一种球化剂及其制备方法和在冶炼球墨铸铁的应用_2

文档序号:9642518阅读:来源:国知局
m的超 微粉体球化剂用钢板包裹制成,即用钢板将粒径为20-60 μ m的超微粉体球化剂包裹。所述 钢板可选用冷乳低碳钢,因为冷乳低碳钢不会影响铁液的化学成分,也不会对球化处理过 程中的球化效果造成影响。进一步优选,所述第一层球状球化剂中包裹超微粉体的钢板的 厚度为5-8mm,第二层球状球化剂中包裹超微粉体的钢板的厚度为2-5mm。第一层球状球 化剂和第二层球状球化剂中包裹超微粉体的钢板的厚度不均一,是为了使得其与铁液接触 后,每个球状球化剂的熔化时间不同,保证球状球化剂可以到达不同的液面高度,球化剂在 能够被均匀吸收。如此设置可以使得球化处理时,球化剂分别在不同的液面高度与铁液发 生反应,保证球化处理时每一层球化剂都能被均匀吸收。铁液注入到球化包内,第二层覆盖 剂熔化后,第二层球状球化剂中包裹超微粉体的钢板较薄,上升到较低液面即会熔化,首先 与较低液面铁液接触并反应,随着铁液的继续注入,第一层覆盖剂也开始熔化,此时铁液液 面已经上升到了较高的位置,由于第一层球状球化剂中包裹超微粉体的钢板厚度较厚,上 浮到较高的液面外部包裹的钢板才会熔化,第一层球化剂接触铁液开始反应。
[0018] 作为优选,所述生铁片I的厚度为9-12_,生铁片II的厚度为5-8_。本发明在球 化剂层均覆盖有一层生铁片,进行球化处理时能够吸收一部分热量才能熔化,从而降低了 与球化剂接触的铁液的温度,减少了球化剂的烧损。生铁片II的厚度大于生铁片I的厚度, 生铁片II熔化的时间要长于生铁片I熔化的时间,这就给了第二层球化剂充分反应的时 间,并延长了第二层球化剂的起爆时间,在生铁片II熔化的时间内,铁液的液面也在一直上 升,生铁片II熔化后,第二层球化剂开始与铁液发生反应,由于铁液的液面已经上升到较高 的位置,第二层球化剂在铁液中的上浮距离增长,反应时间也较长,球化剂得到充分吸收。
[0019] 作为优选,所述第一层球状球化剂占铁液质量的0. 9-1. 2%,第二层球状球化剂占 铁液质量的〇. 5-0. 8%。球化处理时,第二层球化剂首先对刚倒入球化包的铁液进行球化处 理,使这部分铁液得到球化,待铁液全部倒入球化包内时,第一层球化剂上方的覆盖剂基本 熔化完,第一层球化剂对倒入球化包的全部铁液进行球化,两层球化剂互相配合,可使铁液 得到最大限度的球化效果。
[0020] 作为优选,所述第一层孕育剂占铁液质量的0. 1-0. 2%,第二层孕育剂占铁液质量 的0. 3-0. 5%,第三层孕育剂占铁液质量的0. 2-0. 3%。球墨铸造过程中加入孕育剂的剂量 也对最终冶炼的球墨铸铁性能有重要影响,如果加入的孕育剂剂量过少,则会导致球墨铸 铁加工性能恶化、力学性能降低以及基体组织不均匀;但是,如果加入的孕育剂过多,一方 面造成较大的浪费,另一方面也会产生较多熔渣,并且会由于共晶团数的增加而产生缩孔。 本发明孕育处理时,〇. 2-0. 3%的第三层孕育剂对铁液先进行初步孕育,建立起一部分结晶 核心,待球化剂对铁液进行球化处理时,第二层孕育剂进行主要的孕育作用,建立起更多的 结晶中心,并起脱氢、脱硫和脱氧作用,辅助球化剂进行球化作用,最后一层少量的孕育剂 可在球化的最后阶段防止球化衰退。
[0021] 作为优选,所述的第一层孕育剂、第二层孕育剂、第三层孕育剂均为同种孕育 剂,所述的孕育剂的组成成份及其质量百分比为:Si :58% -62%,Ca :1. 0% -2. 5%,Sb : 8% -12%,Al :0· 2% -0· 6%,Bi :2% -4%,Sr :0· 2% -0· 5%,余量为 Fe 以及不可避免的 微量元素。孕育处理可促进石墨化,减少白口倾向,改善石墨形态和分布状况,增加共晶团 数量,细化基体组织,提高力学性能。孕育衰退时,孕育元素的微粒消失,引起石墨形核结晶 的核心减少,造成渗碳体体积分数增加,白口倾向增加,硬度上升,影响铸件的加工性能,导 致出现畸形石墨,降低铸件的力学性能。由于浇包较大,一包铁液可浇多件,浇注一定时间 后存在孕育衰退,因此,导致铸件的力学性能不稳定。本发明的孕育剂一方面含有Sr、Si等 元素,能够生成稳定的碳化物,因而衰退的时间可延长,能够避免因浇注时间过长造成的孕 育元素消耗完毕而产生的孕育衰退现象。另一方面,在加入金属元素的同时,引进一定浓度 的非金属元素(S和0),本发明的孕育剂通过Ca-Bi-S-O的配合作用,大幅增加了球墨铸铁 的石墨球数,改善了球墨铸铁的基体组织和力学性能,尤其是伸长率得到了明显的提高。另 外,本发明孕育剂中的铝和钙会与氧、氮反应,形成高熔点的化合物,成为石墨结晶的核心。 且,加入本发明的孕育剂后,铁液中可形成局部的富硅微区,有利于石墨析出。但是,铁液中 的铝含量又不能太高,由于铝元素具有很强的吸氧特性,多加入〇. 01 %的铝元素,就可能导 致铸件产生皮下气孔;相应地,钙的化学性质活泼,具有很强的脱氧去硫能力。因此,需要合 理的配置钙和铝的质量百分比比例,一方面使得铁液中尽量不产生皮下气孔,另一方面又 要使得铁液中可形成局部的富硅微区,便于石墨析出。
[0022] 与现有技术相比,本发明使用配伍合理的超微粉体的球化剂,改进了球化球化方 法,球化剂和孕育剂可一次性加入到球化包内,简化了球化孕育处理工序,提高了球化效 率,球化反应动力学条件好,反应较平稳,减少了球化剂的使用量,降低了铸造成本,改善了 球化效果和球化现场的环境,运用本发明球化剂球化后得到的球墨铸铁铸件具有较高的强 度、韧性、耐磨性和尺寸稳定性,可应用到较高要求的场合。
【具体实施方式】
[0023] 下面通过五个实施例详细描述本发明孕育剂的组分以及各组分对球墨铸铁形成 过程中产生的作用。
[0024] 实施例1
[0025] 球化剂的组成成分及其质量百分比为:Si :43%,Mg :7. 6%,Y :2. 4%,Ce :0. 35%, Sc :0· 2%,Mn :0· 4%,Ca :3· 5%,Al :0· 18%,粒径为 18-22nm 的纳米 SiC :11%,其余为 Fe 及不可避免的微量元素,所述球化剂采用熔配法并破碎成粒径为30-50 μ m的超微粉体。
[0026] 实施例2
[0027] 球化剂的组成成分及其质量百分比为:Si :42%,Mg :7. 8%,Y :2. 2%,Ce :0. 4%, Sc :0· 15%,Mn :0· 5%,Ca :3. 2%,A1 :0· 25%,粒径为 18-22nm 的纳米 SiC :10%,其余为 Fe 及不可避免的微量元素,所述球化剂采用熔配法并破碎成粒径为30-50 μ m的超微粉体。
[0028] 实施例3
[0029] 球化剂的组成成分及其质量百分比为:Si :44%,Mg :7. 5%,Y :2. 5%,Ce :0. 3%, Sc :0· 25%,Mn :0· 3%,Ca :3. 8%,A1 :0· 15%,粒径为 18-22nm 的纳米 SiC :12%,其余为 Fe 及不可避免的微量元素,所述球化剂采用熔配法并破碎成粒径为30-50 μ m的超微粉体。
[0030] 实施例4
[0031] 所述球化剂的组成成分及其质量百分比为:Si :41%,Mg :8%,Y :2. 0%,Ce : 0· 5%,Sc :0· 1%,Mn :0· 6%,Ca :3· 0%,Al :0· 3%,粒径为 15-25nm 的纳米 SiC :8%,其余 为Fe及不可避免的微量元素,所述球化剂采用熔配法并破碎成粒径为20-60 μ m的超微粉 体。
[0032] 实施例5
[0033] 所述球化剂的组成成分及其质量百分比为:Si :44%,Mg :7. 5%,Y :2. 5%,Ce : 0· 3%,Sc :0· 3%,Mn :0· 2%,Ca :3· 0%,Al :0· 1%,粒径为 15-25nm 的纳米 SiC :15%,其余 为Fe及不可避免的微量元素,所述球化剂采用熔配法并破碎成粒径为20-60 μ m的超微粉 体。
[0034] 上述实施例中的球化剂通过如下方法制备:
[0035] Sl :按实施例1至实施例5中所述的球化剂质量百分比配比原料;
[0036] S2 :将中频感应电炉加热至1050°C -IKKTC (优选1060-1080°C )后,首先加入一 定量的硅铁,然
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