用于高铬铸铁的非晶孕育剂及其制备方法和使用方法与流程

本发明属于铸铁合金，特别是涉及用于高铬铸铁的非晶孕育剂及其制备方法和使用方法。
背景技术：
：高铬铸铁是高铬白口抗磨铸铁的简称，它以优于合金钢的耐磨性、优于普通白口铸铁的韧性和强度以及良好的抗高温和抗腐蚀性能而成为一种生产便捷、成本适中、性能优良的抗磨金属材料之一。随着工程机械不断发展，对高铬铸铁耐磨件的力学性能也提出了越来越高的要求。实验研究发现：高铬铸铁通过高合金化和热处理手段可得到马氏体、残余奥氏体基体以及铬的特殊碳化物。这种特殊碳化物硬度高达HV1200-1600，远高于渗碳体型碳化物和常见的矿物磨粒的硬度。这类碳化物的存在是高铬铸铁获得高抗磨性的主要原因。但，高铬铸铁中的共晶结构与一般铸铁中的莱氏体不同，普通白口铸铁中的莱氏体呈连续网状，而高铬铸铁的共晶碳化物呈断开的块和条状态。在高铬铸铁合金的铸态组织中，基体组织晶粒较粗大，共晶莱氏体组织中的渗碳体相仍呈较粗大的片状，一次合金渗碳体相多为粗大的多角形块状和条状。粗大的渗碳体硬脆相严重地割裂了基体，不利于高铬铸铁合金的强度和韧性。授权公告号CN103111609B公开了一种非晶态合金孕育处理铸造铝合金方法，所述孕育剂包括Zr系、Ni系、Cu系、Al系和Ti系多元非晶合金，成分按原子百分比为：Zr50Cu50；Zr55Cu30A110Ni5；Zr65Cu15Al10Ni10；(Zr55Cu30A110Ni5)95La5；Ni60Nb25Ti15；Ni70Nb10Ti10Zr10；Cu47Ti34Zr11Ni8；Cu47Ti34Zr11Ni8；Ti50Cu45Ni5；Ti50Cu45Ni5；Al84Ni10La6；(1)孕育剂的制备：a)在高纯氩气的保护下，将按一定比例混合的纯金属物料，在高真空多功能电弧炉中熔炼成合金，并吸铸成棒材；b)然后将棒材通过高真空感应加热单辊旋淬系统制成非晶条带。孕育处理的工艺参数为：将制备好的非晶薄带在铝合金浇铸之前加入铝合金熔体，铝合金熔体温度为750℃-770℃；非晶孕育剂加入量为铝合金重量的0.05-1.0wt.％；孕育处理时间为15-600秒；辅助机械搅拌0-300秒；辅助超声震荡0-180秒。该方法的孕育剂是薄条带状，便于在熔体中分散、均匀，其团簇和纳米晶逐步分散于铝合金熔体中，作为α-Al的异质形核核心，显著地增加了铝合金熔体中初生α-Al形核的核心数量，从而十分明显地细化了α-Al晶粒。授权公告号CN102011026B公开了航空紧固件用钛合金及其制备方法，其中涉及的非晶钛合金孕育剂的原料按元素的质量百分比为Cu：10％～15％、Ni：10％～15％、Al：1％～5％、V：1％～5％、Fe：3％～10％、B：1％～5％、Zr：5％～10％、Cr：1％～5％，余量为Ti；非晶钛合金孕育剂的制备采用极速冷却法，首先在真空电弧炉的真空度压力值＞2×10-3Pa，起弧后的弧电流200A～300A，原料全部熔化后随炉冷却至室温，得到钛合金铸锭，再将所得钛合金铸锭在水冷铜坩埚中反复上述熔化和冷却至室温的熔炼操作过程4次～6次，得到成分相对均匀的钛合金铸锭，再将该成分相对均匀的钛合金铸锭在抽真空至真空度＞2×10-3Pa的真空退火炉中于900℃～1100℃温度均匀化退火7h～10h，制得成分完全均匀化的钛合金铸锭；最后高纯氩气至真空度的压力值为0.06Pa～0.08Pa，将原料放入非自耗真空电弧炉的水冷铜坩埚中，调节钨电极位置，使之与水冷铜坩埚内放入的非晶钛合金孕育剂原料之间的距离为0.5mm～1.5mm，关闭炉门和放气阀，抽真空至真空度压力值＞2×10-3Pa后，随后充入高纯氩气至真空度的压力值为0.06Pa～0.08Pa，起弧后调节弧电流逐步上升至200A～300A，整个过程都用高纯氩气保护，至全部原料熔化，随炉冷却至室温，得到钛合金铸锭，再将所得钛合金铸锭在水冷铜坩埚中反复上述熔化和冷却至室温的熔炼操作过程4次～6次，得到成分相对均匀的钛合金铸锭，将该成分相对均匀的钛合金铸锭在抽真空至真空度＞2×10-3Pa的真空退火炉中于900℃～1100℃温度均匀化退火7h～10h，制得成分完全均匀化的钛合金铸锭；最后通过快淬法得到非晶钛合金条带，即为非晶钛合金孕育剂。技术实现要素：本发明的一个目的在于公开一种用于高铬铸铁的非晶孕育剂，另一目的在于公开所述非晶孕育剂的制备方法，再一个目的在于提供所述非晶孕育剂的使用方法。本发明为实现上述目的采取以下技术方案：本发明的用于高铬铸铁的非晶孕育剂，由以下重量百分比的各元素组成：21-42的Re，32-44的Si，0.05-2的Ti，0-0.7的B，0-0.6的Cr，0-0.5的Cu，余量为Fe。所述用于高铬铸铁的非晶孕育剂各元素组成是：21-24的Re，40-44的Si，0.05-2.0的Ti，0-0.1的B，0-0.6的Cr，0-0.5的Cu，余量为Fe。所述用于高铬铸铁的非晶孕育剂的各元素组成是：24.7-27的Re，39-43的Si，0.05-2.0的Ti，0-0.2的B，0-0.6的Cr，0-0.5的Cu，余量为Fe。所述用于高铬铸铁的非晶孕育剂的各元素组成是：27-30的Re，38-42的Si，0.05-2.0的Ti，0-0.3的B，0-0.6的Cr，0-0.5的Cu，余量为Fe。所述用于高铬铸铁的非晶孕育剂的各元素组成是：30-33的Re，36-40的Si，0.05-1.0的Ti，0-0.4的B，0-0.6的Cr，0-0.5的Cu，余量为Fe。所述用于高铬铸铁的非晶孕育剂的各元素组成是：33-36的Re，35-39的Si，0.05-1.0的Ti，0-0.5的B，0-0.6的Cr，0-0.5的Cu，余量为Fe。所述用于高铬铸铁的非晶孕育剂的各元素组成是：36-39的Re，33-38的Si，0.05-1.0的Ti，0-0.6的B，0-0.6的Cr，0-0.5的Cu，余量为Fe。所述用于高铬铸铁的非晶孕育剂的各元素组成是：39-42的Re，32-37的Si，0.05-1.0的Ti，0-0.7的B，0-0.6的Cr，0-0.5的Cu，余量为Fe。本发明的非晶孕育剂制备方法：将粒度为2-8mm的非晶孕育剂各元素原料放入真空快淬炉的水冷铜坩埚，调节电极位置，使之与坩埚内的原料合金颗粒之间的距离为0.5～1.5mm，关闭炉门、进出料口和放气阀，抽真空至3-4×10-3Pa后充入氩气，真空快淬炉压力保持在0.04～-0.06Pa，起弧后调节弧电流逐步上升至650～800A，将坩埚内的原料合金熔化，待该合金全部熔化成液态时，倾斜该坩埚使得该合金熔液通过流道引至高速旋转的水冷钼轮使之极速凝固形成薄带状并沿钼轮切线方向抛出，落入真空炉体下部的收料仓得到非晶孕育剂，钼轮边缘线速度为46～55m/秒，钼轮表面温度为10～12℃。所述薄带状非晶孕育剂，其平均厚度0.1～0.2mm，平均宽度0.3～0.7mm，平均长度0.7～0.8mm。本发明非晶孕育剂的使用方法：在浇注前，将高铬铸铁熔液从运转包倒入浇注包时随铁流添加非晶孕育剂；或，将非晶孕育剂直接铺设在浇注包底面，高铬铸铁熔液从运转包倒入浇注包时与高铬铸铁熔液混合，非晶孕育剂的添加量是浇注包高铬铸铁熔液的0.02-0.6WT.％。本发明的有益效果和优点在于：本非晶孕育剂可以降低界面能，使得液态时的原子间的结合能力大大减少，增加原子跳跃、移动的能力，从而使得液态原子近程有序的长度变短，提高了铁水的流动性；并且使液态高铬铸铁凝固时的过冷度增加，形核核心显著增加，改变了凝固方式，减少凝固温度区间，提高了形核率、增加了形核量，使得晶粒数量明显增多，晶粒尺寸得到明显细化，晶界面积变大，有效地阻碍了位错的滑移，克服了由此引起的渗碳体硬脆相割裂金属基体有碍高铬铸铁合金强度和韧性的问题。通过本发明的非晶孕育剂进行孕育处理的高铬铸铁，其高硬度马氏体基体能强有力地支承细小的碳化物颗粒，避免使用过程中碳化物从磨损表面脱落，提高了材料的高抗磨性。本发明的非晶孕育剂包括可细分为7种具体非晶孕育剂，各种具体非晶孕育剂对各牌号的高铬铸铁均产生相同的孕育效果，其区别仅在于依据高铬铸铁合金实际铸态组织中基体组织状况选择合适的具体非晶孕育剂，其添加量对于本领域技术人员而言也是可以很容掌握的。附图说明附图1是实施例1的高铬铸铁金相组织200X对照图。附图2是实施例2的高铬铸铁金相组织200X对照图。附图3是实施例3的高铬铸铁金相组织200X对照图。附图4是实施例4的高铬铸铁金相组织200X对照图。附图5是是实施例5的高铬铸铁金相组织200X对照图。附图6是是实施例6的高铬铸铁金相组织200X对照图。附图7是是实施例7的高铬铸铁金相组织200X对照图。具体实施方式下面结合实施例及其附图进一步说明本发明。实施例11型非晶孕育剂，按以下元素及重量百分比备料：21的Re，44的Si，2.0的Ti，0.1的B，0.6的Cr，余量Fe；或者是：22的Re，42的Si，1.0的Ti，0.05的B，0.5的Cu，余量Fe；或者是：24的Re，40的Si，0.05的Ti，0.2的Cr，0.1的Cu，余量Fe。1型非晶孕育剂的制备方法：将粒度为2-8mm的1型上述各元素原料放入真空快淬炉的水冷铜坩埚内，调节电极位置，使之与坩埚内的原料合金颗粒之间的距离为0.5～1.5mm，关闭炉门、进出料口和放气阀，抽真空至3-4×10-3Pa后充入保护气体氩气，真空快淬炉内压力保持在-0.04～-0.06Pa范围内均可。起弧后调节弧电流逐步上升至650～800A，将坩埚内的原料合金熔化，待该合金全部熔化成液态时，倾斜该坩埚使得该合金熔液通过流道引至高速旋转的水冷钼轮使之极速凝固形成薄带状并沿钼轮切线方向抛出，落入真空炉体下部的收料仓得到非晶孕育剂，钼轮边缘线速度为46～55m/秒，钼轮表面温度为10～12℃。薄带状的非晶孕育剂其平均厚度为0.1～0.2mm，平均宽度为0.3～0.7mm，平均长度为0.7～0.8mm。1型非晶孕育剂的使用方法：将温度为1480～1550℃的BTMCr12-GT(牌号)高铬铸铁熔液从运转包倒入浇注包时，随铁流添加1型非晶孕育剂而使两者混合，1型非晶孕育剂的添加量是浇注包中高铬铸铁熔液的0.02-0.6WT.％。图1A是未添加1型非晶孕育剂的BTMCr12-GT高铬铸铁金相图，其基体相对量：74.45％，枝晶间距：50.59μm。图1B是添加1型非晶孕育剂(第1组合)的BTMCr12-GT高铬铸铁金相图，其基体相对量：81.72％，枝晶间距：26.58μm。图1B说明1型本非晶孕育剂可以形成大量弥散的结晶核心，增加了形核量，使得晶粒数量明显增多，晶粒尺寸得到明显细化，进而使高铬铸铁熔液在结晶时依核生长，从而获得晶粒细化和组织细化的效果。实施例22型非晶孕育剂，按以下元素及重量百分比备料：24.7的Re，43的Si，2.0的Ti，0.2的B，0.6的Cr，余量Fe；或者是：26的Re，41的Si，1.0的Ti，0.1的B，0.5的Cu，余量Fe；或者是：27的Re，39的Si，0.05的Ti，0.2的Cr，0.1的Cu，余量Fe。2型非晶孕育剂的制备方法和使用方法与实施例1相同。图2A是未添加2型非晶孕育剂的BTMCr12-GT高铬铸铁金相图，其基体相对量：69.52％，枝晶间距：46.62μm。图2B是添加2型非晶孕育剂(第1组合)的BTMCr12-GT高铬铸铁金相图，其基体相对量：83.67％，枝晶间距：23.34μm。实施例33型非晶孕育剂，按以下元素及重量百分比备料：27的Re，42的Si，2.0的Ti，0.3的B，0.6的Cr，余量Fe；或者是：28的Re，40的Si，1.0的Ti，0.15的B，0.5的Cu，余量Fe；或者是：30的Re，38的Si，0.05的Ti，0.2的Cr，0.1的Cu，余量Fe。3型非晶孕育剂的制备方法和使用方法与实施例1相同。图3A是未添加3型非晶孕育剂的BTMCr12-GT高铬铸铁金相图，其基体相对量：76.38％，枝晶间距：58.44μm。图3B是添加3型非晶孕育剂(第2组合)的BTMCr12-GT高铬铸铁金相图，其基体相对量：79.70％，枝晶间距：34.09μm。实施例44型非晶孕育剂，按以下元素及重量百分比备料：30的Re，36的Si，1.0的Ti，0.4的B，0.6的Cr，余量Fe；或者是：31的Re，38的Si，0.5的Ti，0.2的B，0.5的Cu，余量Fe；或者是：33的Re，40的Si，0.05的Ti，0.2的Cr，0.1的Cu，余量Fe。4型非晶孕育剂的制备方法和使用方法与实施例1相同。图4A是未添加4型非晶孕育剂的BTMCr12-GT高铬铸铁金相图，其基体相对量：76.50％，枝晶间距：45.07μm。图4A是添加4型非晶孕育剂(第3组合)的BTMCr12-GT高铬铸铁金相图，其基体相对量：82.57％，枝晶间距：30.23μm。实施例55型非晶孕育剂，按以下元素及重量百分比备料：33的Re，35的Si，1.0的Ti，0.5的B，0.6的Cr，余量Fe；或者是：35的Re，37的Si，0.5的Ti，0.25的B，0.5的Cu，余量Fe；或者是：36的Re，39的Si，0.05的Ti，0.2的Cr，0.1的Cu，余量Fe。5型非晶孕育剂的制备方法与实施例1相同。5型非晶孕育剂的使用方法：将5型非晶孕育剂直接铺设在浇注包底面后从运转包倒入温度为1480～1550℃的BTMCr15(牌号)高铬铸铁熔液，随高铬铸铁熔液的倒入使5型非晶孕育剂与其混合，5型非晶孕育剂的添加量是高铬铸铁熔液的0.02-0.6WT.％。图5A是未添加5型非晶孕育剂的BTMCr15高铬铸铁金相图，其基体相对量：76.92％，枝晶间距：41.84μm。图5B是添加5型非晶孕育剂(第1组合)的BTMCr15高铬铸铁金相图，其基体相对量：80.58％，枝晶间距：31.75μm。实施例66型非晶孕育剂，按以下元素及重量百分比备料：36的Re，33的Si，1.0的Ti，0.6的B，0.6的Cr，余量Fe；或者是：37的Re，36的Si，0.5的Ti，0.3的B，0.5的Cu，余量Fe；或者是：39的Re，38的Si，0.05的Ti，0.2的Cr，0.1的Cu，余量Fe。6型非晶孕育剂的制备方法与实施例1相同，使用方法与实施例5相同。图6A是未添加6型非晶孕育剂的BTMCr20高铬铸铁金相图，其基体相对量：71.48％，枝晶间距：43.87μm。图6B是添加6型非晶孕育剂(第2组合)的BTMCr20高铬铸铁金相图，其基体相对量：79.80％，枝晶间距：30.82μm。实施例77型非晶孕育剂，按以下元素及重量百分比备料：39的Re，32的Si，1.0的Ti，0.7的B，0.6的Cr，余量Fe；或者是：40的Re，35的Si，0.5的Ti，0.35的B，0.5的Cu，余量Fe；或者是：42的Re，37的Si，0.01的Ti，0.2的Cr，0.1的Cu，余量Fe。7型非晶孕育剂的制备方法与实施例1相同，使用方法与实施例5相同。图7A是未添加7型非晶孕育剂的BTMCr26高铬铸铁金相图，其基体相对量：70.76％，枝晶间距：38.64μm。图7B是添加7型非晶孕育剂(第1组合)的BTMCr26高铬铸铁金相图，其基体相对量：84.59％，枝晶间距：21.52μm。以上对应各实施例的附图放大倍数为200X，侵蚀剂是浓度5％的硝酸酒精。以上经添加本发明各型号非晶孕育剂的高铬铸铁熔液按常规方法实施浇铸。以上各实施例仅涉及一种型号非晶孕育剂的一个组合和一个牌号的高铬铸铁，仅仅是举例说明该型号非晶孕育剂的效果，但并不限定本发明。本发明的各型号非晶孕育剂对于各种牌号的高铬铸铁均有近乎相同的使用效果，限于篇幅不再穷举。下表说明各实施例非晶孕育剂晶粒度等级。实施例普通孕育剂添加本非晶孕育剂后111.51321213.531214.0411.513.551114611.514.571113.5以下通过列表对比说明以上各实施例试样与未添加本孕育剂试样在常温冲击功、硬度和磨损损失量的情况。当前第1页1 2 3