CN110438392A - 一种大幅提高铸铁性能的含氮复合孕育剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了大幅提高铸铁性能的含氮复合孕育剂，含有以下重量百分比的组分：硅30‑40%、镍20‑30%、锌8‑12%、锰8‑12%、钒5‑10%、锶5‑10%、氮4‑6%；本发明含氮复合孕育剂通过复合硅、镍、锌、锰、钒、锶、氮元素，发挥各元素自身孕育能力的同时，细化奥氏体枝晶，提高合金铸铁件的强度，本发明还公开了上述含氮复合孕育剂的制备，本孕育剂的制备温度比一般孕育剂低20%，绿色节能环保，可以工业化应用。

Description

一种大幅提高铸铁性能的含氮复合孕育剂
技术领域
本发明属于金属铸造领域，特别涉及一种大幅提高铸铁性能的含氮复合孕育剂及其制备方法和应用。
技术背景
铸铁主要由铁、碳和硅组成的合金的总称。在这些合金中，含碳量超过在共晶温度时能保留在奥氏体固溶体中的量。在铸铁中石墨的形成过程称为石墨化过程，铸铁组织形成的基本过程就是铸铁中石墨的形成过程。因此，石墨化过程的条件与影响因素对铸铁材料的组织与性能是十分重要的。铸铁的石墨化过程可分为三个阶段：
第一阶段，即液相亚共晶结晶阶段。包括，从过共晶成分的液相中直接结晶出一次石墨，从共晶成分的液相中结晶出奥氏体加石墨，由一次渗碳体和共晶渗碳体在高温退火时分解形成的石墨。中间阶段，即共晶转变亚共析转变之间阶段。包括从奥氏体中直接析出二次石墨和二次渗碳体在此温度区间分解形成的石墨。第三阶段，即共析转变阶段。包括共析转变时，形成的共析石墨和共析渗碳体退火时分解形成的石墨。
铸铁中常见的C，Si、Mn、P、S中，C，Si是强烈促进石墨化的元素，S是强烈阻碍石墨化的元素。实际上各元素对铸铁的石墨化能力的影响极为复杂。其影响与各元素本身的含量以及是否与其它元素发生作用有关。孕育处理就是在铁液进入铸件型腔前，把孕育剂附加到铁液中以改变铁液的冶金状态，从而改善铸铁的显微组织和性能，而这些性能的改善并不能由于加入孕育剂后铁液化学成分的变化来解释。随着孕育剂、孕育方法的改进，孕育处理已是现代铸造生产中提高铸铁性能的重要手段。
现有的孕育处理存在如下缺点：铸造过程中往往需要添加多种孕育剂，添加量较大，操作不方便，成本较高，性能提高有限。
发明内容
针对上述不足，本发明公开一种大幅提高铸铁性能的含氮复合孕育剂，本孕育剂融合了多种有效孕育元素，制作简便，使用方便，孕育效果好，适合大规模工业应用。
下面阐述本发明的第一个方面：
一种大幅提高铸铁性能的含氮复合孕育剂，含有以下重量百分比的组分：
硅30-40％；
镍20-30％；
锌8-12％；
锰8-12％；
钒5-10％；
锶5-10％；
氮4-6％。
在孕育剂中加入硅，可以在铁液中形成局部的富硅微区，有利于石墨析出，加入锶，可以消除白口，特别有利于改善薄壁铸件中石墨的形态和分布状况，使不同厚度处组织的差别更小；加入钒可有效地细化晶粒,改变碳化物形态；加入锰可以细化、弧立碳化物，提高白口铁的硬度，冲击韧性和抗弯强度；锰有促进珠光体的作用，与氮一起作用时效果好，可使孕育剂的熔点下降。
进一步的，上述大幅提高铸铁性能的含氮复合孕育剂，所述锰元素来自硅锰合金，其中硅含量为40-60％，锰含量为20-30％。
进一步的，上述大幅提高铸铁性能的含氮复合孕育剂，所述钒元素来自钒合金，其中钒的含量为10-15％。
进一步的，上述大幅提高铸铁性能的含氮复合孕育剂，所述所述锶元素来自过氧化锶。
进一步的，上述大幅提高铸铁性能的含氮复合孕育剂，所述氮元素来自铵盐。
进一步的，上述大幅提高铸铁性能的含氮复合孕育剂，所述所述氮元素来自硫酸铵、硝酸铵、磷酸铵、氯化铵中的一种或者多种。
进一步的，上述大幅提高铸铁性能的含氮复合孕育剂，含有以下重量百分比的组分：
硅35％；
镍25％；
锌10％；
锰10％；
钒7.5％；
锶7.5％；
氮5％。
以上配比为本发明中最佳配比条件，可以有效降低孕育剂的熔点，并且孕育效果最好。
下面阐述本发明的另一个方面：
一种大幅提高铸铁性能的含氮复合孕育剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按照比例称取硅化镍、硅锰合金、金属锌、钒合金、过氧化锶，铵盐并将固体破碎成小块，粒度为2-5mm；
(2)将破碎的原料放入中频感应电炉进行熔炼，熔炼温度为1000-1100℃，时间为40～50min，熔炼过程中需要不断的搅拌，使得原料充分的混合并排出废气；
(3)熔炼结束后，将料浆浇注至充有惰性保护气体的水冷模型中；
(4)铸锭冷却后破碎制粒即得。
上述孕育剂的制备流程短，制备温度比普通孕育剂低20％，节省能源，节省成本，适合工业化推广应用。
下面是本发明的再一个方面；
上述大幅提高铸铁性能的含氮复合孕育剂在金属铸造过程中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本孕育剂融合了多种有效孕育元素，降低多元合金熔点便于在铁液中扩散和吸收，细化奥氏体枝晶，高铸铁强度；本孕育剂制作简便，节省能源，熔点低，使用方便，适合大规模工业应用。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
一种大幅提高铸铁性能的含氮复合孕育剂，含有以下重量百分比的组分：
硅30％；
镍30％；
锌8％；
锰12％；
钒8％；
锶8％；
氮4％。
实施例2
一种大幅提高铸铁性能的含氮复合孕育剂，含有以下重量百分比的组分：
硅40％；
镍20％；
锌12％；
锰8％；
钒5％；
锶10％；
氮5％。
实施例3
一种大幅提高铸铁性能的含氮复合孕育剂，含有以下重量百分比的组分：
硅35％；
镍25％；
锌10％；
锰10％；
钒7.5％；
锶7.5％；
氮5％。
实施例4
一种大幅提高铸铁性能的含氮复合孕育剂的制备方法，包括以下步骤：按照实施例3的比例称取硅化镍、硅锰合金、金属锌、钒合金、过氧化锶，硫酸铵并将固体破碎成小块，粒度为2-5mm；
(2)将破碎的原料放入中频感应电炉进行熔炼，熔炼温度为1500-1600℃，时间为40～50min，熔炼过程中需要不断的搅拌，使得原料充分的混合并排出废气；
(3)熔炼结束后，将料浆浇注至充有惰性保护气体的水冷模型中；
(4)铸锭冷却后破碎制粒即得。
实施例5
将实施例1-3的含氮复合孕育剂用于铸铁生产中，生产出的铸铁与常规工艺(不加孕育剂)生产的铸铁相比，可以有效地消除铸件的微观疏松，制得的铸铁具有很好的耐高温，耐腐蚀性能，以及硬度和韧性。具体参数如下表所示
项目 实施例1 实施例2 实施例3 常规工艺
珠光体含量％ 92.1 94.3 96.5 84.5
抗拉强度Mpa 320 341 362 298
硬度HB 226 235 241 202
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种大幅提高铸铁性能的含氮复合孕育剂，其特征在于，含有以下重量百分比的组分：
硅 30-40%；
镍 20-30%；
锌 8-12%；
锰 8-12%；
钒 5-10%；
锶 5-10%；
氮 4-6%。
2.根据权利要求1所述的一种大幅提高铸铁性能的含氮复合孕育剂，其特征在于，所述镍元素来自硅化镍，其中硅含量为50-65%，镍含量为30-45%。
3.根据权利要求1所述的一种大幅提高铸铁性能的含氮复合孕育剂，其特征在于，所述锰元素来自硅锰合金，其中硅含量为40-60%，锰含量为20-30%。
4.根据权利要1所述的一种大幅提高铸铁性能的含氮复合孕育剂，其特征在于，所述钒元素来自钒合金，其中钒的含量为10-15%。
5.根据权利要求1所述的一种大幅提高铸铁性能的含氮复合孕育剂，其特征在于，所述锶元素来自过氧化锶。
6.根据权利要求1所述的一种大幅提高铸铁性能的含氮复合孕育剂，其特征在于，所述氮元素来自铵盐。
7.根据权利要求6所述的一种大幅提高铸铁性能的含氮复合孕育剂，其特征在于，所述氮元素来自硫酸铵、硝酸铵、磷酸铵、氯化铵中的一种或者多种。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种大幅提高铸铁性能的含氮复合孕育剂，其特征在于，含有以下重量百分比的组分：
硅 35%；
镍 25%；
锌 10%；
锰 10%；
钒 7.5%；
锶 7.5%；
氮 5%。
9.根据权利要求1-7任一项所述的一种大幅提高铸铁性能的含氮复合孕育剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
按照比例称取硅化镍、硅锰合金、金属锌、钒合金、过氧化锶，铵盐并将固体破碎成小块,粒度为2-5mm；
(2)将破碎的原料放入中频感应电炉进行熔炼，熔炼温度为1500-1600℃，时间为40～50min，熔炼过程中需要不断的搅拌，使得原料充分的混合并排出废气；
(3)熔炼结束后，将料浆浇注至充有惰性保护气体的水冷模型中；
(4)铸锭冷却后破碎制粒即得。
10.根据权利要求1-7任一项所述的一种大幅提高铸铁性能的含氮复合孕育剂在金属铸造过程中的应用。
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