專利名稱：一種用于細化灰鑄鐵組織的孕育劑及其制備方法和應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于細化灰鑄鐵組織的孕育劑，屬于材料工程領域。
背景技術：
隨著汽車工業的不斷進步,發動機正在向大馬力、高速度和輕量化方向發展，對發動機上重要的缸體、缸蓋等鑄件提出了更高的要求，要求高強度、高致密性、高熱疲勞性、低應力、表面光潔、尺寸精確。而大馬力發動機缸體和缸蓋大多采用灰鑄鐵材質，因此,對灰鑄鐵材料提出了更高的要求。在高強度灰鑄鐵生產技術方面，我國同國外相比還存在著一定的差距。我國在高強度灰鑄鐵的研究與生產技術上與國外的主要差距如下。A.強度低。同樣的鐵水化學成分生產出來的鑄件，強度比國外低I 2牌號。若想生產相同牌號的灰鑄鐵，就必須降低碳當量。這將引起白口傾向增大，收縮傾向增大，使 薄壁處加工困難，且易出現裂紋、縮松及鑄造性能變差等問題。對于發動機上的缸體、缸蓋鑄件還會使滲漏傾向增大。B.鑄造工藝落后。鑄件壁厚大、重量大，如機床類鑄件比國外重10%以上,發動機缸體比國外的重30%以上。C.耐磨性差、壽命低。國外汽車第一次大修里程汽油車一般在30萬km以上，柴油車在50 80萬km，而我國汽油車僅為5 10萬km，柴油車也只達10 15萬km。D.斷面敏感性大,加工性能差。造成與國外差距的原因之一是孕育技術的落后。國外非常重視對孕育劑和孕育方法的研究，孕育劑品種很多，各有各的用途，針對不同的鑄件，不同的生產條件，選擇適用的孕育劑。近年來，國外發展了各種新型孕育劑，即在硅鐵的基礎上加進一些強化孕育效果的元素，如鋁、鈣、鋇、鰓、鎂等，而且實現了孕育劑系列化、標準化、商品化。而國內前一段時間一直使用75SiFe孕育劑，品種單一，缺乏統一的質量要求，各個廠家生產的75SiFe質量各不相同，尤其又對其中的Al、Ca含量沒有規定，鑄件質量差。近年來，國家科技部對孕育劑的開發研究工作非常重視，將研制與生產出各種孕育劑投放市場，取得很大成績。初步摸清了 75SiFe中雜質元素含量的情況及對鑄鐵性能的影響規律。對不同Al、Ca含量對孕育效果影響進行了試驗，得出含重量百分比為O. 67Ca、0. 8A1時石墨化效果最好。在此基礎上提出了我國鑄造用75SiFe的Al、Ca含量范圍，并納入了生產技術條件。開發了多種以75SiFe為基的孕育劑，滿足了不同類型鑄件特別是薄壁高強度灰鑄鐵件的要求。 一是含Ba孕育劑。Ba在改善鑄件壁厚敏感性和提高抗衰退能力方面有顯著效果，即具有長效性。長春稀土合金廠、南京特種合金廠均生產含Ba重量百分比為4 8的孕育齊U。二是含稀土(RE)孕育劑。少量RE能提高孕育效果，有顯著減少白口傾向的作用，減慢衰退速度，但加入量不能超過一定值，否則白口增大。如與Ca、Ba復合成RE-Ca-Ba孕育齊U，則其減小白口傾向，減少過冷石墨及長效功能均很好，是生產薄壁高強度灰鑄鐵較好的孕育劑。三是含Sr孕育劑。能使厚斷面不出現縮孔、縮松，而薄斷面能顯著消除白口，減小鑄件產生縮松的可能性，熔解迅速，衰退慢。四是含Zr孕育劑。可提高抗衰退能力，有利于消除鑄件中的氣孔，改善鐵水的流動性，減小白口傾向，能得到均勻細小的A型石墨，南京特種合金廠已生產含Zr重量百分比為6左右的孕育劑。本課題組多年來研究高強度灰鑄鐵，發明了 “微合金化高強度灰鑄鐵”和“易加工高強度灰鑄鐵”，用于制造大馬力柴油發動機缸體毛坯。為了進一步提高高強度灰鑄鐵的強度，研究了不同孕育劑孕育處理對高強度灰鑄鐵組織、性能的影響，采用本發明孕育劑孕育處理的高強度灰鑄鐵抗拉強度比采用75SiFe孕育處理高強度灰鑄鐵的抗拉強度明顯提高，達400MPa以上。

發明內容
本發明的目的是提供一種加入量少、成本低、工藝簡單的灰鑄鐵用孕育劑，此種孕育劑采用澆包內加入方法，能夠促進亞共晶灰鑄鐵凝固過程中初生奧氏體的生核，增加初生奧氏體枝晶數量，同時能夠細化灰鑄鐵中的石墨組織，提高亞共晶灰鑄鐵的強度。本發明的目的通過以下技術方案實現一種用于細化灰鑄鐵組織的孕育劑，按質量百分比計包括40 % 50 %的硅、5% 8%的錳、5% 8%的鋯、2% 5%的鈣、2% 3%的鋁，余量為鐵。一種用于細化灰鑄鐵組織的孕育劑的制備方法，將含有硅、錳、鋯、鈣、鋁元素的鐵合金混合、熔煉、冷卻，破碎成4 8毫米尺寸的顆粒，采用澆包內孕育方法加入灰鑄鐵溶液中。采用上述孕育劑孕育處理的易加工高強度灰鑄鐵，合金成分按質量百分比計2. 90 3. 50C、1. 50 2. 40Si、0. 20 O. 80Mn、0. 01 005P、0. 03 O. 15S、0. 20 O. 80Cu、O. 15 O. 50Cr、0. 01 O. IOSn,O. 005 O. 10Ν、0· 005 O. IV,采用 500Kg 工頻熔煉爐熔煉，熱電偶測溫，鐵水出爐溫度1530°C，澆包內孕育，孕育劑加入量為0.4%，充分攪拌后在樹脂砂型中澆注抗拉強度測定及組織分析試樣，試樣尺寸Φ30mmX300mm。圖例說明 圖I試驗灰鑄鐵A的石墨組織。圖2試驗灰鑄鐵B的石墨組織。圖3試驗灰鑄鐵A的珠光體組織。圖4試驗灰鑄鐵B的珠光體組織。圖5試驗灰鑄鐵A的初生奧氏體組織。圖6試驗灰鑄鐵B的初生奧氏體組織。圖7試驗灰鑄鐵C的石墨組織。圖8試驗灰鑄鐵D的石墨組織。圖9試驗灰鑄鐵C的珠光體組織。

圖10試驗灰鑄鐵D的珠光體組織。 圖11試驗灰鑄鐵C的初生奧氏體組織。
圖12試驗灰鑄鐵D的初生奧氏體組織。
具體實施例方式I、試驗采用發明專利“易加工高強度灰鑄鐵”，合金成分如表I所示。采用500Kg工頻熔煉爐熔煉，熱電偶測溫，鐵水出爐溫度1530°C，澆包內孕育，孕育劑加入量為O. 4%,充分攪拌后在樹脂砂型中澆注抗拉強度測定及組織分析試樣，試樣尺寸Φ30mmX300mm。表I實驗灰鑄鐵的化學組成(質量百分比)
權利要求
1.一種用于細化灰鑄鐵組織的孕育劑，其特征在于按質量百分比計包括40% 50% 的硅、5% 8%的錳、5% 8%的鋯、2% 5%的鈣、2% 3%的鋁，余量為鐵。
2.一種如權利要求I所述的用于細化灰鑄鐵組織的孕育劑的制備方法，其特征在于 將含有硅、錳、鋯、鈣、鋁元素的鐵合金混合、熔煉、冷卻，破碎成4 8毫米尺寸的顆粒，采用澆包內孕育方法加入灰鑄鐵溶液中。
3.采用權利要求I所述的孕育劑孕育處理的易加工高強度灰鑄鐵，其特征在于合金成分按質量百分比計2· 90 3. 50C、L 50 2. 40Si、0. 20 O. 80Mn、0. 01 005Ρ、 O. 03 O. 15S、0. 20 O. 80Cu、0. 15 O. 50Cr、0. 01 O. IOSn,O. 005 O. 10Ν、0· 005 O.IV，采用500Kg工頻熔煉爐熔煉，熱電偶測溫，鐵水出爐溫度1530°C，澆包內孕育，孕育劑加入量為O. 4%，充分攪拌后在樹脂砂型中澆注抗拉強度測定及組織分析試樣，試樣尺寸 Φ 30mmX 300mm。
全文摘要
本發明涉及一種用于細化灰鑄鐵組織的孕育劑及其制備方法和應用。本發明孕育劑包括質量百分比為40％～50％的硅、5％～8％的錳、5％～8％的鋯、2％～5％的鈣、2％～3％的鋁，余量為鐵。將含有硅、錳、鋯、鈣、鋁等的鐵合金混合、熔煉、冷卻，破碎成4～8毫米尺寸的顆粒，采用澆包內孕育方法加入灰鑄鐵溶液中。采用本發明孕育劑孕育處理的易加工高強度灰鑄鐵強度達到了400MPa以上。此種孕育劑能夠促進亞共晶灰鑄鐵凝固過程中初生奧氏體的生核，增加初生奧氏體枝晶數量，同時，能夠細化灰鑄鐵中的石墨組織，以及減小基體珠光體組織的片間距，從而提高亞共晶灰鑄鐵的強度。具有加入量少、成本低、工藝簡單等特點。
文檔編號B22D1/00GK102925784SQ20121040490
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月21日 優先權日2012年10月21日
發明者王金國, 姜啟川, 逄偉, 杭新, 劉國懿, 張鳳山, 侯駿 申請人:吉林大學