专利名称：一种孕育剂及其制备方法和在冶炼球墨铸铁的应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及一种孕育剂及其制备方法和该孕育剂作为冶炼球墨铸铁的应用。
背景技术：
球墨铸铁是通过球化和孕育处理得到球状石墨，其有效地提高了铸铁的机械性能，特别是提高了塑性和韧性，从而得到比碳钢还高的强度。球墨铸铁是20世纪五十年代发展起来的一种高强度铸铁材料，其综合性能接近于钢，正是基于其优异的性能，已成功地用于铸造一些受力复杂，强度、韧性、耐磨性要求较高的零件。在球墨铸铁的铸造过程中，孕育剂的选取尤为重要。孕育剂能减少白口倾向，改善石墨形态和分布状况，增加共晶团数量，细化基体组织。目前常用的孕育剂为硅铁，然而，硅铁孕育生产的铁液得到的铸件的抗拉强度在300N/mm2以下，屈服强度也在250N/mm2以下， 不能满足一些需要高韧性的机器铸件要求。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种孕育效果好，孕育后铸铁的延伸率和韧性均大幅提高的孕育剂。本发明的目的可通过下列技术方案来实现提供一种孕育剂，其质量百分比为 Si 72% -76%, Ca :0. 3% -0. 9%, Al :0. 1% -0. 5%，余量为Fe以及不可避免的微量元素。进一步地，该孕育剂质量百分比为Si 72%, Ca :0. 3%, Al :0. 1%，余量为！^以及不可避免的微量元素进一步地，该孕育剂的质量百分比为Si 74%, Ca :0.5%, Al :0. 2%，余量为！^ 以及不可避免的微量元素。进一步地，该孕育剂的质量百分比为Si 75%, Ca :0.7%, Al :0. 5%，余量为！^ 以及不可避免的微量元素。进一步地，该孕育剂的质量百分比为Si 76%, Ca :0.9%, Al :0. 5%，余量为！^ 以及不可避免的微量元素。本发明还提供一种制备上述孕育剂的制备方法，其包括Sl 按上述孕育剂的质量百分比称取合金原料，并将称取的合金原料粉碎；S2 将粉碎的合金原料放入真空坩埚内升温至1220°C至1450°C以使得各原料熔化；S3 待原料充分熔化混合后，真空冷却得到本发明孕育剂。本发明再提供一种上述孕育剂在冶炼球墨铸铁的应用，其利用三次孕育处理得到球墨铸铁，第一次孕育处理是通过在球化包的球化剂上面覆盖质量相当于出炉铁液质量的0. 25-0. 35%，粒度为15-30毫米的孕育剂，铁液进入球化包后孕育剂对铁液第一次孕育处理；第二次孕育处理是当进入球化包的铁液高度达到球化包高度2/3时，在出铁槽中均勻撒入质量为0. 3-0. 5%铁液质量，粒度为15-30毫米的孕育剂，待铁液进入出铁槽后，孕育剂对其进行第二次孕育处理；第三次孕育处理是当铁液浇注时，随铁液加入质量为 0. 1-0. 15%铁液质量，粒度为0. 3-1. 0毫米的孕育剂，以对铁液进行第三次孕育处理。进一步地，第一次孕育处理时，加入的孕育剂质量为铁液质量的0. 3%。进一步地，第二次孕育处理时，加入的孕育剂质量为铁液质量的0. 45%。进一步地，第三次孕育处理时，加入的孕育剂质量为铁液质量的0. 15%。与现有技术相比，运用本发明的孕育剂孕育后得到的球墨铸铁，其具有高韧性，特别适合于各类需要高强度、高冲击力机器模具的铸件。
具体实施例方式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。孕育剂中，硅是主要元素，硅的作用主要包括两个方面一是使得球墨铸铁的共晶点和共析点左移，使共晶转变和共析转变温度升高，转变温度区间增大，使共晶转变的稳定系转变温度和介稳定系转变温度间隔增大；另一方面，由于硅可以与氧反应形成硅酸盐等颗粒作为石墨形核的基底，增加石墨核心数量，细化共晶团，因此硅是强烈促进石墨化的元素，也使得硅的含量对于孕育剂尤为重要。另外，在铁液中，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。而且，加入含有铝、钙的孕育剂后，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0.01%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。实施例1孕育剂的质量百分比为=Si72% -76%, Ca :0. 3% -0. 9%, Al 0. 1% -0. 5%,^ 量为Fe以及不可避免的微量元素。本实施例中，72% -76%质量百分比的硅元素不仅具有上述使得球墨铸铁的共晶点和共析点左移，促进石墨化的作用，其还可以在共析转变过程中有效地抑制渗碳体的析出。根据实验可知，铁液凝固过程中如果能有效地阻止渗碳体的析出，客观上就会促使石墨析出，而本实施例中72% -76%的硅元素则通过以下几方面的表现有效地减小渗碳体稳定性(a)硅原子与渗碳体反应析出碳原子和硅铁，而硅铁溶解于铁液形成高硅铁素体和碳化硅且碳化硅在热力学上是不稳定的；(b)硅饱和溶体具有排碳性，使碳成为过饱和状态并以石墨形式析出；(c)硅与溶体反应所释放的热量延缓了铸铁的冷却。由于上述质量百分比的硅有效地阻止渗碳体的析出，改善了球墨铸铁断面硬度的均勻性和加工性能。实施例2球墨铸铁孕育剂的质量百分比为Si 72%, Ca :0. 3%, Al :0. 1%，余量为！^以及不可避免的微量元素。实施例3球墨铸铁孕育剂的质量百分比为Si 74%, Ca :0. 5%, Al :0. 2%，余量为！^以及不可避免的微量元素。实施例4球墨铸铁孕育剂的质量百分比为Si 75%, Ca :0. 7%, Al :0.4%，余量为佝以及不可避免的微量元素。实施例5球墨铸铁孕育剂的质量百分比为Si 76%, Ca :0. 9%, Al :0. 5%，余量为！^以及不可避免的微量元素。上述孕育剂通过如下方法制成(1)按实施例1至实施例5所述孕育剂的质量百分比称取合金原料，并将称取的合金原料粉碎；(2)将粉碎的合金原料放入真空坩埚内升温至1220°C至1450°C以使得各原料熔化；(3)待原料充分熔化混合后，真空冷却得到本发明孕育剂。在球墨铸铁铸造过程中，本发明采用三次孕育的方法以保证球墨铸铁的物理特性。第一次孕育在球化包的球化剂上面覆盖相当于出炉铁液质量的0. 25-0. 35%的孕育剂，孕育剂的质量优选为出炉铁液质量的0. 3%，孕育剂粒度为15-30毫米。出炉铁液进入球化包后，孕育剂对其第一次孕育处理。第二次孕育当出炉铁液进入球化包，且铁水高度达到球化包2/3高度时，在出铁槽中均勻撒入0. 3-0. 5%铁液质量的孕育剂，优选为0. 45%铁液质量的孕育剂，孕育剂粒度为15-30毫米。铁液进入出铁槽后，孕育剂对其第二次孕育处理。第三次孕育铁液浇注时，随铁液再次加入0. 1-0. 15%铁液质量，优选0. 15%铁液质量的孕育剂，孕育剂粒度为0. 3-1. 0毫米，而后得到所需球墨铸铁。三次孕育的过程中，孕育剂成分相同但是粒度不同，这主要是因为在孕育剂用于球墨铸铁铸造时，孕育剂的粒度大小对于孕育剂的作用影响也较大，若粒度过细，则孕育剂中的硅元素容易氧化成SiO2，使得硅元素不能起到应有的作用；若粒度过大，则孕育剂不能有效地、均勻地溶于铁液中。对应本发明三次孕育处理过程中，由于第一次以及第二次孕育时，铁水能充分包围孕育剂，因此孕育剂粒度无需十分细小，孕育剂颗粒大小分布也无需十分均勻，而在第三次孕育时，浇注作为球墨铸铁冶炼的最后一道工艺，孕育剂必须粉碎到一定小的粒度才能使得孕育剂的表面积充分增加，使其在高温下氧化速度增快，能更快、更充分的对铁液孕育处理。同时，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勻；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。本发明采用三次孕育法制备球墨铸铁，分三批次加入不同剂量的孕育剂，一方面是要通过合理的剂量使得球墨铸铁有良好的性能， 另一方面也是因为孕育剂因其成分和剂量不同，在孕育后存在衰退时间，本发明通过精确设计、多次试验使得孕育剂的成分、剂量和其衰退时间相互匹配，保证孕育效果的最优化。按实施例1至实施例5中孕育剂的质量百分比配置孕育剂后，通过上述三次孕育方法得到球墨铸铁，测试最终球墨铸铁的抗拉强度、屈服强度以及延伸率，测试结果如下表 1 表1 采用本发明的孕育剂孕育后球墨铸铁的性能
权利要求
1.一种孕育剂，其特征在于，所述孕育剂质量百分比为Si ,12 % -76 %, Ca 0.3% -0.9%, Al 0. 1% -0.5%，余量为！^以及不可避免的微量元素。
2.根据权利要求1所述的球墨铸铁孕育剂，其特征在于，所述孕育剂质量百分比为 Si 72%, Ca 0. 3%, Al :0. 1%，余量为!^e以及不可避免的微量元素。
3.根据权利要求1所述的球墨铸铁孕育剂，其特征在于，所述孕育剂的质量百分比为 Si 74%, Ca 0. 5%, Al :0. 2%，余量为！^以及不可避免的微量元素。
4.根据权利要求1所述的球墨铸铁孕育剂，其特征在于，所述孕育剂的质量百分比为 Si 75%, Ca 0. 7%, Al :0. 5%，余量为！^以及不可避免的微量元素。
5.根据权利要求1所述的球墨铸铁孕育剂，其特征在于，所述孕育剂的质量百分比为 Si 76%, Ca 0. 9%, Al :0. 5%，余量为！^以及不可避免的微量元素，粒度为15-20毫米。
6.一种制备权利要求1至5任意一项所述孕育剂的制备方法，奇特在于包括步骤51按权利要求1至5任意一项所述孕育剂的质量百分比称取合金原料，并将称取的合金原料粉碎；52将粉碎的合金原料放入真空坩埚内升温至1220°C至1450°C以使得各原料熔化；53待原料充分熔化混合后，真空冷却得到本发明孕育剂。
7.—种权利要求1至5任意一项所述孕育剂在冶炼球墨铸铁的应用，其特征在于通过三次孕育处理得到球墨铸铁；第一次孕育处理在球化包的球化剂上面覆盖质量相当于出炉铁液质量的 0. 25-0. 35%，粒度为15-30毫米的孕育剂，铁液进入球化包后孕育剂对铁液第一次孕育处理；第二次孕育处理当进入球化包的铁液高度达到球化包高度2/3时，在出铁槽中均勻撒入质量为0. 3-0. 5%铁液质量，粒度为15-30毫米的孕育剂，待铁液进入出铁槽后，孕育剂对其进行第二次孕育处理；第三次孕育处理当铁液浇注时，随铁液加入质量为0. 1-0. 15%铁液质量，粒度为 0. 3-1. 0毫米的孕育剂，以对铁液进行第三次孕育处理。
8.如权利要求7所述的孕育剂作为冶炼球墨铸铁的应用，其特征在于第一次孕育处理时，加入的孕育剂质量为铁液质量的0. 3%。
9.如权利要求7所述的孕育剂作为冶炼球墨铸铁的应用，其特征在于第二次孕育处理时，加入的孕育剂质量为铁液质量的0. 45%。
10.如权利要求7所述的孕育剂作为冶炼球墨铸铁的应用，其特征在于第三次孕育处理时，加入的孕育剂质量为铁液质量的0. 15%。
全文摘要
本发明公开一种孕育剂及其制备方法和该孕育剂在冶炼球墨铸铁的应用，属于冶金技术领域，其解决了现有的孕育剂孕育效果较差的技术问题。本发明球墨铸铁孕育剂其质量百分比为Si72％-76％，Ca0.3％-0.9％，Al0.1％-0.5％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。且通过三次孕育处理的方法得到球墨铸铁。运用本发明的孕育剂孕育后得到的球墨铸铁，其具有高韧性，特别适合于各类需要高强度、高冲击力机器模具的铸件。
文档编号C22C33/08GK102392175SQ201110329149
公开日2012年3月28日 申请日期2011年10月20日 优先权日2011年10月20日
发明者俞光杰, 刘锐, 李建国 申请人:宁波康发铸造有限公司