CN116274891A - 一种防缩松球化丝及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及球墨铸铁生产助剂的技术领域，涉及一种防缩松球化丝及其制备方法，所述防缩松球化丝包括如下重量份的原料：镁23‑27份、纯镧和锑的混合物1.5‑7份、硅钙8‑12份、硅钡2.5‑5.5份、硅铁47‑55份和铁3‑8份；其具有在降低铸件缩松现象的同时，提高铸件的珠光体含量的优点。
Description
技术领域
本申请涉及球墨铸铁生产助剂的技术领域，尤其是涉及一种防缩松球化丝及其制备方法。
背景技术
缩松是指铸件最后凝固的区域没有得到液态金属或合金的补缩形成分散和细小的缩孔。常分散在铸件壁厚的轴线区域、厚大部位、冒口根部和内浇口附近。当缩松与缩孔容积相同时，缩松的分布面积要比缩孔大得多。缩松隐藏于铸件的内部，外观上不易被发现。相关技术中，通过添加球化剂或球化丝可有效提升炼钢铸造产品的质量。
普通球化剂是将几种合金或者金属用电炉熔化浇注成一定形状，或者破碎成一定块度的颗粒。而球化丝也称球化包芯线，球化包芯线是先将一定成分的球化剂破碎成一定细度的粉状颗粒，然后用包线机用一定宽度和一定厚度的铁皮将球化剂粉末颗粒或者是几种合金的粉末颗粒包裹成一定粗细的金属线，使用时用专用喂丝机以一定速度喂入金属液。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，使用效果较普通球化剂更佳。
球化丝的种类很多，且常用于生产球墨铸铁。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。
但相关的球化丝应用过程中，虽然能够一定程度的提高铸件质量，但铸件中的珠光体含量较低。珠光体是铁素体和渗碳体一起组成的机械混合物，其力学性能介于铁素体和渗碳体之间，即其强度、硬度比铁素体显著增高。铸件中珠光体的含量较低，导致铸件的强度不足。
发明内容
为了在降低铸件缩松现象的同时，提高铸件的珠光体含量，本申请提供一种防缩松球化丝及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种防缩松球化丝，采用如下技术方案：
一种防缩松球化丝，其包括如下重量份的原料：镁23-27份、纯镧和锑的混合物1.5-7份、硅钙8-12份、硅钡2.5-5.5份、硅铁47-55份和铁3-8份。
通过采用上述技术方案，本申请主要通过对原料和其配比的选择，来提高铸件的珠光体含量，并且降低铸件的缩松现象；并且通过各原料之间的配合作用，使其技术效果更优，其中，通过通过纯镧和锑进行混合，两者之间具有协同作用，可以降低铸件的缩松现象，与镁相互配合，提高铸件质量，并且两者协同，可以降低稀土金属的用量，从而提高铸件的珠光体含量。
作为优选：所述纯镧和锑的混合物中，纯镧和锑的重量份比为1:2。
通过采用上述技术方案，通过实际应用，此比例最佳。
作为优选：所述防缩松球化丝还包括0.5-2重量份的纳米碳化硅。
通过采用上述技术方案，加入纳米碳化硅后，纳米SiC颗粒表面易形成一层二氧化硅，它的存在可以延迟SiC的融熔反应，从而延迟了碳聚集物析出和存留的时间，防止过快的成分均匀化。同时，SiC的融熔反应是一个吸热过程，可降低C和Si的扩散速度；因此，碳化硅一直以孕育剂使用，但将纳米碳化硅应用到球化剂中，其可以和球化丝体系共同作用，提高球化反应，降低缩松现象。
作为优选：所述防缩松球化丝还包括0.1-0.5重量份的粒度调节剂。
通过采用上述技术方案，通过添加粒度调节剂，可以使球化丝制备过程中，其颗粒分布较为均匀，从而使其球化丝的质地较均匀，通过调节球化丝颗粒粒度，发现其可以提高珠光体的含量；并且可以减少稀土金属的用量，从而进一步提高铸件中珠光体的含量。
作为优选：所述粒度调节剂包括如下重量份的原料：碳化钒5-7份、碳化铊0.1-0.3份和碳化钛0.5-2份。
通过采用上述技术方案，粒度调节剂中三种原料的用量取其范围内的端点值或范围内任何数值均可。
作为优选：所述粒度调节剂的添加量为0.3重量份。
第二方面，本申请提供一种防缩松球化丝的制备方法，采用如下技术方案：
一种防缩松球化丝的制备方法，其包括如下制备步骤：
S1、熔炼：按重量份称取各原料进行混炼，混炼温度为1350-1450℃，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、破碎：将S2制得的合金铁块出模并进行破碎，得到合金碎块；
S4、制粒：将S3制得的合金碎块球磨制粒，得到合金颗粒，合金颗粒的粒径≤0.6mm；
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，本申请的制备方法不存在技术难点，常规工厂均可满足，适合扩大生产，对生产设备也无需特殊改进。
作为优选：一种防缩松球化丝的制备方法，其包括如下步骤：
S1、熔炼：将除粒度调节剂之外的各原料按重量份进行称取，然后进行混炼，混炼温度为1350-1450℃，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、破碎：将S2制得的合金铁块出模并进行破碎，得到合金碎块；
S4、制粒：将S3制得的合金碎块和粒度调节剂进行混合，然后球磨制粒，得到合金颗粒，合金颗粒的粒径≤0.6mm；
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，在制粒步骤加入粒度调节剂即可，粒度调节剂的熔融温度较高，将其熔炼，更不易其分散，在制粒步骤加入，效果更佳。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1、本申请主要通过对原料和其配比的选择，来提高铸件的珠光体含量，并且降低铸件的缩松现象；并且通过各原料之间的配合作用，使其技术效果更优，其中，通过通过纯镧和锑进行混合，两者之间具有协同作用，可以降低铸件的缩松现象，与镁相互配合，提高铸件质量，并且两者协同，可以降低稀土金属的用量，从而提高铸件的珠光体含量；通过添加粒度调节剂，可以使球化丝制备过程中，其颗粒分布较为均匀，从而使其球化丝的质地较均匀，通过调节球化丝颗粒粒度，发现其可以提高珠光体的含量；并且可以减少稀土金属的用量，从而进一步提高铸件中珠光体的含量。
2、本申请制备的球化丝制备的铸件，其珠光体含量均在64％及以上，并且其布氏硬度均大于212.3HBW，同时其冲击韧性均在12.1J/cm2及以上；说明本申请的球化丝能够较好降低铸件的缩松现象，并且提高逐渐的珠光体含量，提高铸件质量。
具体实施方式
以下结合具体内容对本申请作进一步详细说明。
原料
本申请实施例中所用的纳米碳化硅的平均粒径为50nm；其余原料均为普通市售产品。
制备例
制备例1
一种粒度调节剂，其各原料及各原料用量如表1所示，其制备方法如下：
称取6kg的碳化钒、0.2kg的碳化铊和1kg的碳化钛，然后将其进行混匀，即可得到粒度调节剂。
实施例
实施例1-3
一种防缩松球化丝，其各原料及各原料用量如表1所示，其制备方法如下：
S1、熔炼：按重量份称取各原料进行混炼，混炼温度为1400℃，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、破碎：将S2制得的合金铁块出模并进行破碎，得到合金碎块；
S4、制粒：将S3制得的合金碎块球磨制粒，得到合金颗粒，合金颗粒的粒径范围为≤0.6mm；
S5、包粉：用钢皮包裹S4制得的合金颗粒，得到球化丝。
其中，纯镧和锑的混合物中，纯镧和锑的重量份比为1:2。
表1实施例1-3的各原料及各原料用量(kg)
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | |
| 镁 | 23 | 25 | 27 |
| 纯镧和锑的混合物 | 7 | 7 | 7 |
| 硅钙 | 8 | 10 | 12 |
| 硅钡 | 5.5 | 4 | 2.5 |
| 硅铁 | 47 | 51 | 55 |
| 铁 | 8 | 5 | 3 |
实施例4
一种防缩松球化丝，与实施例2的不同之处在于，其原料还包括1kg的纳米碳化硅，其余步骤与实施例2均相同。
实施例5
一种防缩松球化丝，与实施例4的不同之处在于，其原料还包括0.1kg的粒度调节剂，粒度调节剂来自制备例1，其防缩松球化丝的制备步骤如下：
S1、熔炼：将除粒度调节剂之外的各原料按重量份进行称取，然后进行混炼，混炼温度为1350-1450℃，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、破碎：将S2制得的合金铁块出模并进行破碎，得到合金碎块；
S4、制粒：将S3制得的合金碎块和粒度调节剂进行混合，然后球磨制粒，得到合金颗粒，合金颗粒的粒径范围为≤0.6mm；
S5、包粉：用钢皮包裹S4制得的合金颗粒，得到球化丝。
实施例6
一种防缩松球化丝，与实施例5的不同之处在于，其粒度调节剂的添加量为0.3kg，其余步骤与实施例5均相同。
实施例7
一种防缩松球化丝，与实施例5的不同之处在于，其粒度调节剂的添加量为0.5kg，其余步骤与实施例5均相同。
实施例8
一种防缩松球化丝，与实施例6的不同之处在于，其纯镧和锑的混合物的添加量为5kg，其余步骤与实施例6均相同。
实施例9
一种防缩松球化丝，与实施例6的不同之处在于，其纯镧和锑的混合物的添加量为3kg，其余步骤与实施例6均相同。
实施例10
一种防缩松球化丝，与实施例6的不同之处在于，其纯镧和锑的混合物的添加量为1.5kg，其余步骤与实施例6均相同。
实施例11
一种防缩松球化丝，与实施例5的不同之处在于，其粒度调节剂的原料中未添加碳化铊，其余步骤与实施例5均相同。
实施例12
一种防缩松球化丝，与实施例5的不同之处在于，其粒度调节剂的原料中未添加碳化钛，其余步骤与实施例5均相同。
对比例
对比例1
一种防缩松球化丝，与实施例1的不同之处在于，其纯镧和锑的混合物替换为等量的纯镧，其余步骤与实施例1均相同。
对比例2
一种防缩松球化丝，与实施例1的不同之处在于，其纯镧和锑的混合物替换为等量的锑，其余步骤与实施例1均相同。
性能检测试验
检测方法/试验方法
分别按照实施例1-12和对比例1-2的制备方法制备防缩松球化丝，然后按照如下试验对球化丝的性能进行检测，其检测结果如表2所示。
1、试验方案：
1)同一炉铁水，不同包次更换球化丝；
2)实验过程：铁水处理流程：经过热风冲天炉熔化铁水，炉前脱硫，中频炉；然后根据原铁水成分在球化前加入3-7mm硅粒调整含硅量，并且在浇注包内加入粒度为1-4mm的硅钡钙孕育剂，加入质量分数0.4％的球化丝进行喂丝处理0.5t铁水/次，处理包铁水高径比为＝1.4：1，开始球化处理温度≥1520℃，无箱垂直造型，转包浇注，浇注时间5-7min。
原铁水化学成分(质量分数，％)
| C | Mn | Si | S | P | Ce |
| 3.5 | 0.12 | 1.6 | 0.021 | 0.05 | 2.2 |
2、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℃。
3、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实施例1-12和对比例1-2的检测数据
通过实施例1-12和对比例1-2，以及表2的检测数据可以看出，本申请制备的球化丝制备的铸件，其珠光体含量均在64％及以上，并且其布氏硬度均大于212.3HBW，同时其冲击韧性均在12.1J/cm2及以上；说明本申请的球化丝能够较好降低铸件的缩松现象，并且提高逐渐的珠光体含量，提高铸件质量。
通过实施例1-3的检测数据可以看出，本申请实施例2的各原料比例较优。并且结合对比例1-2，本申请通过纯镧和锑进行混合，可以利用其协同作用，提高铸件的珠光体含量。结合实施例4，其原料加入纳米碳化硅后，纳米SiC颗粒表面易形成一层二氧化硅，它的存在可以延迟SiC的融熔反应，从而延迟了碳聚集物析出和存留的时间，防止过快的成分均匀化。同时，SiC的融熔反应是一个吸热过程，可降低C和Si的扩散速度；因此，碳化硅一直以孕育剂使用，但将纳米碳化硅应用到球化剂中，其可以和球化丝体系共同作用，提高球化反应，降低缩松现象。
通过实施例5-7，可以看出，通过添加粒度调节剂，可以使球化丝制备过程中，其颗粒分布较为均匀，从而使其球化丝的质地较均匀，通过调节球化丝颗粒粒度，发现其可以提高珠光体的含量。结合实施例8-10，纯镧和锑的混合物的添加量降低时，有助于提高珠光体的含量，通过粒度调节剂的加入，可以在保证铸件的硬度和冲击韧度的情况下，提高其珠光体含量；并且通过实验，其纯镧和锑的混合物的添加量最佳为3kg。
通过实施例5和实施例11-12的检测数据可以看出，本申请的粒度调节剂中碳化铊、碳化钛和碳化钒之间存在相互协同的作用。
上述具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种防缩松球化丝，其特征在于：其包括如下重量份的原料：镁23-27份、纯镧和锑的混合物1.5-7份、硅钙8-12份、硅钡2.5-5.5份、硅铁47-55份和铁3-8份。
2.根据权利要求1所述的一种防缩松球化丝，其特征在于：所述纯镧和锑的混合物中，纯镧和锑的重量份比为1:2。
3.根据权利要求1所述的一种防缩松球化丝，其特征在于：所述防缩松球化丝还包括0.5-2重量份的纳米碳化硅。
4.根据权利要求3所述的一种防缩松球化丝，其特征在于：所述防缩松球化丝还包括0.1-0.5重量份的粒度调节剂。
5.根据权利要求4所述的一种防缩松球化丝，其特征在于：所述粒度调节剂包括如下重量份的原料：碳化钒5-7份、碳化铊0.1-0.3份和碳化钛0.5-2份。
6.根据权利要求5所述的一种防缩松球化丝，其特征在于：所述粒度调节剂的添加量为0.3重量份。
7.一种权利要求1-3任一所述的一种防缩松球化丝的制备方法，其特征在于：其包括如下制备步骤：
S1、熔炼：按重量份称取各原料进行混炼，混炼温度为1350-1450℃，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、破碎：将S2制得的合金铁块出模并进行破碎，得到合金碎块；
S4、制粒：将S3制得的合金碎块球磨制粒，得到合金颗粒，合金颗粒的粒径≤0.6mm；
S5、包粉：用钢皮包裹S4制得的合金颗粒，得到球化丝。
8.一种权利要求4-6任一所述的一种防缩松球化丝的制备方法，其特征在于：其包括如下步骤：
S1、熔炼：将除粒度调节剂之外的各原料按重量份进行称取，然后进行混炼，混炼温度为1350-1450℃，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、破碎：将S2制得的合金铁块出模并进行破碎，得到合金碎块；
S4、制粒：将S3制得的合金碎块和粒度调节剂进行混合，然后球磨制粒，得到合金颗粒，合金颗粒的粒径≤0.6mm；
S5、包粉：用钢皮包裹S4制得的合金颗粒，得到球化丝。
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| CN202310058520.7A CN116274891A (zh) | 2023-01-16 | 2023-01-16 | 一种防缩松球化丝及其制备方法 |
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