CN117344193A - 一种新型灰铸铁用孕育剂及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型灰铸铁用孕育剂及其应用，该新型灰铸铁用孕育剂按质量分数计，化学成分为：N：1.3‑2.7％，Ba：0.8‑1.5％％，Cr：9.6‑19.1％，Si：47.5‑58.8％以及余量Fe。用撕碎机将含有N、Ba、Cr等元素的合金破碎为1‑3mm颗粒，即得新型灰铸铁用孕育剂。本发明制得的心性灰铸铁孕育剂尤其适用于C含量大于3.7wt.％的高碳灰铸铁的生产制备。采用本发明制得的孕育剂制备灰铸铁，不仅能够通过改变灰铸铁组织中石墨端部的形状，提升灰铸铁的力学性能，同时还能够通过改变灰铸铁组织中石墨的形态和数量，提升灰铸铁的导热性能。
Description
技术领域
本发明属于灰铸铁技术领域，涉及一种新型灰铸铁用孕育剂及其应用。
背景技术
灰铸铁是由片状石墨与珠光体或珠光体与铁素体为基体的金属材料，由于具有良好的铸造性能、减震性能、导热性能及耐磨损性能，同时，生产成本低这些特点，是目前依然广泛应用的金属材料，如汽车发动机的缸体、汽车制动盘、制动鼓、机床床身等。
灰铸铁组织中的石墨特征，如石墨类型、石墨的含量、石墨的长度、石墨的弯曲程度，以及石墨端部的钝化程度，对灰铸铁的各项性能有极为重要的影响，一般而言，石墨的含量越高、石墨长度越长、石墨形态越平直、石墨的端部越尖锐，则灰铸铁的抗拉强度越低，导热性能越好；反之，降低石墨含量、获取细小弯曲及端部钝化的石墨，则有利于提高灰铸铁的抗拉强度，但使灰铸铁的导热性能降低。采用降低灰铸铁中石墨含量，以提高灰铸铁的抗拉强度，不仅会降低灰铸铁的铸造性能，影响灰铸铁的铸造流动性及铸件内部缩孔、缩松倾向等，同时，降低灰铸铁的导热性能。所以往往多采用改变石墨的特征或提高灰铸铁基体珠光体的含量，以期提高灰铸铁的抗拉强度。
近年来对灰铸铁的导热性能要求越来越高，通过改变石墨特征，不仅有利于灰铸铁抗拉强度的提高，同时，有利于提高灰铸铁的导热性能。基于此，本发明提供了一种新型灰铸铁用孕育剂及其应用，能有效提高灰铸铁的抗拉强度和导热性能。
发明内容
鉴于上述不足，本发明的目的是通过向孕育剂中添加N元素，以钝化石墨的端部，通过添加Ba元素以改变石墨的弯曲程度，制备出一种高抗拉强度和高导热性能的灰铸铁。
本发明是通过如下技术手段实现的：
本发明公开了一种新型灰铸铁用孕育剂，按质量分数计，包括：
N：1.3-2.7％、Ba：0.8-1.5％、Cr：9.6-19.1％、Si：47.5-58.8％，余量为Fe。
本发明还公开了一种新型灰铸铁用孕育剂的制备方法，包括：
采用撕碎机将含有N、Ba、Cr、Si、Fe元素的合金破碎为1-3mm颗粒，得新型灰铸铁用孕育剂。
本发明还公开了一种上述新型灰铸铁孕育剂在制备灰铸铁中的应用。
进一步地，该灰铸铁为C含量大于3.7wt.％的高碳灰铸铁。
本发明的有益效果在于：
本发明通过改变灰铸铁组织中石墨端部的形状，提升灰铸铁的力学性能，通过改变灰铸铁组织中石墨的形态和数量，提升灰铸铁的导热性能。
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为新型复合孕育剂对石墨组织的影响，其中(a)表示新型孕育剂处理结果，(b)表示硅铁孕育剂处理结果；
图2为新型孕育剂处理后的钝化石墨。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面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。
实施例1：
一种新型灰铸铁用孕育剂，按质量分数计，化学成分为：N：2.7％、Ba：1.5％、Cr：19.1％、Si：47.5％，余量为Fe。将含有N、Cr、Ba、Si等元素的合金破碎为1-3mm颗粒后混合均匀，即得。
实施例2：
一种新型灰铸铁用孕育剂，按质量分数计，化学成分为：N：2.0％、Ba：1.1％、Cr：14.3％、Si：53.5％，余量为Fe。将含有N、Cr、Ba、Si等元素的合金破碎为1-3mm颗粒后混合均匀，即得。
实施例3：
一种新型灰铸铁用孕育剂，按质量分数计，化学成分为：N：1.3％、Ba：0.8％、Cr：9.6％、Si：58.8％，余量为Fe。将含有N、Cr、Ba、Si等元素的合金破碎为1-3mm颗粒后混合均匀，即得。
应用例1：
将实施例1制得的孕育剂采用浇包内孕育处理方法制备灰铸铁
实验灰铸铁合金成分按质量分数计：C：3.77％、Si：1.06％、Mn：0.71％、S：0.05％、Cu：0.37％、Cr：0.30％、Mo：0.17％、Nb：0.10％。采用中频感应炉熔化灰铸铁，制备实验灰铸铁抗拉强度、导热性能及组织分析试样，进行抗拉强度、导热系数测试及组织观察。
应用例2：
将实施例1制得的孕育剂采用浇包内孕育处理方法制备灰铸铁
实验灰铸铁合金成分按质量分数计：C：3.93％、Si：1.15％、Mn：0.72％、S：0.07％、Cu：0.31％、Cr：0.21％、Mo：0.14％、Nb：0.17％。采用中频感应炉熔化灰铸铁，制备实验灰铸铁抗拉强度、导热性能及组织分析试样，进行抗拉强度、导热系数测试及组织观察。
应用例3：
将实施例3制得的孕育剂采用浇包内孕育处理方法制备灰铸铁
实验灰铸铁合金成分按质量分数计：C：3.9％、Si：1.17％、Mn：0.71％、S：0.07％、Cu：0.33％、Cr：0.27％、Mo：0.15％、Nb：0.17％。采用中频感应炉熔化灰铸铁，制备实验灰铸铁抗拉强度、导热性能及组织分析试样，进行抗拉强度、导热系数测试及组织观察。
对比例1：
采用75-SiFe作为对比孕育剂，采用浇包内孕育处理方法。实验灰铸铁合金成分按质量分数计：C：3.75％、Si：1.08％、Mn：0.70％、S：0.05％、Cu：0.38％、Cr：0.30％、Mo：0.17％、Nb：0.11％。采用中频感应炉熔化灰铸铁，制备实验灰铸铁抗拉强度、导热性能及组织分析试样，进行抗拉强度、导热系数测试及组织观察。
使用拉伸机测量试样抗拉强度、使用热流法导热测试仪测量试样导热系数；使用金相显微镜观察试样组织。结果如表1和图1、图2所示。
表1实施例1、对比例1的试样性能
| 组别 | 抗拉强度MPa | 导热系数W/(m*K) |
| 应用例1 | 245 | 77.9 |
| 应用例2 | 236 | 69.9 |
| 应用例3： | 216 | 68.9 |
| 对比例1 | 224 | 67.2 |
根据表1结果显示，使用了新型复合孕育剂后灰铸铁的抗拉强度和导热系数同时获得提升，抗拉强度提升了21MPa，导热系数提升了10.7W/(m*K)。
图1为新型复合孕育剂对石墨组织的影响，其中(a)表示新型孕育剂处理结果，(b)表示硅铁孕育剂处理结果。观察对比图(a)、图(b)可以发现，使用了新型孕育剂后石墨组织发生明显变化：硅铁孕育剂处理的石墨组织中石墨量较少，且大部分石墨片较粗长；经新型复合孕育剂处理后石墨数量明显提升，石墨厚度减少，呈现出了以较长石墨为骨架，较短石墨填补间隙的石墨组织形态。
抗拉强度的提高源于石墨端部的钝化，如图2所示；导热系数的提升则源自于石墨数量的增加，较长的石墨连通着细小石墨构成的石墨团簇，促进热量的传递。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施例的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (5)
1.一种新型灰铸铁用孕育剂，按质量分数计，包括：
N：1.3-2.7％；
Ba：0.8-1.5％％；
Cr：9.6-19.1％；
Si：47.5-58.8％；以及
余量Fe。
2.一种如权利要求1所述新型灰铸铁孕育剂的制备方法，包括：
采用撕碎机将含有N、Ba、Cr、Si、Fe元素的合金破碎为1-3mm颗粒，得新型灰铸铁用孕育剂。
3.一种根据权利要求2所述制备方法制得的新型灰铸铁用孕育剂。
4.一种根据权利要求1或3所述的新型灰铸铁用孕育剂在制备灰铸铁中的应用。
5.根据权利要求4所述的应用，其中：
所述灰铸铁为C含量大于3.7wt.％的高碳灰铸铁。
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