CN110229994A - 球墨铸铁及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种球墨铸铁及其制备方法,属于金属铸造技术领域。解决了现有技术制备的球墨铸铁铸件表面黯淡无光泽的问题,进一步提高铸件的铸造质量。本发明的球墨铸铁的制备方法,先将Fe粉和微米级TiC粉混合均匀,经干燥处理后,得到TiC混合剂;然后将球化剂平铺于浇包底部,孕育剂与TiC混合剂混合均匀后平铺于球化剂上;再将球墨铸铁用合金液倒入浇包,搅拌20‑30s后静置5‑10s,冷却至1400℃,得到浇注液;最后将浇注液浇注到铸型型腔中,冷却,得到球墨铸铁。该制备方法能够赋予浇注液良好的流动性,在保证铸件原有优良性能的前提下,提高铸件铸造性能和表面性能。
Description
技术领域
本发明属于金属铸造技术领域,具体涉及一种球墨铸铁及其制备方法。
背景技术
铸铁是含碳量大于2.11%的铁碳合金,由工业生铁、废钢等钢铁及其合金材料经过高温熔融和铸造成型而得到。铸铁中的碳以石墨形态析出,若析出的石墨呈条片状时的铸铁叫灰口铸铁或灰铸铁、呈蠕虫状时的铸铁叫蠕墨铸铁、呈团絮状时的铸铁叫可锻铸铁或码铁、而呈球状时的铸铁就叫球墨铸铁。
球墨铸铁的综合性能接近于钢,所谓“以铁代钢”,主要指的便是球墨铸铁。也正是基于其优异的性能,球墨铸铁已迅速发展为仅次于灰铸铁的,应用十分广泛的铸铁材料,在有高强度、高塑性、高韧性、高耐磨性、耐严重的热和机械冲击、耐高温或低温、耐腐蚀以及尺寸稳定性等性能需求的领域皆有应用。
为了满足使用条件的变化,现有技术中,球墨铸铁的研究多聚焦于机械性能,因此球墨铸铁有许多牌号,机械性能和物理性能都具有很宽的范围。然而,金属液的流动性与铸件的铸造质量和表面质量关系紧密。在金属液充型过程中,流动性好的金属更容易充满铸型型腔,获得形状完整以及轮廓清晰的铸件。
但现有技术中没有从流动性方面考虑提高球墨铸铁铸件铸造质量和表面质量的技术,故,现有技术中制备出来的球墨铸铁铸件虽然强韧度指标可以达标,但是铸件表面黯淡无光泽,需要后续的机加工进行表面处理,增加了工序,降低了铸件的生产效率。
发明内容
有鉴于此,为解决现有技术制备的球墨铸铁铸件表面黯淡无光泽的问题,进一步提高铸件的铸造质量,本发明提供一种球墨铸铁及其制备方法。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:
球墨铸铁的制备方法,步骤如下:
步骤一、将Fe粉和微米级TiC粉按质量比40:56混合均匀,经干燥处理后,得到TiC混合剂;
步骤二、将球化剂平铺于浇包底部,孕育剂与TiC混合剂混合均匀后平铺于球化剂上;
步骤三、将球墨铸铁用合金液倒入浇包,20-30s后静置5-10s,冷却至1400℃,得到浇注液;
步骤四、将浇注液浇注到铸型型腔中,冷却,得到球墨铸铁;
所述合金液包括原铁液,球化剂的用量为原铁液质量的1.4%,孕育剂的用量为原铁液质量的0.5%,TiC混合剂的用量为原铁液质量的1%-3%。
进一步的,所述步骤一中,Fe粉和微米级TiC粉在球磨机中机械混合均匀。
进一步的,所述步骤一中,干燥处理的温度为150℃,时间为30min。
进一步的,所述步骤二中,球化剂为稀土镁,粒度为3-8mm。
进一步的,所述步骤二中,孕育剂为75硅铁,粒度为1-3mm。
进一步的,所述步骤三中,合金液由原铁液、硅铁、锰铁、纯铜和纯镍组成,硅铁的含量为原铁液质量的2.6%、锰铁的含量为原铁液质量的0.27%、纯铜的含量为原铁液质量的0.6%,纯镍的含量为原铁液质量的0.65%。
更进一步的,所述原铁液由质量比为87:6生铁和废钢在1500-1550℃熔炼而成,生铁组成为96.27wt.%Fe、3.63wt.%C、0.05wt.%Si、0.0044wt.%Ti、0.02wt.%Mn、0.008wt.%P和0.013wt.%S;废钢为45#钢。
进一步的,所述步骤四中,铸型的材料为树脂自硬砂。
进一步的,所述步骤四中,浇注的同时采用石墨棒进行挡渣操作。
本发明还提供上述球墨铸铁的制备方法制备的球墨铸铁。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
本发明提供的球墨铸铁的制备方法,一方面采用微米级TiC与铁粉组成的TiC混合剂,增加TiC粉末与Fe粉的附着度,借助Fe粉在铁液中较高的溶解能力,促进TiC粉末在铁液中的溶解,该工艺方法可显著改善TiC在合金液中成团的现象,另一方面通过将TiC混合剂与孕育剂混合均匀后平铺于球化剂之上,利用浇包内合金液在与球化剂的剧烈反应过程中的沸腾作用促进TiC混合液在合金液中的溶解,再一方面,通过将浇注液出炉温度设置为为1400℃,比一般球墨铸铁出炉温度高出30-50℃,使外加TiC混合剂在浇包中能与合金液混合均匀;进而实现浇注液良好的流动性,在保证铸件原有优良性能的前提下,提高了铸件的铸造性能和表面性能;经实验验证,采用本发明的方法制备的球墨铸铁QT700-10,铸件既具备高韧性,又形状完整、轮廓清晰、表面光滑有光泽。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明对比例1制备的流动性试验螺旋试样的效果图。
图2为本发明实施例1制备的流动性试验螺旋试样的效果图。
图3为本发明实施例2制备的流动性试验螺旋试样的效果图。
图4为本发明实施例3制备的流动性试验螺旋试样的效果图。
具体实施方式
为了进一步理解本发明,下面结合具体实施方式对本发明优选实施方案进行描述,但是应当理解,这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点,而不是对本发明权利要求的限制。
本发明的球墨铸铁的制备方法,步骤如下:
步骤一、将Fe粉和微米级TiC粉按质量比40:56混合均匀,经干燥处理后,得到TiC混合剂;
步骤二、将球化剂平铺于浇包底部,孕育剂与TiC混合剂混合均匀后平铺于球化剂上;
步骤三、将球墨铸铁用合金液倒入浇包,搅拌20-30s后静置5-10s(此搅拌与静止过程中合金液进行了孕育处理及球化处理),冷却至1400℃,得到浇注液;
步骤四、将浇注液浇注到铸型型腔中,冷却,得到球墨铸铁。
上述技术方案中,Fe粉和微米级TiC粉的质量比优选为40:56;优选Fe粉和微米级TiC粉在球磨机中机械混合均匀,混合时间和工艺没有特殊限制,达到均匀效果即可,一般时间为36h。
上述技术方案中,TiC混合剂的用量为原铁液质量的1-3%,TiC混合剂能够改善浇注液的流动性,且在此范围内,随着TiC混合剂用量的增加,浇注液的流动性越好,若TiC混合剂的用量低于原铁液质量的1%则改善浇注液流动性的效果不明显,若TiC混合剂的用量高于原铁液质量的3%,TiC易出现结团现象。
上述技术方案中,干燥处理达到干燥效果即可,温度和时间没有特殊限制,优选干燥处理的温度为150℃,时间为30min。
上述技术方案中,球化剂的用量为原铁液质量的1.4%;球化剂为制备球墨铸铁的常用试剂,可通过商购获得,优选为稀土镁,粒度为3-8mm;球化处理的温度为1450℃。
上述技术方案中,孕育剂的用量为原铁液质量的0.5%;孕育剂为制备球墨铸铁的常用试剂,孕育剂优选为75硅铁,粒度为1-3mm;孕育处理采用包内孕育,孕育处理的温度为1450℃。
上述技术方案中,合金液的主要组份为原铁液,合金液没有特殊限制,可采用现有技术中常用的球墨铸铁用合金液,优选合金液由原铁液、硅铁、锰铁、纯铜和纯镍组成,硅铁的含量为原铁液质量的2.6%、锰铁的含量为原铁液质量的0.27%、纯铜的含量为原铁液质量的0.6%,纯镍的含量为原铁液质量的0.65%;其中,原铁液优选由质量比为87:6生铁和废钢1500-1550℃熔炼而成,熔炼设备可采用高频感应炉熔炼,生铁组成为96.27wt.%Fe、3.63wt.%C、0.05wt.%Si、0.0044wt.%Ti、0.02wt.%Mn、0.008wt.%P和0.013wt.%S;废钢为45#钢;该金属液配方为制备球墨铸铁QT700-10的配方。
上述技术方案中,浇包为浇注常用设备,优选为铁水包。
上述技术方案中,优选采用铂铑热电偶测量出炉温度与浇注温度。出炉温度是合金液倒入浇包时的温度,浇注温度是浇包内浇注液倒入铸型时的温度。铂铑热电偶对合金液出炉温度与浇注温度进行测量,能够有效控制了对球墨铸铁流动性影响较大的温度参数。
上述技术方案中,铸型没有特殊限制,浇注液在任何铸型中都具备良好的流动性,优选铸型材料为树脂自硬砂。
上述技术方案中,浇注液在浇注的同时采用石墨棒进行挡渣操作(具体操作过程是,在浇包的铁液倒入砂型时,用石墨棒挡住浇包的浇口,使得固态的渣渣被石墨棒挡住)。
本发明还提供上述球墨铸铁的制备方法制备的球墨铸铁,该球墨铸铁形状完整、轮廓清晰、表面光滑有光泽。
下面结合附图与实施例对本发明的技术方案进行说明。以下对比例与实施例皆以制备球墨铸铁QT700-10(组份为C:3.1wt.%、Si:2.85wt.%、Mn:0.2wt.%、Cu:0.6wt.%、Ni:0.65wt.%、Mg残:0.045wt.%)为例。
对比例1
步骤一、根据阿基米德螺旋线模具制备流动性试验铸型的上砂型与下砂型,冷却后采用热熔胶进行粘合,得到铸型;
步骤二、按质量比87:6向20Kg高频感应炉中加入生铁(组成为:96.27wt.%Fe、3.63wt.%C、0.05wt.%Si、0.0044wt.%Ti、0.02wt.%Mn、0.008wt.%P和0.013wt.%S)和45#钢,升温至1500-1550℃进行熔炼,得到原铁液;
步骤三、向步骤二得到的原铁液加入2.6wt.%的硅铁、0.27wt.%的锰铁、0.6wt.%的纯铜和0.65wt.%的纯镍,继续熔炼,得到合金液;
步骤四、将球化剂稀土镁(3-8mm)平铺于浇包底部,孕育剂75硅铁(1-3mm)平铺于球化剂上;其中球化剂的用量为原铁液质量的1.4%,孕育剂的用量为原铁液质量的0.5%;
步骤五、将步骤三得到的合金液倒入浇包,搅拌30s后静置10s,得到浇注液;
步骤六、采用铂铑热电偶测量浇包内浇注液的温度,待到浇注液冷却至1400℃时,将步骤五得到的浇注液浇注到步骤一的铸型型腔中,在浇注的同时采用石墨棒进行挡渣操作,自然冷却后得到流动性试验的螺旋试样,如图1所示。
实施例1
步骤一、根据阿基米德螺旋线模具制备流动性试验铸型的上砂型与下砂型,冷却后采用热熔胶进行粘合,得到铸型;
步骤二、按质量比87:6向20Kg高频感应炉中加入生铁(组成为:96.27wt.%Fe、3.63wt.%C、0.05wt.%Si、0.0044wt.%Ti、0.02wt.%Mn、0.008wt.%P和0.013wt.%S)和45#钢,升温至1500-1550℃进行熔炼,得到原铁液;
步骤三、向步骤二得到的原铁液加入2.6wt.%的硅铁、0.27wt.%的锰铁、0.6wt.%的纯铜和0.65wt.%的纯镍,继续熔炼,得到合金液;
步骤四、将Fe粉和微米级TiC粉按质量比40:56混合均匀,经干燥处理后,得到TiC混合剂;
步骤五、将球化剂稀土镁(3-8mm)平铺于浇包底部,将孕育剂75硅铁(1-3mm)和TiC混合剂混合均匀平铺于球化剂上;其中球化剂的用量为原铁液质量的1.4%,孕育剂的用量为原铁液质量的0.5%,TiC混合剂的用量为原铁液质量的1%;
步骤六、将步骤三得到的合金液倒入浇包,搅拌30s后静置10s,得到浇注液;
步骤七、采用铂铑热电偶测量浇包内浇注液的温度,待到浇注液冷却至1400℃时,将步骤六得到的浇注液浇注到步骤一的铸型型腔中,在浇注的同时采用石墨棒进行挡渣操作,自然冷却后得到流动性试验的螺旋试样,如图2所示。
实施例2
步骤一、根据阿基米德螺旋线模具制备流动性试验铸型的上砂型与下砂型,冷却后采用热熔胶进行粘合,得到铸型;
步骤二、按质量比87:6向20Kg高频感应炉中加入生铁(组成为:96.27wt.%Fe、3.63wt.%C、0.05wt.%Si、0.0044wt.%Ti、0.02wt.%Mn、0.008wt.%P和0.013wt.%S)和45#钢,升温至1500-1550℃进行熔炼,得到原铁液;
步骤三、向步骤二得到的原铁液加入2.6wt.%的硅铁、0.27wt.%的锰铁、0.6wt.%的纯铜和0.65wt.%的纯镍,继续熔炼,得到合金液;
步骤四、将Fe粉和微米级TiC粉按质量比40:56混合均匀,经干燥处理后,得到TiC混合剂;
步骤五、将球化剂稀土镁(3-8mm)平铺于浇包底部,将孕育剂75硅铁(1-3mm)和TiC混合剂混合均匀平铺于球化剂上;其中球化剂的用量为原铁液质量的1.4%,孕育剂的用量为原铁液质量的0.5%,TiC混合剂的用量为原铁液质量的2%;
步骤六、将步骤三得到的合金液倒入浇包,搅拌30s后静置10s,得到浇注液;
步骤七、采用铂铑热电偶测量浇包内浇注液的温度,待到浇注液冷却至1400℃时,将步骤六得到的浇注液浇注到步骤一的铸型型腔中,在浇注的同时采用石墨棒进行挡渣操作,自然冷却后得到流动性试验的螺旋试样,如图3所示。
实施例3
步骤一、根据阿基米德螺旋线模具制备流动性试验铸型的上砂型与下砂型,冷却后采用热熔胶进行粘合,得到铸型;
步骤二、按质量比87:6向20Kg高频感应炉中加入生铁(组成为:96.27wt.%Fe、3.63wt.%C、0.05wt.%Si、0.0044wt.%Ti、0.02wt.%Mn、0.008wt.%P和0.013wt.%S)和45#钢,升温至1500-1550℃进行熔炼,得到原铁液;
步骤三、向步骤二得到的原铁液加入2.6wt.%的硅铁、0.27wt.%的锰铁、0.6wt.%的纯铜和0.65wt.%的纯镍,继续熔炼,得到合金液;
步骤四、将Fe粉和微米级TiC粉按质量比40:56混合均匀,经干燥处理后,得到TiC混合剂;
步骤五、将球化剂稀土镁(3-8mm)平铺于浇包底部,将孕育剂75硅铁(1-3mm)和TiC混合剂混合均匀平铺于球化剂上;其中球化剂的用量为原铁液质量的1.4%,孕育剂的用量为原铁液质量的0.5%,TiC混合剂的用量为原铁液质量的3%;
步骤六、将步骤三得到的合金液倒入浇包,搅拌30s后静置10s,得到浇注液;
步骤七、采用铂铑热电偶测量浇包内浇注液的温度,待到浇注液冷却至1400℃时,将步骤六得到的浇注液浇注到步骤一的铸型型腔中,在浇注的同时采用石墨棒进行挡渣操作,自然冷却后得到流动性试验的螺旋试样,如图4所示。
从图1-4可以看出,本发明的制备方法,能够有效改善球墨铸铁的合金液的流动性,得到形状完整、轮廓清晰、表面光滑有光泽的铸件,且在一定添加量内,球墨铸铁的合金液的流动性随TiC混合剂添加量的增加而越来越好。
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。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中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的范围。
Claims (10)
1.球墨铸铁的制备方法,其特征在于,步骤如下:
步骤一、将Fe粉和微米级TiC粉按质量比40:56混合均匀,经干燥处理后,得到TiC混合剂;
步骤二、将球化剂平铺于浇包底部,孕育剂与TiC混合剂混合均匀后平铺于球化剂上;
步骤三、将球墨铸铁用合金液倒入浇包,20-30s后静置5-10s,冷却至1400℃,得到浇注液;
步骤四、将浇注液浇注到铸型型腔中,冷却,得到球墨铸铁;
所述合金液包括原铁液,球化剂的用量为原铁液质量的1.4%,孕育剂的用量为原铁液质量的0.5%,TiC混合剂的用量为原铁液质量的1%-3%。
2.根据权利要求1所述的球墨铸铁的制备方法,其特征在于,所述步骤一中,Fe粉和微米级TiC粉在球磨机中机械混合均匀。
3.根据权利要求1所述的球墨铸铁的制备方法,其特征在于,所述步骤一中,干燥处理的温度为150℃,时间为30min。
4.根据权利要求1所述的球墨铸铁的制备方法,其特征在于,所述步骤二中,球化剂为稀土镁,粒度为3-8mm。
5.根据权利要求1所述的球墨铸铁的制备方法,其特征在于,所述步骤二中,孕育剂为75硅铁,粒度为1-3mm。
6.根据权利要求1所述的球墨铸铁的制备方法,其特征在于,所述步骤三中,合金液由原铁液、硅铁、锰铁、纯铜和纯镍组成,硅铁的含量为原铁液质量的2.6%、锰铁的含量为原铁液质量的0.27%、纯铜的含量为原铁液质量的0.6%,纯镍的含量为原铁液质量的0.65%。
7.根据权利要求6所述的球墨铸铁的制备方法,其特征在于,所述原铁液由质量比为87:6生铁和废钢在1500-1550℃熔炼而成,生铁组成为96.27wt.%Fe、3.63wt.%C、0.05wt.%Si、0.0044wt.%Ti、0.02wt.%Mn、0.008wt.%P和0.013wt.%S;废钢为45#钢。
8.根据权利要求1所述的球墨铸铁的制备方法,其特征在于,所述步骤四中,铸型的材料为树脂自硬砂。
9.根据权利要求1所述的球墨铸铁的制备方法,其特征在于,所述步骤四中,浇注的同时采用石墨棒进行挡渣操作。
10.根据权利要求1-9任何一项所述的球墨铸铁的制备方法制备的球墨铸铁。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20190913 |