CN1665941A - 用于处理铸铁的抗微缩孔孔洞的孕育合金 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于处理铸铁铸件的孕育合金,其含有(以重量计)0.005-3%的一种选自于铋、铅和锑的元素、0.3-10%的包括稀土的金属,以及,任选高达5%的铝和高达1.5%的钙,余者是硅铁,镧占该组合物中存在的稀土金属的90%以上。本发明合金能够有效地孕育铸铁并且避免在铸件中出现微缩孔开裂。所述合金具有洗炉料或者粉末形式。
Description
技术领域
本发明涉及液态铸铁的处理,所述铸铁用于制造要求组织中没有铁的碳化物和没有微缩孔孔洞的部件。
背景现状
铸铁是一种广泛用于制造机械部件的著名铁-碳-硅合金。已知:为了使部件获得良好的机械性能,重要的是最终获得一种铁+石墨的组织,最大程度地减小使合金既硬又脆的Fe3C型铁的碳化物的形成。
理想的是形成石墨的形态呈球状、蠕虫状或者薄片状,但是,需满足的基本前提是避免形成铁的碳化物。为实现此目的,在浇注之前对液态铸铁进行孕育处理,这有助于在冷却期间出现石墨而不是铁的碳化物。
因此,孕育处理非常重要。众所周知,对液态铸铁的孕育效率随时间延长而下降,这与所使用的孕育剂无关,在经过约10分钟之后,其效率通常下降50%。该领域的专家将这一现象称作“衰减效应”。为了获得最高效率,通常实施逐步孕育,其包括在制备铸铁的不同阶段添加几次孕育剂。因此,液态铸铁受到频繁孕育处理,首先在铁水包中使用一种孕育合金,例如该合金由尺寸为2-10mm或者0.4-2mm的颗粒构成,其次,是“by-jet(喷射孕育)”,换言之,即在倾倒铁水包时使用颗粒尺寸为0.2-0.7mm的孕育合金,最后是“铸型孕育“,实际上是在铸型铁水浇道中通过使用由孕育材料构成的嵌块(insert)进行,该嵌块沿浇道放置,之后再流过液态铸铁。
所述具有确定形状的嵌块称作洗炉料(slug)。有两种洗炉料:
-“铸态”洗炉料,通过浇注熔融孕育剂获得,
-团聚洗炉料,通过压实粉末获得,压实粉末通常具有很少量粘结剂或者可能的话根本不含任何粘结剂。
本领域的专家认为铸态洗炉料质量最好。但是,出于价格原因,经常优选的是团聚洗炉料。由于部件浇注时间极短,因此洗炉料的溶解速度必须非常快。
此外,本领域专家常常观察到部件中存在测量尺寸在毫米或微米量级的孔洞,这被称作是微缩孔孔洞。这些缺陷使部件更脆。而且,如果部件此后必须进行机加工,例如拉直表面,由于表面上存在这类缺陷,则不可避免地必须报废这些缺陷部件。
一种防止铸铁部件中出现微缩孔孔洞的已知方法是在液态铁中添加镧。这种镧族金属具有减小铁粘度的性能,它不仅能够降低刚好凝固开始之前液态铁的粘度,而且也能够降低凝固期间,即固态+液态混合物中液态铁的粘度。好像添加镧使铸铁具有触变性,任何事都可以发生。因此,如果本领域的专家能够正确设计铸型,则他能够将所有的缩孔孔洞集中在胃口(feeder head),结果获得可靠的部件。
因此,含有镧的球化剂已被成功地推向市场,并且被用在称作SG铸铁的球墨铸铁中,此外,含45%Si和2%La的FeSi型孕育剂也已市场化,其用于SG铸铁和称作LG铸铁的片状石墨铸铁效果同样好。
本发明的目的是提供可以用于处理液态铸铁的孕育合金,该合金尤其能够在“铸型孕育”处理期间有效进行孕育,防止通过铸造获得的部件中形成微孔隙。
发明内容
本发明的目的是将用于处理铸铁的孕育合金,所述合金含有(以重量计)0.005-3%的一种选自于铋、铅和锑的元素、0.3-10%的选自稀土的金属,以及,可能地,最高达5%的铝和最高达1.5%的钙,余者是硅铁,镧占该组合物中所用稀土金属的90%以上。
所述合金中优选含0.2-1.5%的铋,优选0.7-1.3%。镧含量为0.3-8%较好,优选0.5-3%。至少存在0.8%的铝较好,并且其含量优选1-3.5%。
根据本发明的合金可以是粉末形式或具有不同组成的合金粉末的混合物形式,或者由熔融合金模铸的洗炉料形式,或者粉末或粉末混合物的团聚形式。该粉末的颗粒尺寸优选小于1mm,而且,具有的颗粒级分为尺寸为50-250μm的部分占总重量的35%以上,而尺寸小于50μm的部分占总重量的小于25%。
具体实施方式
由于孕育剂本身就被用来获得碳以石墨形式存在的铸铁,因此,本申请人想到开发一种具有抗微缩孔孔洞性能的孕育剂将会很理想。
因此,第一步是设想具有抗微缩孔孔洞添加元素以75%FeSi为基的孕育合金,所述添加元素可以是镧或者锗。锗的要求含量为0.3-6%。镧的要求含量为0.3-8%,优选0.5-5%。
但是,通过设想孕育合金出现了更吸引人的技术方案,该合金中,同样的元素能够实现几个功能:结果,发现从类似美国专利4432793(Nobel-Bozel)中介绍的合金开始特别有吸引力,该合金以硅铁为基,并且含有最高达3%的铋、铅或锑,以及最高达3%的稀土,将抗微孔隙元素如镧添加至该合金中,并且,通过优化Fe-Si-Bi-La合金中镧和其它稀土的总量简化配方。
本申请人在开始阶段,考察所述这些新的抗微孔隙合金处于正常的尺寸级别时,即铁水包中孕育处理时为2-7mm或0.4-2mm,或者喷射孕育处理时为0.4-0.7mm,作为孕育剂具有良好性能。下一步是设想用所述相同的合金制备孕育洗炉料。在最终铸铁中添加的铋已证实减少微孔隙的结果。
因此,采用FeSi型合金的铸造洗炉料获得了非常好的结果,所述洗炉料含有:
-60-80%,优选72-78%的硅,
-0.3-8%,优选0.5-5%的镧,
-0.2-1.5%,优选0.7-1.3%的铋,
-0.8-5%,优选1-3.5%的铝。
实施例
下述的实施例的制备包括在感应炉中熔炼铸铁料,并且采用TundishCover工艺,使用含5%Mg和1%Ca但不含稀土的通常FeSiMg型孕育合金,所用孕育合金的量为每1600kg铸铁加入20kg。液态铸铁的分析结果如下:
C=3.7%,Si=2.6%,Mn=0.07%,P=0.03%,S=0.003%,Mg=0.038%。
采用“V”型试样铸造实验评价宏观孔隙和微孔隙特性。
该实验中,试样包括一个110mm高的“V”型,其顶角等于40°,“V”型的分支宽度为20mm,该部位厚度为20mm。依据铸铁的质量,这种形状导致“V”型在顶角处的宽度为80mm,单位体积为69cm3,单位质量为480-500g。在这种部位中的孔隙选择性出现在“V”型的凹入(re-entrant)部位。
为了评价该实验结果,将部件在厚度中间切开,并且采用光学显微镜检测该剖面,以评价孔隙表面。所获结果表示成孔隙表面积占剖面表面积的分数。
实施例1
在铁水包中,采用尺寸等级为2-10mm的粉末孕育合金对经过预备操作处理的铸铁铁水包进行孕育处理,所述孕育合金具有“Foundry grade”(铸造级)组成,余者主要是Fe,用量为每吨铸铁加入200g。
采用该铸铁浇铸具有与对比实验中定义相同几何形状的V型部件,所述部件成组地排列在一个可浇铸36个部件的砂型中,通过其中带有由耐火泡沫制成的过滤器的浇道口(inlet duct)浇注。
采用光学显微镜对获得的部件的抛光剖面进行检测,确定金属组织与孔隙深度和数量的关系。
在分支的心部处的石墨模数(modules)密度的测量值为120/mm2。
上述部件平均孔隙率的评价结果为2.4%。
实施例2
在铁水包中,采用尺寸等级为2-10mm的孕育合金对经过预备操作处理的第二个铸铁铁水包进行孕育处理,所述孕育合金的组成为:
Si=75.4%,Al=0.94%,Ca=0.86%,La=2.2%,Bi=0.92%,余者主要是Fe。用量为每吨铸铁加入200g。
采用该铸铁浇铸具有与对比实验中定义相同几何形状的V型部件,所述部件成组地排列在一个可浇铸36个部件的砂型中,通过其中带有由耐火泡沫制成的过滤器的浇道口浇注。
采用光学显微镜对获得的部件的抛光剖面进行检测,确定金属组织与孔隙深度和数量的关系。在分支的心部处的石墨模数(modules)密度的测量值为360/mm2。
上述部件平均孔隙率的评价结果为0.3%。
实施例3
采用经过预备操作处理的第三个铸铁铁水包浇铸具有与对比实验中定义相同几何形状的V型部件,所述部件成组地排列在一个可浇铸36个部件的砂型中,通过带有25g洗炉料的浇道口浇注,所述洗炉料由用于进行铸型孕育处理的孕育合金构成,其组成为:
Si=73.6%,Al=3.92%,Ca=0.78%,La=2.1%,Bi=0.97%,余者主要是Fe。采用光学显微镜对获得的部件的抛光剖面进行检测,确定金属组织与孔隙深度和数量的关系。在分支心部处的石墨模数(modules)密度的测量值为320/mm2。
上述部件平均孔隙率的评价结果为0.2%。
Claims (12)
1.用于处理铸铁的孕育合金,含有,以重量计,0.005-3%的一种选自于铋、铅和锑的元素、0.3-10%的选自各种稀土的金属,以及,可能地,最高达5%的铝和最高达1.5%的钙,余者是硅铁,其特征在于:镧占该组合物中所用稀土金属的90%以上。
2.根据权利要求1的合金,其特征在于:其含有0.3-8%的镧和0.2-1.5%的铋。
3.根据权利要求1或2中之一项的合金,其特征在于:其含有0.7-1.3%的铋。
4.根据权利要求1-3中之一项的合金,其特征在于:其含有0.5-5%的镧。
5.根据权利要求1-4中之一项的合金,其特征在于:其含有0.8-5%的铝。
6.根据权利要求5的合金,其特征在于:其含有1-3.5%的铝。
7.根据权利要求1-6中之一项的合金,其特征在于:其具有粉末形式。
8.根据权利要求1-6中之一项的合金,其特征在于:其具有用于进行“铸型孕育”处理的洗炉料形式。
9.根据权利要求8的合金,其特征在于:所述洗炉料通过浇铸熔融合金获得。
10.根据权利要求8的合金,其特征在于:所述洗炉料通过团聚粉末获得。
11.根据权利要求10的合金,其特征在于:所述粉末的颗粒尺寸小于1mm,尺寸为50-250μm的部分占总重量的35%以上,而尺寸小于50μm的部分占小于25%。
12.根据权利要求10或11中之一项的合金,其特征在于:通过具有不同组成的合金粉末的混合物获得所述合金的平均组成。
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Legal Events
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |