扬机的扬程达到了数百米。因此，对卷筒的材质及其制备方法提出了更高的要求。
随着我国东北、内蒙和新疆以及俄罗斯、北美和北欧各国高寒地区的大型工程项目的开发建设，国际上对低温大型工程机械的需求日益迫切。
由于普通球墨铸铁卷筒的低温冲击韧性较低，在低温条件下易于发生脆性断裂，无法满足低温环境的技术性能要求。低温环境下工作的大型起重设备迫切需要使用耐低温高韧性球墨铸铁卷筒。在低温环境下工作的起重机和卷扬减速机必须选用耐低温高韧性球墨铸铁卷筒，以此保证其运行可靠和使用安全。
球墨铸铁卷筒在转动过程中与缠绕在其上的钢丝绳之间存在大量的相互摩擦，对球墨铸铁卷筒的磨损很大，严重减小了球墨铸铁卷筒的使用寿命，为此，需要研发一种耐磨性较高的球墨铸铁卷筒。
因此，如何提供一种可以在-60℃至-40℃低温条件下正常使用的、且耐磨性较高的球墨铸铁卷筒，利于高寒地区的工程建设与经济发展是目前本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种原位生成颗粒增强球墨铸铁卷筒，该球墨铸铁卷筒可以在-60℃至-40℃低温条件下正常使用，且耐磨性较高，对高寒地区的工程建设与经济发展具有重要的现实意义和应用价值。本发明的另一目是提供一种原位生成颗粒增强球墨铸铁卷筒的制备方法。
为解决上述的技术问题，本发明提供的技术方案为：
一种原位生成颗粒增强球墨铸铁卷筒，由球墨铸铁材料加工而成，所用球墨铸铁包括以下重量百分数的组分：3.8％～4.0％的C，1.5％～2.5％的Si，0.2％～0.25％的Mn，0.015％～0.025％的Ti，0.10％～0.15％的Ni，0.002％～0.004％的Mo，0.002％～0.004％的V，S＜0.015％，P＜0.03％，0.1％～1.0％的Al2O3颗粒，0.03％～0.05％的Mg，0.02％～0.03％的Re，0.0015％～0.0100％的Ca，0.0015％～0.0100％的Ba，0.0008％～0.0020％的Bi，0.0025％～0.0045％的Zr，余量为Fe以及不可避免的杂质。
一种上述的原位生成颗粒增强球墨铸铁卷筒的制备方法，包括以下步骤：
1)按照消失模铸造方法利用泡沫塑料制取卷筒的卷筒模样：在制取卷筒模样的过程中掺入粉末状的二次孕育剂使得发泡成型后得到的固态的泡沫塑料材质的卷筒模样中含有均匀分布的二次孕育剂粉末；
利用泡沫塑料制取浇道的浇道模样；
然后将所述浇道模样粘结在所述卷筒模样的底面上，且控制所述浇道模样与所述卷筒模样的轴向方向相互平行，得到包括所述卷筒模样以及浇道模样的模样一体件；
然后采用浸涂方式在模样一体件的外表面涂覆耐火涂料，然后烘干；
取上敞口箱，将模样一体件以立式方式放置于所述上敞口箱内；
然后设置上升液管，所述上升液管穿过且固定在所述上敞口箱的下箱底上，所述浇道模样的下端与所述上升液管的上端开口对接接触，且所述浇道模样的下端面完全遮盖所述上升液管的上端开口，密封所述上升液管与所述上敞口箱下箱底的连接处；
然后设置真空抽吸管，所述真空抽吸管穿过且固定在所述上敞口箱的侧箱壁上，所述真空抽吸管的内端与所述模样一体件间隔一定距离，所述真空抽吸管的外端露在所述上敞口箱的外面且与真空泵连通，密封所述真空抽吸管与所述上敞口箱侧箱壁的连接处；
然后按照消失模铸造方法向所述上敞口箱内填干石英砂，然后振动造型；
然后按照消失模铸造方法在上敞口箱内的铸型的上表面上密封覆盖塑料薄膜；
2)冶炼：冶炼铁水，当铁水温度达到1490℃～1530℃时，炉前调整铁水成分使得铁水包括以下重量百分数的组分：3.8％～4.0％的C，1.5％～2.5％的Si，0.2％～0.25％的Mn，0.015％～0.025％的Ti，0.10％～0.15％的Ni，0.002％～0.004％的Mo，0.002％～0.004％的V，S＜0.015％，P＜0.03％，余量为Fe以及不可避免的杂质；
当铁水成分合格后，扒渣；
然后，保温3min～5min，然后准备铁水出炉；
然后进行球化处理：将轻稀土镁合金球化剂置于浇包底部，其上覆盖长效硅钡钙孕育剂，采用盖包堤坝式铁水冲入法球化工艺对铁水进行球化处理；
然后进行一次孕育处理：向球化处理后的铁水中加入长效硅钡钙锆合金孕育剂，进行一次孕育处理；
然后将一次孕育处理后得到的铁水用敞口容器盛装；
3)将步骤2)中的敞口容器放置在一个密闭的第二箱子内，且使得所述上升液管的下端穿过所述第二箱子的顶箱盖浸入所述敞口容器中的铁水中，密封所述上升液管与所述第二箱子的连接处；
4)通过进气管向所述第二箱子内吹送带压气体，同时开启真空泵抽取真空，敞口容器内的铁水在带压气体的压力以及真空的抽吸力的作用下沿上升液管上行，在上升液管中的铁水上行的过程中通过与上升液管连通的吹粉管向上升液管中的铁水中吹入一定量的纯铝粉末以及二氧化硅粉末，混入纯铝粉末以及二氧化硅粉末后的铁水先后把浇道模样与卷筒模样气化，浇道模样与卷筒模样气化后的气体通过真空抽吸管被真空泵抽走，铁水从下往上充型，直至敞口容器内的液面不再下降表明铁水注满整个铸型型腔，然后保持吹送气体与抽真空一定时间；
5)当达到设计时间后，停止吹送带压气体以及抽真空；
当达到开箱时间后将所述上升液管从所述第二箱子中抽出，然后拆开所述上敞口箱，然后破除铸型，得到球墨铸铁卷筒半成品；
6)将步骤5)中得到的球墨铸铁卷筒半成品装入退火炉中进行去应力退火处理：升温到500℃～550℃，保温4h～6h后，降温至200℃～260℃，出炉空冷；然后将去应力退火后得到的球墨铸铁卷筒半成品进行机加工，完成后得到球墨铸铁卷筒成品。
优选的，步骤2)中，所述轻稀土镁合金球化剂包括以下重量百分数的组分：Mg：3％～4％，Re：2％～2.5％，Si：25％～35％，余量为铁以及不可避免的杂质；轻稀土镁合金球化剂的加入量为铁水总质量的1.0％～1.2％，球化处理温度为1490℃～1520℃；
且步骤2)中，长效硅钡钙孕育剂包括以下重量百分数的组分：Si：40％～50％，Ba：0.5％～0.7％，Ca：0.6％～1.0％，其余为铁以及不可避免的杂质；长效硅钡钙孕育剂的加入量为铁水总质量的0.3％～0.4％。
优选的，步骤2)中，所述长效硅钡钙锆合金孕育剂包括以下重量百分数的组分：Si：40％～50％，Ba：0.5％～0.7％，Ca：0.6％～1.0％，Zr：0.5％～0.8％，其余为铁以及不可避免的杂质；长效硅钡钙锆合金孕育剂的加入量为铁水总质量的0.5％～0.6％。
优选的，步骤1)中，二次孕育剂包括以下重量百分数的组分：Si：40％～50％，Ba：0.5％～0.7％，Ca：0.6％～1.0％，Bi：0.8％～1.0％，Re：0.1％～0.3％，其余为铁以及不可避免的杂质；二次孕育剂的加入量为铁水总质量的0.1％～0.15％。
本发明提供了一种原位生成颗粒增强球墨铸铁卷筒，对球墨铸铁卷筒所使用的球墨铸铁材料进行了成分强化，本发明还提供了一种原位生成颗粒增强球墨铸铁卷筒的制备方法，对球墨铸铁卷筒所使用的球墨铸铁材料进行了工艺强化，成分强化结合工艺强化实现强强联合，使得该球墨铸铁卷筒所使用的球墨铸铁材料的抗拉强度≥450MPa，屈服强度≥290MPa，延伸率δ≥24％，硬度HB大于260，-40℃冲击功Akv≥15J，从而使得该球墨铸铁卷筒可以在-60℃至-40℃低温条件下正常使用，对高寒地区的工程建设与经济发展具有重要的现实意义和应用价值。
附图说明
图1为本发明的实施例提供的一种原位生成颗粒增强球墨铸铁卷筒的铸造系统的结构示意图；
图2为图1中的卷筒模样的结构示意图。
图中：1卷筒模样，2浇道模样，3干石英砂，4上敞口箱，5塑料薄膜，6上升液管，7真空抽吸管，8第二箱子，9敞口容器，10进气管，11吹粉管。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“轴向”、“径向”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
参照图1，图1为本发明的实施例提供的一种原位生成颗粒增强球墨铸铁卷筒的铸造系统的结构示意图；图2为图1中的卷筒模样的结构示意图。
本申请提供了一种原位生成颗粒增强球墨铸铁卷筒，由球墨铸铁材料加工而成，所用球墨铸铁包括以下重量百分数的组分：3.8％～4.0％的C，1.5％～2.5％的Si，0.2％～0.25％的Mn，0.015％～0.025％的Ti，0.10％～0.15％的Ni，0.002％～0.004％的Mo，0.002％～0.004％的V，S＜0.015％，P＜0.03％，0.1％～1.0％的Al2O3颗粒，0.03％～0.05％的Mg，0.02％～0.03％的Re，0.0015％～0.0100％的Ca，0.0015％～0.0100％的Ba，0.0008％～0.0020％的Bi，0.0025％～0.0045％的Zr，余量为Fe以及不可避免的杂质。
本申请还提供了一种上述的原位生成颗粒增强球墨铸铁卷筒的制备方法，包括以下步骤：
1)按照消失模铸造方法利用泡沫塑料制取卷筒的卷筒模样1：在制取卷筒模样1的过程中掺入粉末状的二次孕育剂使得发泡成型后得到的固态的泡沫塑料材质的卷筒模样1中含有均匀分布的二次孕育剂粉末；
利用泡沫塑料制取浇道的浇道模样2；
然后将所述浇道模样2粘结在所述卷筒模样1的底面上，且控制所述浇道模样2与所述卷筒模样1的轴向方向相互平行，得到包括所述卷筒模样1以及浇道模样2的模样一体件；
然后采用浸涂方式在模样一体件的外表面涂覆耐火涂料，然后烘干；
取上敞口箱4，将模样一体件以立式方式放置于所述上敞口箱4内；
然后设置上升液管6，所述上升液管6穿过且固定在所述上敞口箱4的下箱底上，所述浇道模样2的下端与所述上升液管6的上端开口对接接触，且所述浇道模样2的下端面完全遮盖所述上升液管6的上端开口，密封所述上升液管6与所述上敞口箱4下箱底的连接处；
然后设置真空抽吸管7，所述真空抽吸管7穿过且固定在所述上敞口箱4的侧箱壁上，所述真空抽吸管7的内端与所述模样一体件间隔一定距离，所述真空抽吸管7的外端露在所述上敞口箱4的外面且与真空泵连通，密封所述真空抽吸管7与所述上敞口箱4侧箱壁的连接处；
然后按照消失模铸造方法向所述上敞口箱4内填干石英砂3，然后振动造型；
然后按照消失模铸造方法在上敞口箱4内的铸型的上表面上密封覆盖塑料薄膜5；
2)冶炼：冶炼铁水，当铁水温度达到1490℃～1530℃时，炉前调整铁水成分使得铁水包括以下重量百分数的组分：3.8％～4.0％的C，1.5％～2.5％的Si，0.2％～0.25％的Mn，0.015％～0.025％的Ti，0.10％～0.15％的Ni，0.002％～0.004％的Mo，0.002％～0.004％的V，S＜0.015％，P＜0.03％，余量为Fe以及不可避免的杂质；
当铁水成分合格后，扒渣；
然后，保温3min～5min，然后准备铁水出炉；
然后进行球化处理：将轻稀土镁合金球化剂置于浇包底部，其上覆盖长效硅钡钙孕育剂，采用盖包堤坝式铁水冲入法球化工艺对铁水进行球化处理；
然后进行一次孕育处理：向球化处理后的铁水中加入长效硅钡钙锆合金孕育剂，进行一次孕育处理，以消除反球化元素所造成的白口倾向，细化石墨球，延缓球化衰退；
然后将一次孕育处理后得到的铁水用敞口容器9盛装；
3)将步骤2)中的敞口容器9放置在一个密闭的第二箱子8内，且使得所述上升液管6的下端穿过所述第二箱子8的顶箱盖浸入所述敞口容器9中的铁水中，密封所述上升液管6与所述第二箱子8的连接处；
4)通过进气管10向所述第二箱子8内吹送带压气体，同时开启真空泵抽取真空，敞口容器9内的铁水在带压气体的压力以及真空的抽吸力的作用下沿上升液管6上行，在上升液管中的铁水上行的过程中通过与上升液管连通的吹粉管11向上升液管中的铁水中吹入一定量的纯铝粉末以及二氧化硅粉末，混入纯铝粉末以及二氧化硅粉末后的铁水先后把浇道模样2与卷筒模样1气化，浇道模样2与卷筒模样1气化后的气体通过真空抽吸管7被真空泵抽走，铁水从下往上充型，直至敞口容器9内的液面不再下降表明铁水注满整个铸型型腔，然后保持吹送气体与抽真空一定时间；
5)当达到设计时间后，停止吹送带压气体以及抽真空；
当达到开箱时间后将所述上升液管6从所述第二箱子8中抽出，然后拆开所述上敞口箱4，然后破除铸型，得到球墨铸铁卷筒半成品；
6)将步骤5)中得到的球墨铸铁卷筒半成品装入退火炉中进行去应力退火处理：升温到500℃～550℃，保温4h～6h后，降温至200℃～260℃，出炉空冷；然后将去应力退火后得到的球墨铸铁卷筒半成品进行机加工，完成后得到球墨铸铁卷筒成品。
在本申请的一个实施例中，步骤2)中，所述轻稀土镁合金球化剂包括以下重量百分数的组分：Mg：3％～4％，Re：2％～2.5％，Si：25％～35％，余量为铁以及不可避免的杂质；轻稀土镁合金球化剂的加入量为铁水总质量的1.0％～1.2％，球化处理温度为1490℃～1520℃；
且步骤2)中，长效硅钡钙孕育剂包括以下重量百分数的组分：Si：40％～50％，Ba：0.5％～0.7％，Ca：0.6％～1.0％，其余为铁以及不可避免的杂质；长效硅钡钙孕育剂的加入量为铁水总质量的0.3％～0.4％。
在本申请的一个实施例中，步骤2)中，所述长效硅钡钙锆合金孕育剂包括以下重量百分数的组分：Si：40％～50％，Ba：0.5％～0.7％，Ca：0.6％～1.0％，Zr：0.5％～0.8％，其余为铁以及不可避免的杂质；长效硅钡钙锆合金孕育剂的加入量为铁水总质量的0.5％～0.6％。
在本申请的一个实施例中，步骤1)中，二次孕育剂包括以下重量百分数的组分：Si：40％～50％，Ba：0.5％～0.7％，Ca：0.6％～1.0％，Bi：0.8％～1.0％，Re：0.1％～0.3％，其余为铁以及不可避免的杂质；二次孕育剂的加入量为铁水总质量的0.1％～0.15％。
本发明提供了一种原位生成颗粒增强球墨铸铁卷筒，对球墨铸铁卷筒所使用的球墨铸铁材料进行了成分强化，本发明还提供了一种原位生成颗粒增强球墨铸铁卷筒的制备方法，对球墨铸铁卷筒所使用的球墨铸铁材料进行了工艺强化，成分强化结合工艺强化实现强强联合，使得该球墨铸铁卷筒所使用的球墨铸铁材料的抗拉强度≥450MPa，屈服强度≥290MPa，延伸率δ≥24％，-40℃冲击功Akv≥15J，从而使得该球墨铸铁卷筒可以在-60℃至-40℃低温条件下正常使用，对高寒地区的工程建设与经济发展具有重要的现实意义和应用价值。
在本申请提供的一种原位生成颗粒增强球墨铸铁卷筒的制备方法中，本申请将冶炼球墨铸铁所需的二次孕育剂粉末预混在卷筒的泡沫塑料材质的卷筒模样1中，即将二次孕育剂粉末预混在泡沫塑料中，泡沫塑料的固化成型温度不高，一般在200℃以下，该温度不会对掺入其中的二次孕育剂中的各元素造成高温烧损以及高温氧化，且将泡沫塑料材质的卷筒模样1预埋在消失模铸造方法中的干石英砂3中以及抽真空浇铸，如此，使得在整个浇铸过程中，二次孕育剂中各元素都不会与外界空气接触，不会被高温氧化损失，不会产出氧化渣，从而提高了二次孕育剂的利用率，提高了二次孕育效果，提高了球墨铸铁的综合性能。
本申请中，一定量的纯铝粉末以及二氧化硅粉末进入上升液管中的铁水中后，由于铝对氧的亲和力大于硅对氧的亲和力，因此，铝会夺走二氧化硅中的氧，生成氧化铝颗粒，即原位生成氧化铝颗粒，原位生成的氧化铝颗粒比直接添加的氧化铝颗粒的粒径更小、分布更均匀、且与球墨铸铁基体间的界面结合更好，比直接添加氧化铝颗粒具有更好的颗粒增强效果。即使二氧化硅没有与铝发生反应，二氧化硅本身也是一种颗粒增强相，只是作为颗粒增强相，二氧化硅的颗粒增强效果没有氧化铝的颗粒增强效果那么好。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种原位生成颗粒增强球墨铸铁卷筒及其制备方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
一种原位生成颗粒增强球墨铸铁卷筒的制备方法，包括以下步骤：
1)按照消失模铸造方法利用泡沫塑料制取卷筒的卷筒模样1：在制取卷筒模样1的过程中掺入粉末状的二次孕育剂使得发泡成型后得到的固态的泡沫塑料材质的卷筒模样1中含有均匀分布的二次孕育剂粉末；
步骤1)中,所述二次孕育剂包括以下重量百分数的组分：Si：40％，Ba：0.7％，Ca：0.6％，Bi：1.0％，Re：0.1％，其余为铁以及不可避免的杂质；二次孕育剂的加入量为铁水总质量的0.15％；
利用泡沫塑料制取浇道的浇道模样2；
然后将所述浇道模样2粘结在所述卷筒模样1的底面上，且控制所述浇道模样2与所述卷筒模样1的轴向方向相互平行，得到包括所述卷筒模样1以及浇道模样2的模样一体件；
然后采用浸涂方式在模样一体件的外表面涂覆耐火涂料，然后烘干；
取上敞口箱4，将模样一体件以立式方式放置于所述上敞口箱4内；
然后设置上升液管6，所述上升液管6穿过且固定在所述上敞口箱4的下箱底上，所述浇道模样2的下端与所述上升液管6的上端开口对接接触，且所述浇道模样2的下端面完全遮盖所述上升液管6的上端开口，密封所述上升液管6与所述上敞口箱4下箱底的连接处；
然后设置真空抽吸管7，所述真空抽吸管7穿过且固定在所述上敞口箱4的侧箱壁上，所述真空抽吸管7的内端与所述模样一体件间隔一定距离，所述真空抽吸管7的外端露在所述上敞口箱4的外面且与真空泵连通，密封所述真空抽吸管7与所述上敞口箱4侧箱壁的连接处；
然后按照消失模铸造方法向所述上敞口箱4内填干石英砂3，然后振动造型；
然后在上敞口箱4内的铸型的上表面上覆盖塑料薄膜5；
2)冶炼：冶炼铁水，当铁水温度达到1490℃时，炉前调整铁水成分使得铁水包括以下重量百分数的组分：3.8％的C，1.5％的Si，0.2％的Mn，0.025％的Ti，0.10％的Ni，0.004％的Mo，0.002％的V，S＜0.015％，P＜0.03％，余量为Fe以及不可避免的杂质；
当铁水成分合格后，扒渣；
然后，保温5min，然后准备铁水出炉；
然后进行球化处理：将轻稀土镁合金球化剂置于浇包底部，其上覆盖长效硅钡钙孕育剂，采用盖包堤坝式铁水冲入法球化工艺对铁水进行球化处理；
步骤2)中，所述轻稀土镁合金球化剂包括以下重量百分数的组分：Mg：3％，Re：2.5％，Si：25％，余量为铁以及不可避免的杂质；轻稀土镁合金球化剂的加入量为铁水总质量的1.2％，球化处理温度为1490℃；
且步骤2)中，长效硅钡钙孕育剂包括以下重量百分数的组分：Si：40％，Ba：0.7％，Ca：0.6％，其余为铁以及不可避免的杂质；长效硅钡钙孕育剂的加入量为铁水总质量的0.4％；
然后进行一次孕育处理：向球化处理后的铁水中加入长效硅钡钙锆合金孕育剂，进行一次孕育处理，以消除反球化元素所造成的白口倾向，细化石墨球，延缓球化衰退；
步骤2)中，所述长效硅钡钙锆合金孕育剂包括以下重量百分数的组分：Si：40％，Ba：0.7％，Ca：0.6％，Zr：0.8％，其余为铁以及不可避免的杂质；长效硅钡钙锆合金孕育剂的加入量为铁水总质量的0.5％；
然后将一次孕育处理后得到的铁水用敞口容器9盛装；
3)将步骤2)中的敞口容器9放置在一个密闭的第二箱子8内，且使得所述上升液管6的下端穿过所述第二箱子8的顶箱盖浸入所述敞口容器9中的铁水中，密封所述上升液管6与所述第二箱子8的连接处；
4)向所述第二箱子8内吹送带压气体，同时开启真空泵抽取真空，敞口容器9内的铁水在带压气体的压力以及真空的抽吸力的作用下沿上升液管6上行，在上升液管中的铁水上行的过程中通过与上升液管连通的吹粉管11向上升液管中的铁水中吹入一定量的纯铝粉末以及二氧化硅粉末，混入纯铝粉末以及二氧化硅粉末后的铁水先后把浇道模样2与卷筒模样1气化，浇道模样2与卷筒模样1气化后的气体通过真空抽吸管7被真空泵抽走，铁水从下往上充型，直至敞口容器9内的液面不再下降表明铁水注满整个铸型型腔，然后保持吹送气体与抽真空一定时间；
5)当达到设计时间后，停止吹送带压气体以及抽真空；
当达到开箱时间后将所述上升液管6从所述第二箱子8中抽出，然后拆开所述上敞口箱4，然后破除铸型，得到球墨铸铁卷筒半成品；
6)将步骤5)中得到的球墨铸铁卷筒半成品装入退火炉中进行去应力退火处理：升温到550℃，保温4h后，降温至260℃，出炉空冷；然后将去应力退火后得到的球墨铸铁卷筒半成品进行机加工，完成后得到球墨铸铁卷筒成品。
对球墨铸铁卷筒成品进行取样化验，结果见表1；
按上述方法制备该球墨铸铁材料的检测用标准样，检测该球墨铸铁材料的力学性能，结果见表2。
实施例2
一种原位生成颗粒增强球墨铸铁卷筒的制备方法，包括以下步骤：
1)按照消失模铸造方法利用泡沫塑料制取卷筒的卷筒模样1：在制取卷筒模样1的过程中掺入粉末状的二次孕育剂使得发泡成型后得到的固态的泡沫塑料材质的卷筒模样1中含有均匀分布的二次孕育剂粉末；
步骤1)中，所述二次孕育剂包括以下重量百分数的组分：Si：40％，Ba：0.5％，Ca：1.0％，Bi：0.8％，Re：0.3％，其余为铁以及不可避免的杂质；二次孕育剂的加入量为铁水总质量的0.1％；
利用泡沫塑料制取浇道的浇道模样2；
然后将所述浇道模样2粘结在所述卷筒模样1的底面上，且控制所述浇道模样2与所述卷筒模样1的轴向方向相互平行，得到包括所述卷筒模样1以及浇道模样2的模样一体件；
然后采用浸涂方式在模样一体件的外表面涂覆耐火涂料，然后烘干；
取上敞口箱4，将模样一体件以立式方式放置于所述上敞口箱4内；
然后设置上升液管6，所述上升液管6穿过且固定在所述上敞口箱4的下箱底上，所述浇道模样2的下端与所述上升液管6的上端开口对接接触，且所述浇道模样2的下端面完全遮盖所述上升液管6的上端开口，密封所述上升液管6与所述上敞口箱4下箱底的连接处；
然后设置真空抽吸管7，所述真空抽吸管7穿过且固定在所述上敞口箱4的侧箱壁上，所述真空抽吸管7的内端与所述模样一体件间隔一定距离，所述真空抽吸管7的外端露在所述上敞口箱4的外面且与真空泵连通，密封所述真空抽吸管7与所述上敞口箱4侧箱壁的连接处；
然后按照消失模铸造方法向所述上敞口箱4内填干石英砂3，然后振动造型；
然后在上敞口箱4内的铸型的上表面上覆盖塑料薄膜5；
2)冶炼：冶炼铁水，当铁水温度达到1530℃时，炉前调整铁水成分使得铁水包括以下重量百分数的组分：4.0％的C，1.5％的Si，0.25％的Mn，0.015％的Ti，0.15％的Ni，0.002％的Mo，0.004％的V，S＜0.015％，P＜0.03％，余量为Fe以及不可避免的杂质；
当铁水成分合格后，扒渣；
然后，保温5min，然后准备铁水出炉；
然后进行球化处理：将轻稀土镁合金球化剂置于浇包底部，其上覆盖长效硅钡钙孕育剂，采用盖包堤坝式铁水冲入法球化工艺对铁水进行球化处理；
步骤2)中，所述轻稀土镁合金球化剂包括以下重量百分数的组分：Mg：4％，Re：2％，Si：25％，余量为铁以及不可避免的杂质；轻稀土镁合金球化剂的加入量为铁水总质量的1.0％，球化处理温度为1520℃；
且步骤2)中，长效硅钡钙孕育剂包括以下重量百分数的组分：Si：40％，Ba：0.5％，Ca：1.0％，其余为铁以及不可避免的杂质；长效硅钡钙孕育剂的加入量为铁水总质量的0.3％；
然后进行一次孕育处理：向球化处理后的铁水中加入长效硅钡钙锆合金孕育剂，进行一次孕育处理，以消除反球化元素所造成的白口倾向，细化石墨球，延缓球化衰退；
步骤2)中，所述长效硅钡钙锆合金孕育剂包括以下重量百分数的组分：Si：40％，Ba：0.5％，Ca：1.0％，Zr：0.5％，其余为铁以及不可避免的杂质；长效硅钡钙锆合金孕育剂的加入量为铁水总质量的0.6％；
然后将一次孕育处理后得到的铁水用敞口容器9盛装；
3)将步骤2)中的敞口容器9放置在一个密闭的第二箱子8内，且使得所述上升液管6的下端穿过所述第二箱子8的顶箱盖浸入所述敞口容器9中的铁水中，密封所述上升液管6与所述第二箱子8的连接处；
4)向所述第二箱子8内吹送带压气体，同时开启真空泵抽取真空，敞口容器9内的铁水在带压气体的压力以及真空的抽吸力的作用下沿上升液管6上行，在上升液管中的铁水上行的过程中通过与上升液管连通的吹粉管11向上升液管中的铁水中吹入一定量的纯铝粉末以及二氧化硅粉末，混入纯铝粉末以及二氧化硅粉末后的铁水先后把浇道模样2与卷筒模样1气化，浇道模样2与卷筒模样1气化后的气体通过真空抽吸管7被真空泵抽走，铁水从下往上充型，直至敞口容器9内的液面不再下降表明铁水注满整个铸型型腔，然后保持吹送气体与抽真空一定时间；
5)当达到设计时间后，停止吹送带压气体以及抽真空；
当达到开箱时间后将所述上升液管6从所述第二箱子8中抽出，然后拆开所述上敞口箱4，然后破除铸型，得到球墨铸铁卷筒半成品；
6)将步骤5)中得到的球墨铸铁卷筒半成品装入退火炉中进行去应力退火处理：升温到500℃，保温6h后，降温至200℃，出炉空冷；然后将去应力退火后得到的球墨铸铁卷筒半成品进行机加工，完成后得到球墨铸铁卷筒成品。
对球墨铸铁卷筒成品进行取样化验，结果见表1；
按上述方法制备该球墨铸铁材料的检测用标准样，检测该球墨铸铁材料的力学性能，结果见表2。
表1 耐低温高韧性球墨铸铁卷筒的化学成分/wt％
表1 耐低温高韧性球墨铸铁卷筒的化学成分(续表)/wt％
表2 实施例制备的球墨铸铁的性能检测数据表(单铸试样)
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对于这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说是显而易见的，本文所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。

Claims (5)

1.一种原位生成颗粒增强球墨铸铁卷筒，其特征在于，由球墨铸铁材料加工而成，所用球墨铸铁包括以下重量百分数的组分：3.8％～4.0％的C，1.5％～2.5％的Si，0.2％～0.25％的Mn，0.015％～0.025％的Ti，0.10％～0.15％的Ni，0.002％～0.004％的Mo，0.002％～0.004％的V，S＜0.015％，P＜0.03％，0.1％～1.0％的Al2O3颗粒，0.03％～0.05％的Mg，0.02％～0.03％的Re，0.0015％～0.0100％的Ca，0.0015％～0.0100％的Ba，0.0008％～0.0020％的Bi，0.0025％～0.0045％的Zr，余量为Fe以及不可避免的杂质。
2.一种权利要求1所述的原位生成颗粒增强球墨铸铁卷筒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)按照消失模铸造方法利用泡沫塑料制取卷筒的卷筒模样：在制取卷筒模样的过程中掺入粉末状的二次孕育剂使得发泡成型后得到的固态的泡沫塑料材质的卷筒模样中含有均匀分布的二次孕育剂粉末；
利用泡沫塑料制取浇道的浇道模样；
然后将所述浇道模样粘结在所述卷筒模样的底面上，且控制所述浇道模样与所述卷筒模样的轴向方向相互平行，得到包括所述卷筒模样以及浇道模样的模样一体件；
然后采用浸涂方式在模样一体件的外表面涂覆耐火涂料，然后烘干；
取上敞口箱，将模样一体件以立式方式放置于所述上敞口箱内；
然后设置上升液管，所述上升液管穿过且固定在所述上敞口箱的下箱底上，所述浇道模样的下端与所述上升液管的上端开口对接接触，且所述浇道模样的下端面完全遮盖所述上升液管的上端开口，密封所述上升液管与所述上敞口箱下箱底的连接处；
然后设置真空抽吸管，所述真空抽吸管穿过且固定在所述上敞口箱的侧箱壁上，所述真空抽吸管的内端与所述模样一体件间隔一定距离，所述真空抽吸管的外端露在所述上敞口箱的外面且与真空泵连通，密封所述真空抽吸管与所述上敞口箱侧箱壁的连接处；
然后按照消失模铸造方法向所述上敞口箱内填干石英砂，然后振动造型；
然后按照消失模铸造方法在上敞口箱内的铸型的上表面上密封覆盖塑料薄膜；
2)冶炼：冶炼铁水，当铁水温度达到1490℃～1530℃时，炉前调整铁水成分使得铁水包括以下重量百分数的组分：3.8％～4.0％的C，1.5％～2.5％的Si，0.2％～0.25％的Mn，0.015％～0.025％的Ti，0.10％～0.15％的Ni，0.002％～0.004％的Mo，0.002％～0.004％的V，S＜0.015％，P＜0.03％，余量为Fe以及不可避免的杂质；
当铁水成分合格后，扒渣；
然后，保温3min～5min，然后准备铁水出炉；
然后进行球化处理：将轻稀土镁合金球化剂置于浇包底部，其上覆盖长效硅钡钙孕育剂，采用盖包堤坝式铁水冲入法球化工艺对铁水进行球化处理；
然后进行一次孕育处理：向球化处理后的铁水中加入长效硅钡钙锆合金孕育剂，进行一次孕育处理；
然后将一次孕育处理后得到的铁水用敞口容器盛装；
3)将步骤2)中的敞口容器放置在一个密闭的第二箱子内，且使得所述上升液管的下端穿过所述第二箱子的顶箱盖浸入所述敞口容器中的铁水中，密封所述上升液管与所述第二箱子的连接处；
4)通过进气管向所述第二箱子内吹送带压气体，同时开启真空泵抽取真空，敞口容器内的铁水在带压气体的压力以及真空的抽吸力的作用下沿上升液管上行，在上升液管中的铁水上行的过程中通过与上升液管连通的吹粉管向上升液管中的铁水中吹入一定量的纯铝粉末以及二氧化硅粉末，混入纯铝粉末以及二氧化硅粉末后的铁水先后把浇道模样与卷筒模样气化，浇道模样与卷筒模样气化后的气体通过真空抽吸管被真空泵抽走，铁水从下往上充型，直至敞口容器内的液面不再下降表明铁水注满整个铸型型腔，然后保持吹送气体与抽真空一定时间；
5)当达到设计时间后，停止吹送带压气体以及抽真空；
当达到开箱时间后将所述上升液管从所述第二箱子中抽出，然后拆开所述上敞口箱，然后破除铸型，得到球墨铸铁卷筒半成品；
6)将步骤5)中得到的球墨铸铁卷筒半成品装入退火炉中进行去应力退火处理：升温到500℃～550℃，保温4h～6h后，降温至200℃～260℃，出炉空冷；然后将去应力退火后得到的球墨铸铁卷筒半成品进行机加工，完成后得到球墨铸铁卷筒成品。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述轻稀土镁合金球化剂包括以下重量百分数的组分：Mg：3％～4％，Re：2％～2.5％，Si：25％～35％，余量为铁以及不可避免的杂质；轻稀土镁合金球化剂的加入量为铁水总质量的1.0％～1.2％，球化处理温度为1490℃～1520℃；
且步骤2)中，长效硅钡钙孕育剂包括以下重量百分数的组分：Si：40％～50％，Ba：0.5％～0.7％，Ca：0.6％～1.0％，其余为铁以及不可避免的杂质；长效硅钡钙孕育剂的加入量为铁水总质量的0.3％～0.4％。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述长效硅钡钙锆合金孕育剂包括以下重量百分数的组分：Si：40％～50％，Ba：0.5％～0.7％，Ca：0.6％～1.0％，Zr：0.5％～0.8％，其余为铁以及不可避免的杂质；长效硅钡钙锆合金孕育剂的加入量为铁水总质量的0.5％～0.6％。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，二次孕育剂包括以下重量百分数的组分：Si：40％～50％，Ba：0.5％～0.7％，Ca：0.6％～1.0％，Bi：0.8％～1.0％，Re：0.1％～0.3％，其余为铁以及不可避免的杂质；二次孕育剂的加入量为铁水总质量的0.1％～0.15％。
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