CN113846205A - 一种球化丝及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及稀土金属精深产品制备技术领域，具体公开了一种球化丝及其制备方法。球化丝包括镁25‑29份、稀土元素1‑3份、硅23‑27份、钙3‑5份、钡1‑3份、锰粉20‑34份、钨粉1‑3份、铁13‑23份；其制备方法为：熔炼、倒模、出模破碎、制粒、包粉。本申请的球化丝可用于炼钢或生产铸件，其具有提高由球化丝制得的铸件的硬度和冲击韧性，提升铸件质量的优点。
Description
技术领域
本申请涉及稀土金属精深产品制备技术领域，更具体地说，它涉及一种球化丝及其制备方法。
背景技术
球化丝亦称球化包芯线，常用于炼钢或生产铸件中，通过喂线设备插入到理想的位置。当球化丝表皮溶化后线芯可在理想的位置得到充分的溶解并产生化学反应，避免与空气、熔渣的反应，并改变钢水夹杂物形态，有效提升炼钢铸造产品的质量。
球化丝的种类很多，且常用于生产球墨铸铁，由钢皮包覆芯粉制成，相关技术中芯粉的组成及其质量百分含量包括：Mg：28～32%，Si：43～46%，Ca：2～4%，Ba：8～10%，其余为Fe和杂质；将该球化剂用于球墨铸件生产工艺中的球化步骤，渗碳体形成元素量少，提高了球化质量，且节省了包芯线喂入量，降低了生产成本。
针对上述中的相关技术，发明人认为球化丝在实际生产铸件的过程中制得的铸件易产生缩孔现象，且铸件球化反应不彻底，由此造成铸件的硬度不够，影响铸件质量。
发明内容
为了提高由球化丝制得的铸件的硬度和冲击韧性，提高铸件质量，本申请提供一种球化丝及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种球化丝，采用如下的技术方案：
一种球化丝，包括钢皮、芯粉，所述芯粉由包括以下重量份的原料制成：
镁25-29份、稀土元素1-3份、硅23-27份、钙3-5份、钡1-3份、锰粉20-34份、钨粉1-3份、铁13-23份。
通过采用上述技术方案，球化丝在生产铸件中促进铸件发生球化反应，镁作为球化反应中主要的反应元素，使反应上下均匀，稀土元素在球化反应中减缓球化衰退的情况，硅与铁、钙、钡结合，在球化反应中与铸件中的硫和氧等反球化元素化合，使铸件球化更完全，锰粉和钨粉均为硬度高的物质，锰粉和钨粉填充铸件球化过程中产生的缩孔，提高铸件的硬度，且锰能与氧化合，钨高温下能与氧、硫化合，在铸件发生球化反应时，锰粉与氧化合，钨粉与氧和硫化合，从而进一步脱去铸件中的氧和硫等反球化元素，使球化反应更完全，提高铸件质量。
优选的，其由以下重量份的原料制成：镁粉26-28份、稀土元素1.5-2.5份、硅24-26份、钙3.5-4.5份、钡1.5-2.5份、锰粉24-30份、钨粉1.5-2.5份、铁16-20份。
通过采用上述技术方案，优化各组分的配比，进一步减少铸件产生缩孔现象，使铸件球化反应更完全，提高铸件的耐磨强度和硬度，提高铸件质量。
优选的，所述锰粉为改性锰粉，改性锰粉由锰粉外包裹碳酸镁制得。
通过采用上述技术方案，碳酸镁作为分散剂包裹在锰粉外表面，提高锰粉在铸件中的分散性，使锰粉更易于填充铸件产生的缩孔，提高铸件的硬度；同时还可以更好地脱去铸件中的氧，有利于提升铸件质量；另外，镁为球化丝中存在的元素，使用碳酸镁作为分散剂尽量避免引入新的杂质，进而提高铸件质量。
优选的，所述改性锰粉由锰粉、碳酸镁和氨基硅烷按重量比（27-29）：（1-3）：（5-7）制成，改性锰粉由以下步骤制得：
A1、将碳酸镁和所述氨基硅烷进行混合，得到混合物；
A2、将锰粉清洗、破碎后加热；
A3、将A1中制得的混合物加入锰粉中混合均匀，保温后冷却，得到改性锰粉。
通过采用上述技术方案，氨基硅烷作为一种硅烷偶联剂，易与无机物或金属结合，通过化学键将碳酸镁和锰粉结合起来，从而使碳酸镁与锰粉结合更紧密，更有益于增加改性锰粉的分散性，使改性锰粉更好地脱氧，并填充在铸件产生的缩孔中，进而提高铸件的冲击韧性和硬度，提高铸件质量。
优选的，所述锰粉的粒径为16-20mm。
通过采用上述技术方案，此粒径范围内的锰粉在铸件中的分散效果更好，有利于提高铸件的硬度；若锰粉粒径过小，则易在运送时对环境造成污染，且易损耗，并对人员的眼及呼吸道粘膜产生刺激；若锰粉粒径过大，则可能会因为锰粉比表面积过大而降低锰粉对铸件缩孔的填充效果，进而影响铸件硬度。
第二方面，本申请提供一种球化丝的制备方法，采用如下的技术方案：
一种球化丝的制备方法，包括以下制备步骤：
S1、熔炼：按重量份称取镁、稀土元素、硅、钙、钡、锰粉、钨粉和铁混合熔炼，得到合金铁水；
S2、倒模：将S1制得的合金铁水倒入模具并冷却，得到合金铁块；
S3、出模破碎：将S2制得的合金铁块出模并破碎，得到合金碎块；
S4、制粒：将S3制得的合金碎块制粒，得到合金颗粒；
S5、包粉：用钢皮包裹S4制得的合金颗粒，得到球化丝。
通过采用上述技术方案，将镁、稀土元素、硅、钙、钡、锰粉、钨粉和铁经熔炼、倒模、出模破碎、制粒及包粉得到球化丝，制得的球化丝具有填补铸件产生的缩孔，从而增强铸件冲击韧性和硬度，提高铸件质量的作用。
优选的，所述S1步骤中，控制熔炼温度为1300-1400℃。
通过采用上述技术方案，当熔炼温度控制在1300-1400℃时，改性锰粉为熔融状态，从而使改性锰粉能更好地与镁、稀土元素、硅、钙、钡、钨粉和铁混合，形成更均一的合金铁水，从而更好地提高铸件的耐磨强度和硬度。
优选的，所述S4步骤中，得到的合金颗粒粒径为0.4-0.6mm。
通过采用上述技术方案，合金颗粒粒径在0.4-0.6mm范围内，使合金颗粒间的间隙减小，更易于包裹在钢皮中，且当铸件进行球化反应时，较小的合金颗粒能迅速作用于铸件中，使铸件发生球化反应所需的时间减少，且球化完全。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、本申请通过采用特定的原料配比，提高了球化丝脱去铸件中反球化元素的能力，使铸件的球化反应更完全，且本申请加入锰粉和钨粉，进一步脱去铸件中的氧和硫等反球化元素，使球化反应更完全，且锰粉和钨粉还能用于填充铸件上产生的缩孔，并使铸件的布氏硬度达到195.3，提高铸件质量。
2、本申请通过控制锰粉的粒径，并用碳酸镁对锰粉进行改性，使锰粉在铸件中的分散效果更好，可以更好地填充铸件产生的缩孔，制得的铸件硬度达到201.6，进一步提高了铸件硬度。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
实施例中所使用的原料均可通过市售获得，其中氨基硅烷购自青岛恒达众诚科技有限公司的氨基硅烷HD-M8252。
原料制备例
制备例1
改性锰粉，其制备方法为：
A1、取1kg碳酸镁和5kg氨基硅烷进行混合，得到混合物；
A2、取27kg粒径为18mm的锰粉清洗、破碎后加热到110℃；
A3、将A1中制得的混合物加入加热后的锰粉中混合均匀，保温75分钟后冷却至室温，得到改性锰粉。
制备例2
改性锰粉，其制备方法为：
A1、取2kg碳酸镁和6kg氨基硅烷进行混合，得到混合物；
A2、取28kg粒径为18mm的锰粉清洗、破碎后加热到110℃；
A3、将A1中制得的混合物加入加热后的锰粉中混合均匀，保温75分钟后冷却至室温，得到改性锰粉。
制备例3
改性锰粉，其制备方法为：
A1、取3kg碳酸镁和7kg氨基硅烷进行混合，得到混合物；
A2、取29kg粒径为18mm的锰粉清洗、破碎后加热到110℃；
A3、将A1中制得的混合物加入加热后的锰粉中混合均匀，保温75分钟后冷却至室温，得到改性锰粉。
制备例4
与制备例2不同的是，锰粉粒径为16mm。
制备例5
与制备例2不同的是，锰粉粒径为20mm。
制备例6
与制备例2不同的是，锰粉粒径为30mm。
制备例7
与制备例2不同的是，制备例7中用等量的磷酸镁代替碳酸镁。
制备例8
与制备例2不同的是，制备例8中用等量的碳酸钙代替碳酸镁。
制备例9
与制备例2不同的是，制备例9用等量的乙烯基三乙氧基硅烷代替氨基硅烷。
制备例10
与制备例2不同的是，制备例10用等量的环氧硅烷交联剂代替氨基硅烷。
实施例
实施例1
一种球化丝，其制备方法为：
S1、熔炼：将镁25kg、稀土元素1kg、硅23kg、钙3kg、钡1kg、粒径为18mm的锰粉27kg、钨粉2kg、铁13kg在1300℃的高温下混合熔炼，得到合金铁水；
S2、倒模：将S1制得的合金铁水倒入模具并冷却，得到合金铁块；
S3、出模破碎：将S2制得的合金铁块出模并破碎，得到合金碎块；
S4、制粒：将S3制得的合金碎块制成粒径为0.4mm的合金颗粒；
S5、包粉：用钢皮包裹S4制得的合金颗粒，得到球化丝。
实施例2-5
与实施例1不同的是，实施例2-5中制备球化丝的原料配比不同，详见表1。
表1 实施例1-5的原料配比
| 实施例 | 镁/kg | 稀土元素/kg | 硅/kg | 钙/kg | 钡/kg | 锰粉/kg | 钨粉/kg | 铁/kg | 锰粉粒径/mm | 合金颗粒粒径/mm |
| 实施例1 | 25 | 1 | 23 | 3 | 1 | 27 | 2 | 13 | 18 | 0.4 |
| 实施例2 | 27 | 2 | 25 | 4 | 2 | 27 | 2 | 18 | 18 | 0.4 |
| 实施例3 | 29 | 3 | 27 | 5 | 3 | 27 | 2 | 23 | 18 | 0.4 |
| 实施例4 | 26 | 1.5 | 24 | 3.5 | 1.5 | 27 | 2 | 16 | 18 | 0.4 |
| 实施例5 | 28 | 2.5 | 26 | 4.5 | 2.5 | 27 | 2 | 20 | 18 | 0.4 |
实施例6-15
与实施例2不同的是，实施例6-15中分别用等量来自制备例1-10的改性锰粉替换锰粉。
实施例16
一种球化丝，与实施例2不同的是，S1中的熔炼温度为1400℃，得到的合金颗粒的粒径为0.6mm。
对比例
对比例1
一种球化丝，与实施例2的不同之处在于，对比例1中用等量锰粉替换钨粉。
对比例2
一种球化丝，与实施例2的不同之处在于，对比例2中用等量钨粉替换锰粉。
对比例3
一种球化丝，与实施例2的不同之处在于，原料中不添加锰粉和钨粉。
性能检测试验
将实施例1-15和对比例1-3中的球化丝用于同种工艺与配方的铸件的生产加工中，制得铸件。针对制成的铸件，进行如下的性能检测。性能检测包括铸件的冲击韧性和硬度，检测数据见表2。
1.硬度
根据国标GB/T 231.1-2018《金属材料 布氏硬度试验》的检测标准来检测球化丝制成的铸件硬度。检测环境为：23℃。
2.冲击韧性
根据国标GB/T 1817-2017《硬质合金常温冲击韧性试验方法》的检测标准来检测球化丝制成的铸件硬度。检测环境为：23℃。
表2 性能检测数据表
| 布氏硬度 HBW | 冲击韧性J/cm<sup>2</sup> | |
| 实施例1 | 192.8 | 9.47 |
| 实施例2 | 195.3 | 9.87 |
| 实施例3 | 193.2 | 9.51 |
| 实施例4 | 194.7 | 9.58 |
| 实施例5 | 194.9 | 9.67 |
| 实施例6 | 201.2 | 10.29 |
| 实施例7 | 201.6 | 10.38 |
| 实施例8 | 200.7 | 10.25 |
| 实施例9 | 200.9 | 10.27 |
| 实施例10 | 200.7 | 10.23 |
| 实施例11 | 199.5 | 10.09 |
| 实施例12 | 199.6 | 10.13 |
| 实施例13 | 199.4 | 10.05 |
| 实施例14 | 198.8 | 10.07 |
| 实施例15 | 198.5 | 10.01 |
| 实施例16 | 195.5 | 9.91 |
| 对比例1 | 185.3 | 8.91 |
| 对比例2 | 186.7 | 8.95 |
| 对比例3 | 162.4 | 7.82 |
以下结合表2提供的检测数据，详细说明本申请。
结合对比例1-3和实施例1-16，结果发现，利用本申请实施例1-16中的球化丝生产的铸件的布氏硬度与冲击韧性均优于对比例1-3，说明本申请的球化丝在提高铸件硬度与冲击韧性方面表现更优。
实施例1-5中针对原料的添加配比进行了对比。结果发现，利用实施例2中的球化丝生产的铸件的布氏硬度与冲击韧性更优，这说明实施例2中球化丝的原料配比更优。
结合实施例2与对比例1-3发现，对比例1中，原料中没有加入钨粉，铸件布氏硬度和冲击韧性低于实施例2；对比例2中，原料中没有加入锰粉，铸件布氏硬度和冲击韧性低于实施例2；对比例3中，原料中没有加入锰粉和钨粉，铸件布氏硬度和冲击韧性低于实施例2；这可能是因为锰粉与钨粉相互配合，可以更好的填充铸件中的缩孔，从而提高铸件硬度与冲击韧性。
以实施例2为对照，本申请在实施例6-15中考察了改性锰粉的影响。结果发现，实施例6-15中铸件布氏硬度与冲击韧性均优于实施例2，这可能是因为对锰粉进行改性提高了锰粉的分散性，使得锰粉可以更好的填充铸件缩孔，进而提高铸件质量。
以实施例7为对照，本申请在实施例9-11中考察了改性锰粉粒径的影响。结果发现，实施例11中铸件的布氏硬度与冲击韧性低于实施例7以及实施例9-10，这说明，本申请粒径范围内的锰粉有更好的效果。
以实施例7为对照，本申请在实施例11、12中考察了不同分散剂对锰粉进行改性的影响。结果发现，实施例11中，由于将碳酸镁替换成等量的磷酸镁，铸件布氏硬度和冲击韧性较低；实施例12中，由于将碳酸镁替换成等量的碳酸钙，铸件布氏硬度和冲击韧性较低，实施例7较优，这说明用碳酸镁来改行锰粉可以达到更好的效果。
以实施例7为对照，本申请在实施例13、14中考察了不同硅烷偶联剂的影响。结果发现，实施例13中，由于将改性锰粉中的氨基硅烷替换成等量的乙烯基三乙氧基硅烷，铸件布氏硬度和冲击韧性较低；实施例14中，由于将改性锰粉中的氨基硅烷替换成等量的环氧硅烷交联剂，铸件布氏硬度和冲击韧性较低，实施例7较优，这说明氨基硅烷与碳酸镁配合可以达到对锰粉改性的更好效果。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (8)
1.一种球化丝，包括钢皮、芯粉，其特征在于，所述芯粉由包括以下重量份的原料制成：
镁25-29份、稀土元素1-3份、硅23-27份、钙3-5份、钡1-3份、锰粉20-34份、钨粉1-3份、铁13-23份。
2.根据权利要求1所述的一种球化丝，其特征在于：其由以下重量份的原料制成：镁粉26-28份、稀土元素1.5-2.5份、硅24-26份、钙3.5-4.5份、钡1.5-2.5份、锰粉24-30份、钨粉1.5-2.5份、铁16-20份。
3.根据权利要求1所述的一种球化丝，其特征在于：所述锰粉为改性锰粉，改性锰粉由锰粉外包裹碳酸镁制得。
4.根据权利要求3所述的一种球化丝，其特征在于：所述改性锰粉由锰粉、碳酸镁和氨基硅烷按重量比（27-29）：（1-3）：（5-7）制成，改性锰粉由以下步骤制得：
A1、将碳酸镁和所述氨基硅烷进行混合，得到混合物；
A2、将锰粉清洗、破碎后加热；
A3、将A1中制得的混合物加入加热后的锰粉中混合均匀，保温后冷却，得到改性锰粉。
5.根据权利要求1所述的一种球化丝，其特征在于：所述锰粉的粒径为16-20mm。
6.一种权利要求1-5任一所述的球化丝的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、熔炼：按重量份称取镁、稀土元素、硅、钙、钡、锰粉、钨粉和铁混合熔炼，得到合金铁水；
S2、倒模：将S1制得的合金铁水倒入模具并冷却，得到合金铁块；
S3、出模破碎：将S2制得的合金铁块出模并破碎，得到合金碎块；
S4、制粒：将S3制得的合金碎块制粒，得到合金颗粒；
S5、包粉：用钢皮包裹S4制得的合金颗粒，得到球化丝。
7.根据权利要求6所述的一种球化丝的制备方法，其特征在于：所述S1步骤中，控制熔炼温度为1300-1400℃。
8.根据权利要求6所述的一种球化丝的制备方法，其特征在于：所述S4步骤中，得到的合金颗粒粒径为0.4-0.6mm。
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2021
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