專利名稱：一種孕育劑及其制備方法和在冶煉球墨鑄鐵的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶金技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種孕育劑及其制備方法和該孕育劑作為冶煉球墨鑄鐵的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
球墨鑄鐵是通過球化和孕育處理得到球狀石墨，其有效地提高了鑄鐵的機械性能，特別是提高了塑性和韌性，從而得到比碳鋼還高的強度。球墨鑄鐵是20世紀(jì)五十年代發(fā)展起來的一種高強度鑄鐵材料，其綜合性能接近于鋼，正是基于其優(yōu)異的性能，已成功地用于鑄造一些受力復(fù)雜，強度、韌性、耐磨性要求較高的零件。在球墨鑄鐵的鑄造過程中，孕育劑的選取尤為重要。孕育劑能減少白口傾向，改善石墨形態(tài)和分布狀況，增加共晶團數(shù)量，細化基體組織。目前常用的孕育劑為硅鐵，然而，硅鐵孕育生產(chǎn)的鐵液得到的鑄件的抗拉強度在300N/mm2以下，屈服強度也在250N/mm2以下， 不能滿足一些需要高韌性的機器鑄件要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的技術(shù)存在上述問題，提出了一種孕育效果好，孕育后鑄鐵的延伸率和韌性均大幅提高的孕育劑。本發(fā)明的目的可通過下列技術(shù)方案來實現(xiàn)提供一種孕育劑，其質(zhì)量百分比為 Si 72% -76%, Ca :0. 3% -0. 9%, Al :0. 1% -0. 5%，余量為Fe以及不可避免的微量元素。進一步地，該孕育劑質(zhì)量百分比為Si 72%, Ca :0. 3%, Al :0. 1%，余量為！^以及不可避免的微量元素進一步地，該孕育劑的質(zhì)量百分比為Si 74%, Ca :0.5%, Al :0. 2%，余量為！^ 以及不可避免的微量元素。進一步地，該孕育劑的質(zhì)量百分比為Si 75%, Ca :0.7%, Al :0. 5%，余量為！^ 以及不可避免的微量元素。進一步地，該孕育劑的質(zhì)量百分比為Si 76%, Ca :0.9%, Al :0. 5%，余量為！^ 以及不可避免的微量元素。本發(fā)明還提供一種制備上述孕育劑的制備方法，其包括Sl 按上述孕育劑的質(zhì)量百分比稱取合金原料，并將稱取的合金原料粉碎；S2 將粉碎的合金原料放入真空坩堝內(nèi)升溫至1220°C至1450°C以使得各原料熔化；S3 待原料充分熔化混合后，真空冷卻得到本發(fā)明孕育劑。本發(fā)明再提供一種上述孕育劑在冶煉球墨鑄鐵的應(yīng)用，其利用三次孕育處理得到球墨鑄鐵，第一次孕育處理是通過在球化包的球化劑上面覆蓋質(zhì)量相當(dāng)于出爐鐵液質(zhì)量的0. 25-0. 35%，粒度為15-30毫米的孕育劑，鐵液進入球化包后孕育劑對鐵液第一次孕育處理；第二次孕育處理是當(dāng)進入球化包的鐵液高度達到球化包高度2/3時，在出鐵槽中均勻撒入質(zhì)量為0. 3-0. 5%鐵液質(zhì)量，粒度為15-30毫米的孕育劑，待鐵液進入出鐵槽后，孕育劑對其進行第二次孕育處理；第三次孕育處理是當(dāng)鐵液澆注時，隨鐵液加入質(zhì)量為 0. 1-0. 15%鐵液質(zhì)量，粒度為0. 3-1. 0毫米的孕育劑，以對鐵液進行第三次孕育處理。進一步地，第一次孕育處理時，加入的孕育劑質(zhì)量為鐵液質(zhì)量的0. 3%。進一步地，第二次孕育處理時，加入的孕育劑質(zhì)量為鐵液質(zhì)量的0. 45%。進一步地，第三次孕育處理時，加入的孕育劑質(zhì)量為鐵液質(zhì)量的0. 15%。與現(xiàn)有技術(shù)相比，運用本發(fā)明的孕育劑孕育后得到的球墨鑄鐵，其具有高韌性，特別適合于各類需要高強度、高沖擊力機器模具的鑄件。
具體實施例方式下面通過五個實施例詳細描述本發(fā)明孕育劑的組分以及各組分對球墨鑄鐵形成過程中產(chǎn)生的作用。孕育劑中，硅是主要元素，硅的作用主要包括兩個方面一是使得球墨鑄鐵的共晶點和共析點左移，使共晶轉(zhuǎn)變和共析轉(zhuǎn)變溫度升高，轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間增大，使共晶轉(zhuǎn)變的穩(wěn)定系轉(zhuǎn)變溫度和介穩(wěn)定系轉(zhuǎn)變溫度間隔增大；另一方面，由于硅可以與氧反應(yīng)形成硅酸鹽等顆粒作為石墨形核的基底，增加石墨核心數(shù)量，細化共晶團，因此硅是強烈促進石墨化的元素，也使得硅的含量對于孕育劑尤為重要。另外，在鐵液中，鋁和鈣會與氧、氮反應(yīng)，形成高熔點的化合物，成為石墨結(jié)晶的核心。而且，加入含有鋁、鈣的孕育劑后，鐵液中可形成局部的富硅微區(qū)，有利于石墨析出。但是，鐵液中的鋁含量又不能太高，由于鋁元素具有很強的吸氧特性，多加入0.01%的鋁元素，就可能導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生皮下氣孔；相應(yīng)地，鈣的化學(xué)性質(zhì)活潑，具有很強的脫氧去硫能力。 因此，需要合理的配置鈣和鋁的質(zhì)量百分比比例，一方面使得鐵液中盡量不產(chǎn)生皮下氣孔， 另一方面又要使得鐵液中可形成局部的富硅微區(qū)，便于石墨析出。實施例1孕育劑的質(zhì)量百分比為=Si72% -76%, Ca :0. 3% -0. 9%, Al 0. 1% -0. 5%,^ 量為Fe以及不可避免的微量元素。本實施例中，72% -76%質(zhì)量百分比的硅元素不僅具有上述使得球墨鑄鐵的共晶點和共析點左移，促進石墨化的作用，其還可以在共析轉(zhuǎn)變過程中有效地抑制滲碳體的析出。根據(jù)實驗可知，鐵液凝固過程中如果能有效地阻止?jié)B碳體的析出，客觀上就會促使石墨析出，而本實施例中72% -76%的硅元素則通過以下幾方面的表現(xiàn)有效地減小滲碳體穩(wěn)定性(a)硅原子與滲碳體反應(yīng)析出碳原子和硅鐵，而硅鐵溶解于鐵液形成高硅鐵素體和碳化硅且碳化硅在熱力學(xué)上是不穩(wěn)定的；(b)硅飽和溶體具有排碳性，使碳成為過飽和狀態(tài)并以石墨形式析出；(c)硅與溶體反應(yīng)所釋放的熱量延緩了鑄鐵的冷卻。由于上述質(zhì)量百分比的硅有效地阻止?jié)B碳體的析出，改善了球墨鑄鐵斷面硬度的均勻性和加工性能。實施例2球墨鑄鐵孕育劑的質(zhì)量百分比為Si 72%, Ca :0. 3%, Al :0. 1%，余量為！^以及不可避免的微量元素。實施例3球墨鑄鐵孕育劑的質(zhì)量百分比為Si 74%, Ca :0. 5%, Al :0. 2%，余量為！^以及不可避免的微量元素。實施例4球墨鑄鐵孕育劑的質(zhì)量百分比為Si 75%, Ca :0. 7%, Al :0.4%，余量為佝以及不可避免的微量元素。實施例5球墨鑄鐵孕育劑的質(zhì)量百分比為Si 76%, Ca :0. 9%, Al :0. 5%，余量為！^以及不可避免的微量元素。上述孕育劑通過如下方法制成(1)按實施例1至實施例5所述孕育劑的質(zhì)量百分比稱取合金原料，并將稱取的合金原料粉碎；(2)將粉碎的合金原料放入真空坩堝內(nèi)升溫至1220°C至1450°C以使得各原料熔化；(3)待原料充分熔化混合后，真空冷卻得到本發(fā)明孕育劑。在球墨鑄鐵鑄造過程中，本發(fā)明采用三次孕育的方法以保證球墨鑄鐵的物理特性。第一次孕育在球化包的球化劑上面覆蓋相當(dāng)于出爐鐵液質(zhì)量的0. 25-0. 35%的孕育劑，孕育劑的質(zhì)量優(yōu)選為出爐鐵液質(zhì)量的0. 3%，孕育劑粒度為15-30毫米。出爐鐵液進入球化包后，孕育劑對其第一次孕育處理。第二次孕育當(dāng)出爐鐵液進入球化包，且鐵水高度達到球化包2/3高度時，在出鐵槽中均勻撒入0. 3-0. 5%鐵液質(zhì)量的孕育劑，優(yōu)選為0. 45%鐵液質(zhì)量的孕育劑，孕育劑粒度為15-30毫米。鐵液進入出鐵槽后，孕育劑對其第二次孕育處理。第三次孕育鐵液澆注時，隨鐵液再次加入0. 1-0. 15%鐵液質(zhì)量，優(yōu)選0. 15%鐵液質(zhì)量的孕育劑，孕育劑粒度為0. 3-1. 0毫米，而后得到所需球墨鑄鐵。三次孕育的過程中，孕育劑成分相同但是粒度不同，這主要是因為在孕育劑用于球墨鑄鐵鑄造時，孕育劑的粒度大小對于孕育劑的作用影響也較大，若粒度過細，則孕育劑中的硅元素容易氧化成SiO2，使得硅元素不能起到應(yīng)有的作用；若粒度過大，則孕育劑不能有效地、均勻地溶于鐵液中。對應(yīng)本發(fā)明三次孕育處理過程中，由于第一次以及第二次孕育時，鐵水能充分包圍孕育劑，因此孕育劑粒度無需十分細小，孕育劑顆粒大小分布也無需十分均勻，而在第三次孕育時，澆注作為球墨鑄鐵冶煉的最后一道工藝，孕育劑必須粉碎到一定小的粒度才能使得孕育劑的表面積充分增加，使其在高溫下氧化速度增快，能更快、更充分的對鐵液孕育處理。同時，球墨鑄造過程中加入孕育劑的劑量也對最終冶煉的球墨鑄鐵性能有重要影響，如果加入的孕育劑劑量過少，則會導(dǎo)致球墨鑄鐵加工性能惡化、力學(xué)性能降低以及基體組織不均勻；但是，如果加入的孕育劑過多，一方面造成較大的浪費，另一方面也會產(chǎn)生較多熔渣，并且會由于共晶團數(shù)的增加而產(chǎn)生縮孔。本發(fā)明采用三次孕育法制備球墨鑄鐵，分三批次加入不同劑量的孕育劑，一方面是要通過合理的劑量使得球墨鑄鐵有良好的性能， 另一方面也是因為孕育劑因其成分和劑量不同，在孕育后存在衰退時間，本發(fā)明通過精確設(shè)計、多次試驗使得孕育劑的成分、劑量和其衰退時間相互匹配，保證孕育效果的最優(yōu)化。按實施例1至實施例5中孕育劑的質(zhì)量百分比配置孕育劑后，通過上述三次孕育方法得到球墨鑄鐵，測試最終球墨鑄鐵的抗拉強度、屈服強度以及延伸率，測試結(jié)果如下表 1 表1 采用本發(fā)明的孕育劑孕育后球墨鑄鐵的性能
權(quán)利要求
1.一種孕育劑，其特征在于，所述孕育劑質(zhì)量百分比為Si ,12 % -76 %, Ca 0.3% -0.9%, Al 0. 1% -0.5%，余量為！^以及不可避免的微量元素。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球墨鑄鐵孕育劑，其特征在于，所述孕育劑質(zhì)量百分比為 Si 72%, Ca 0. 3%, Al :0. 1%，余量為!^e以及不可避免的微量元素。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球墨鑄鐵孕育劑，其特征在于，所述孕育劑的質(zhì)量百分比為 Si 74%, Ca 0. 5%, Al :0. 2%，余量為！^以及不可避免的微量元素。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球墨鑄鐵孕育劑，其特征在于，所述孕育劑的質(zhì)量百分比為 Si 75%, Ca 0. 7%, Al :0. 5%，余量為！^以及不可避免的微量元素。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球墨鑄鐵孕育劑，其特征在于，所述孕育劑的質(zhì)量百分比為 Si 76%, Ca 0. 9%, Al :0. 5%，余量為！^以及不可避免的微量元素，粒度為15-20毫米。
6.一種制備權(quán)利要求1至5任意一項所述孕育劑的制備方法，奇特在于包括步驟51按權(quán)利要求1至5任意一項所述孕育劑的質(zhì)量百分比稱取合金原料，并將稱取的合金原料粉碎；52將粉碎的合金原料放入真空坩堝內(nèi)升溫至1220°C至1450°C以使得各原料熔化；53待原料充分熔化混合后，真空冷卻得到本發(fā)明孕育劑。
7.—種權(quán)利要求1至5任意一項所述孕育劑在冶煉球墨鑄鐵的應(yīng)用，其特征在于通過三次孕育處理得到球墨鑄鐵；第一次孕育處理在球化包的球化劑上面覆蓋質(zhì)量相當(dāng)于出爐鐵液質(zhì)量的 0. 25-0. 35%，粒度為15-30毫米的孕育劑，鐵液進入球化包后孕育劑對鐵液第一次孕育處理；第二次孕育處理當(dāng)進入球化包的鐵液高度達到球化包高度2/3時，在出鐵槽中均勻撒入質(zhì)量為0. 3-0. 5%鐵液質(zhì)量，粒度為15-30毫米的孕育劑，待鐵液進入出鐵槽后，孕育劑對其進行第二次孕育處理；第三次孕育處理當(dāng)鐵液澆注時，隨鐵液加入質(zhì)量為0. 1-0. 15%鐵液質(zhì)量，粒度為 0. 3-1. 0毫米的孕育劑，以對鐵液進行第三次孕育處理。
8.如權(quán)利要求7所述的孕育劑作為冶煉球墨鑄鐵的應(yīng)用，其特征在于第一次孕育處理時，加入的孕育劑質(zhì)量為鐵液質(zhì)量的0. 3%。
9.如權(quán)利要求7所述的孕育劑作為冶煉球墨鑄鐵的應(yīng)用，其特征在于第二次孕育處理時，加入的孕育劑質(zhì)量為鐵液質(zhì)量的0. 45%。
10.如權(quán)利要求7所述的孕育劑作為冶煉球墨鑄鐵的應(yīng)用，其特征在于第三次孕育處理時，加入的孕育劑質(zhì)量為鐵液質(zhì)量的0. 15%。
全文摘要
本發(fā)明公開一種孕育劑及其制備方法和該孕育劑在冶煉球墨鑄鐵的應(yīng)用，屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域，其解決了現(xiàn)有的孕育劑孕育效果較差的技術(shù)問題。本發(fā)明球墨鑄鐵孕育劑其質(zhì)量百分比為Si72％-76％，Ca0.3％-0.9％，Al0.1％-0.5％，余量為Fe以及不可避免的微量元素。且通過三次孕育處理的方法得到球墨鑄鐵。運用本發(fā)明的孕育劑孕育后得到的球墨鑄鐵，其具有高韌性，特別適合于各類需要高強度、高沖擊力機器模具的鑄件。
文檔編號C22C33/08GK102392175SQ201110329149
公開日2012年3月28日 申請日期2011年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月20日
發(fā)明者俞光杰, 劉銳, 李建國 申請人:寧波康發(fā)鑄造有限公司