CN110578031A - 一种蠕墨铸铁铁水的预处理剂及预处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及蠕墨铸铁技术领域，具体涉及一种蠕墨铸铁铁水的预处理剂及预处理方法，所述预处理剂包括以下组分：镧、铈、镨、钕、钪和铁；所述方法为在镁包芯线加入铁水之前的3分钟内将上述预处理剂加入处理包中。采用本预处理剂进行预处理，铁水后期不易衰退，获得的铸件金相组织和机械性能优良；本预处理方法操作简单方便、适用性强，可广泛用于各类铸件生产过程中，对于蠕铁缸体、缸盖类铸件尤其适用。

Description

一种蠕墨铸铁铁水的预处理剂及预处理方法

技术领域

本发明涉及蠕墨铸铁技术领域，具体涉及一种蠕墨铸铁铁水的预处理剂及预处理方法。

背景技术

铸造行业是国家制造业的基础工业，铸件在装备制造业中应用广泛，是装备制造业的核心部件。随着这些行业的不断发展，对铸件的质量要求越来越高。发动机铸件更是如此，而且随着环保要求的提高，对铸件的要求也日益提高。

目前一般采用冲入法、喂线法进行铁水的蠕化处理，喂线法与冲入法相比存在许多优点，首先，喂线量可实现精准控制，各元素控制稳定；其次，铁水降温少，自动化程度高，操作环境好。由于生产条件的差异，如炉料来源及质量、生产设备及工艺流程等，各生产厂家的蠕墨铸铁蠕化处理工艺不同，但一般都存在蠕化后铁水可使用时间较短，后期铁水出现衰退，金相组织不能满足要求的问题。为保证后期铁水不出现衰退，现阶段通常采用增加镁包芯线投加量的方法延长铁水的可使用时间，但该方法并不能从根本解决上问题，反而会导致铁水的球化率变高，最终得到的铸件缩松倾向大，金相组织仍然无法达到标准要求。

发明内容

针对现有蠕化工艺中，铁水出现衰退或铁水球化率高导致金相组织达不到标准要求的问题，本发明提供一种蠕墨铸铁铁水的预处理剂及预处理方法，该预处理剂用于镁包芯线投加之前，预处理后铁水后期不易衰退，获得的铸件金相组织和机械性能优良；该预处理方法操作简单方便、适用性强，可广泛用于各类铸件生产过程中，对于蠕铁缸体、缸盖类铸件尤其适用。

第一方面，本发明提供一种蠕墨铸铁铁水的预处理剂，所述预处理剂包括以下组分：镧、铈、镨、钕、钪和铁。

进一步的，所述预处理剂各组分的重量百分比如下：

镧25％～40％、铈60％～70％、镨0％～2％、钕0％～1％、钪0％～2％，余量为铁。

进一步的，所述预处理剂各组分的重量百分比如下：

镧27％～37％、铈60％～66％、镨0％～1％、钕0％～0.5％、钪0％～1％，余量为铁。

第二方面，本发明提供一种蠕墨铸铁铁水的预处理方法，所述方法为在镁包芯线加入铁水之前的3分钟内将上述预处理剂加入处理包中。

进一步的，所述预处理剂的加入量根据原铁水中微量干扰元素的含量确定。

进一步的，所述微量干扰元素包括钛、砷、硫、锑、氧、铅和铝。

进一步的，吨铁水预处理剂加入量(kg/t)＝K×原铁水中微量干扰元素含量％×100，K为变量因子，K为2.5～45.5。

进一步的，当原铁水中微量干扰元素含量总和≤0.05％时，K为2.5～25.5，

当原铁水中微量干扰元素含量总和>0.05％且≤0.1％时，K为25.6～45.5。

本发明提供的预处理剂的原料含有稀土元素，衰退现象不明显，形成夹渣的倾向变小，稀土硫化物和氧化物稳定性很高，粒度细小，在铁液中难以上浮，而且这些化合物与石墨晶格的失配度很小，可作为石墨析出的异质核心，因而兼有孕育的功能；

本发明预处理方法限定了预处理剂的投加量，使用时铁水中稀土元素的用量合理，可有效避免使用后铁水中残留稀土量过多导致的铸铁白口倾斜增强的问题；

本发明的预处理方法选择将预处理剂单独投加到铁水中后再投加镁包芯线，而不是将上述成分整合到镁包芯线中，可根据炉料的实时波动实现添加量的灵活调整；本发明提供的预处理方法还限定预处理剂的加入时机为镁包芯线加入之前的3分钟内，这样可以充分发挥镁包芯线的沸腾作用，使铁水反应后更均匀，能够有效避免加入时间过早无法达到有效的预处理效果的情况发生。

采用本发明提供的预处理剂和预处理方法获得的铸件机械性能、金相组织优良。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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他的附图。

图1是实施例2获得的铸件局部照片；

图2是实施例2获得的铸件的金相组织照片；

图3是对比例1获得的铸件的金相组织照片；

图4是对比例2获得的铸件的金相组织照片；

图5是对比例3获得的铸件的金相组织照片；

图6是对比例4获得的铸件的金相组织照片；

图7是对比例5获得的铸件的金相组织照片；

图8是对比例6获得的铸件局部照片；

图9是对比例6获得的铸件的金相组织照片；

图10是对比例7获得的铸件局部照片；

图11是对比例7获得的铸件的金相组织照片。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

力学性能检测均按照GB/T《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》执行。

实施例1一种蠕墨铸铁铁水的预处理剂及预处理方法

所述预处理剂包括以下重量百分比的组分：

镧33％、铈63％、镨0.8％、钕0.3％、钪0.05％和余量铁；

采用上述预处理剂对铁水进行预处理，在镁包芯线加入铁水之前的3分钟内将上述预处理剂加入处理包中；

根据如下公式计算上述预处理剂的添加量，

吨铁水预处理剂加入量(kg/t)＝K×原铁水中微量干扰元素含量％×100，并根据铁水中钛、砷、硫、锑、氧、铅和铝元素的含量判断K的取值：

当钛、砷、硫、锑、氧、铅和铝元素的含量总和≤0.05％时，K为2.5～25.5，

当钛、砷、硫、锑、氧、铅和铝元素的含量总和>0.05％且≤0.1％时，K为25.6～45.5；

预处理后，再用镁包芯线、孕育包芯线及其他合金材料进行处理，处理后进行浇注，铁水在砂箱内逐渐冷却获得铸件。

实施例2

采用配套喂丝处理站、2吨专用处理包蠕化处理，铁水直接倒入专用蠕化处理包内，然后转运蠕化处理包至处理站，原铁水中微量干扰元素钛、砷、硫、锑、氧、铅和铝的含量总和为0.031％，K选取6，使用实施例1中预处理剂，吨铁水加入量0.186kg，在镁包芯线加入前1分钟内加入，之后进行蠕化处理，处理结束后浇注铸件。如图1、图2所示，实施例2生产获得的铸件结构致密。

实施例2生产得到的铸件本体的力学性能见下表1：

表1实施例2生产得到的铸件本体的力学性能

抗拉强度(N/mm<sup>2</sup>)	伸长率(％)
		455	1.24
465	1.48
		485	1.32
460	1.22
		480	1.34

实施例3

采用配套喂丝处理站、2吨专用处理包蠕化处理，铁水直接倒入专用蠕化处理包内，然后转运蠕化处理包至处理站，原铁水中微量干扰元素含量钛、砷、硫、锑、氧、铅和铝总和为0.065％，K选取38，使用实施例1中预处理剂，吨铁水加入量2.47kg，在镁包芯线加入前1分钟内加入，之后进行蠕化处理，处理结束后浇注铸件。

对比例1

对比例1与实施例2相比，对比例1的预处理剂是在镁包芯线投加之前5分钟时加入到铁水中的，并能保证在镁包芯线投加之前3分钟前结束投加，之后进行蠕化处理，处理结束后浇注铸件，所获得的铸件局部衰退。图3为铸件的金相图，金相分析可见显著的片状石墨，铸件本体力学性能见下表2：

表2对比例1生产得到的铸件本体的力学性能

抗拉强度(N/mm<sup>2</sup>)	伸长率(％)
		355	0.56
362	0.42

对比例2

对比例2与实施例2相比，原铁水中微量干扰元素含量钛、砷、硫、锑、氧、铅和铝总和为0.03％，K选取28，预处理剂吨铁水加入量为0.84kg，在镁包芯线加入前3分钟内加入。图4为所得铸件的金相图，金相分析可见显著的碳化物。

对比例3

对比例3与实施例3相比，原铁水中微量干扰元素含量钛、砷、硫、锑、氧、铅和铝总和为0.063％，K选取46，使用实施例1中预处理剂，吨铁水加入量2.898kg，在镁包芯线加入前3分钟内加入。图5为所得铸件的金相图，金相分析可见显著的碳化物。

对比例4

对比例4与实施例2相比，原铁水中微量干扰元素含量钛、砷、硫、锑、氧、铅和铝总和为0.03％，K选取2，使用实施例1中预处理剂，吨铁水加入量0.06kg，在镁包芯线加入前3分钟内加入。图6为所得铸件的金相图，金相分析可见显著的片状石墨。

对比例5

对比例5与实施例3相比，原铁水中微量干扰元素含量钛、砷、硫、锑、氧、铅和铝总和为0.063％，K选取25.5，使用实施例1中预处理剂，吨铁水加入量1.607kg，在镁包芯线加入前3分钟内加入。图7为所得铸件的金相图，金相分析可见显著的片状石墨，铸件本体力学性能见下表3：

表3对比例5生产得到的铸件本体的力学性能

抗拉强度(N/mm<sup>2</sup>)	伸长率(％)
		325	0.46
312	0.32

对比例6

对比例6与实施例2相比，对比例6中预处理剂的组分与实施例2不同，对比例6中预处理剂各组分的重量百分比如下：

镧20％、铈22％、镨0.8％、钕0.5％、钪0.5％、硅38％和余量铁；

原铁水中微量干扰元素含量钛、砷、硫、锑、氧、铅和铝总和为0.032％，K选取6，使用实施例1中预处理剂，吨铁水加入量0.192kg，在镁包芯线加入前1分钟内加入。图8为对比例6获得的铸件局部照片，铸件解剖存在缩松缺陷；图9为对比例6获得的金相图，金相分析可见显著的球状石墨。

对比例7

对比例7与实施例3相比，对比例7中预处理剂的组分与实施例2不同，对比例7中预处理剂各组分的重量百分比如下：

镧20％、铈22％、镨0.8％、钕0.5％、钪0.5％、硅38％和余量铁；

原铁水中微量干扰元素含量钛、砷、硫、锑、氧、铅和铝总和为0.064％，K选取38，使用实施例1中预处理剂，吨铁水加入量2.432kg，在镁包芯线加入前1分钟内加入。

图10为对比例7获得的铸件局部照片，铸件解剖存在缩松缺陷；图11为对比例7获得的金相图，金相分析可见显著的球状石墨。

尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种蠕墨铸铁铁水的预处理剂，其特征在于，所述预处理剂包括以下组分：镧、铈、镨、钕、钪和铁。

2.如权利要求1所述的一种蠕墨铸铁铁水的预处理剂，其特征在于，所述预处理剂各组分的重量百分比如下：

镧25％～40％、铈60％～70％、镨0％～2％、钕0％～1％、钪0％～2％，余量为铁。

3.如权利要求2所述的一种蠕墨铸铁铁水的预处理剂，其特征在于，所述预处理剂各组分的重量百分比如下：

镧27％～37％、铈60％～66％、镨0％～1％、钕0％～0.5％、钪0％～1％，余量为铁。

4.一种蠕墨铸铁铁水的预处理方法，其特征在于，所述方法为在镁包芯线加入铁水之前的3分钟内将预处理剂加入处理包中。

5.如权利要求4所述的一种蠕墨铸铁铁水的预处理方法，其特征在于，所述预处理剂的加入量根据原铁水中微量干扰元素的含量确定。

6.如权利要求5所述的一种蠕墨铸铁铁水的预处理方法，其特征在于，所述微量干扰元素包括钛、砷、硫、锑、氧、铅和铝。

7.如权利要求5所述的一种蠕墨铸铁铁水的预处理方法，其特征在于，吨铁水预处理剂加入量(kg/t)＝K×原铁水中微量干扰元素含量％×100，K为变量因子，K为2.5～45.5。

8.如权利要求7所述的一种蠕墨铸铁铁水的预处理方法，其特征在于，当原铁水中微量干扰元素含量总和≤0.05％时，K为2.5～25.5，

当原铁水中微量干扰元素含量总和>0.05％且≤0.1％时，K为25.6～45.5。