专利名称：一种孕育铸铁及其制备方法
技术领域：
本发明属于金属材料领域，涉及一种孕育铸铁及其制备方法。
背景技术：
在金属材料领域中，铸铁的性能及制备是研究的热点。专利号为200910068334. I、名称为高铬铸铁复合孕育剂及其制备方法的发明专利，公开了一种含铬的铸铁合金，该高铬铸铁复合孕育剂是一种纳米晶的稀土硅铁+硼铁的高铬铸铁复合孕育剂，由Fe-Ce-Si-Ca中间合金和Fe-B中间合金组成，其重量比为Fe-Ce-Si-Ca中间合金Fe-B中间合金=I 0.07 O. 13。该高铬铸铁复合孕育剂的制备方法是以元素组成为30. 7% Fe,30% Ce,37. 5% Si和I. 8% Ca的商购Fe-Ce-Si-Ca中间合金和元素组成为 78. 61% Fe、20. 76% Β、0· 35% Si 和杂质(O. 108% A1+0. 018% P+0. 15% C+0. 004% S)的商购Fe-B中间合金为原料，按重量比为Fe-Ce-Si-Ca中间合金Fe-B中间合金=I O. 07 O. 13混合，放入水冷铜坩埚内，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O. 5 I. 5mm，关闭炉门、进料口、出料口和放气阀，抽真空至高于5 X 10_3Pa后，用氩气洗炉，随后充入氩气至O. 04 O. 05Pa,起弧后调节弧电流逐步上升至500 600A,将坩埚内的原料合金熔化，待该合金全部熔化成液态时，倾斜该坩埚得到平均厚度为O. 2 O. 5mm，平均宽度为O. 3 O. 7mm，平均长度为O. 8 I. 5mm,晶粒小于IOOnm的薄片状的纳米晶的稀土娃铁+砸铁的闻络铸铁复合孕育剂。该方法制备复杂，材料成本闻，效果也不好，因此缺乏市场竞争力。
发明内容
本发明的目的就是针对上述技术缺陷，提供一种孕育铸铁，该孕育铸铁具有良好的综合性能，材料成本低。本发明的另一目的是提供上述孕育铸铁的制备方法，该制备方法工艺简单，生产成本低，操作安全，适于工业化生产。本发明的目的是通过以下技术方案实现的
一种孕育铸铁，各成分的重量百分含量如下C 3. 3-3. 5 %, Si I. 3-1. 5 %,Mn I. 3-1. 6 %, P O. 03-0. 05 %, S O. 06-0. 07 %, Cr 21-23 %, Nd O. 25-0. 29 %, SnO. 25-0. 29%, Ti O. 25-0. 29%, Se O. 25-0. 29%，其余为 Fe。一种所述孕育铸铁的制备方法，包括如下步骤
(O按照孕育铸铁的成分称取各原料铬的纯度大于99. 5% ；Si以75硅铁中间合金的方式加入；Mn以65锰铁中间合金的方式加入；铁以20钢的方式加入；C以含碳99. 9%的石墨方式加入；Nd、Sn、Se和Ti以Nd-Sn-Se-Ti-Zn铁合金粉方式加入，所述Nd-Sn-Se-Ti-Zn铁合金粉的颗粒直径为1-3 mm、成分及含量为Nd 5%、Sn 5%、Se 5%、Ti 5%、Zn 5%、余为铁；所有百分数均为重量百分数；
(2)先将75硅铁中间合金、65锰铁中间合金、20钢、铬、石墨加入感应炉中熔化形成合金液，熔化温度为1500-1520°C ；
(3)将Nd-Sn-Se-Ti-Zn铁合金粉放入堤坝式浇包中的凹坑中，然后覆盖草木灰，将所述合金液浇注浇包，铸造成铸锭；所述浇注温度为1450 1500°C ；
(4)将所述铸锭加热至980 1000°C并保温4-6小时，空淬，回火后得到孕育铸铁。步骤(4)中回火温度为220_240°C。本发明相比现有技术的有益效果如下
Nd具有变质作用。变质作用主要表现在使铸态纯铁的二次枝晶臂间距减小，细化组织；最重要的是，稀土能改变夹杂物的性质、形态和分布，从而提高铸铁的各项性能。Ti在一定含量范围内，能细化晶粒，提高铸件强度和品质系数，略微增加硬度。N d、Ti结合可改善晶界和抑制局部弱化，影响相变和改善组织，影响杂质元素的溶解度和其它微量元素的交互作用等。Se具有成核的基地作用，形成高熔点夹杂物作为非自发形核核心，沿晶界富集抑制晶粒长大，细化晶粒；并且能提高铸件硬度。Nd、Ti、Se、Sn结合改善碳化物形态。Sn在铸铁中是作为有效合金元素添加，和Se —样能够改善碳化物形态。Nd、Ti、Se、Sn结合可大大提高材料的强度和韧性。Cr是提高淬透性的元素，铬提高合金的高温强度、高温硬度和回火稳定性。同时，铬形成硬化型碳化物，使合金具有高的热强性。C可和Cr形成有效化合物，提高材料的硬度和弹性模量。 Si、Mn固溶于铁基体中能提高材料的强度。Zn在挥发中将液态合金中的杂质带出合金,起到除杂的作用。本发明孕育铸铁利用Nd、Ti、Se、Sn的有机结合，细化了基体组织，改善碳化物形态，有效发挥了碳化物增强增硬的作用，使合金的综合力学性能得到改善。本发明孕育铸铁的制备方法工艺简单，生产成本低，操作安全，适于工业化生产。四
图I为本发明实施例一制得的孕育铸铁的组织图。由图I可以看到材料组织致密。五具体实施例方式 以下各实施例仅用作对本发明的解释说明。实施例I
孕育铸铁，各成分的重量百分含量如下C 3.3%、Si 1.3%、Mn 1.3%、P O. 03%, SO. 06%, Cr 21%, Nd O. 25%, Sn O. 25%, Ti O. 25%, Se O. 25%和其余为 Fe。制备方法如下
(I)按照孕育铸铁的成分称取各原料，铬的纯度大于99. 5% ;Si以75硅铁中间合金的方式加入；Mn以65锰铁中间合金的方式加入；铁以20钢的方式加入；C以含碳99. 9%的石墨方式加入；Nd、Sn、Se和Ti以Nd-Sn-Se-Ti-Zn铁合金粉方式加入，所述Nd-Sn-Se-Ti-Zn铁合金粉的颗粒直径为1-3 mm、成分及含量为Nd 5%、Sn 5%、Se 5%、Ti 5%、Zn 5%、余为铁；所有百分数均为重量百分数。孕育铸铁中的P和S由20钢、75硅铁中间合金和65锰铁中间合金带入。虽然Nd-Sn-Ti-Se-Zn铁合金粉中含有Zn，但是在高温下，Zn挥发了。(2)先将75硅铁中间合金、65锰铁中间合金、20钢、铬、石墨加入感应炉中熔化形成合金液，熔化温度为1500°C ；(3)将Nd-Sn-Se-Ti-Zn铁合金粉放入堤坝式浇包中的凹坑中，然后覆盖草木灰，将所述合金液浇注浇包，5分钟后，将浇包中的液体浇入钢制金属型形成铸锭，铸锭形状为直径100-200mm、高度200-400mm的圆柱体；所述浇注温度为1450°C。(4)将所述铸锭加热至980°C并保温4小时，空淬，回火后得到孕育铸铁。回火温度为220°C。实施例2 孕育铸铁，各成分的重量百分含量如下C 3.5%、Si 1.5%、Mn 1.6%, P O. 05%, SO. 07%, Cr 23%, Nd O. 29%, Sn O. 29%, Ti O. 29%, Se O. 29%和其余为 Fe。制备方法如下
(I)按照孕育铸铁的成分称取各原料，铬的纯度大于99. 5% ;Si以75硅铁中间合金的方式加入；Mn以65锰铁中间合金的方式加入；铁以20钢的方式加入；C以含碳99. 9%的石墨方式加入；Nd、Sn、Se和Ti以Nd-Sn-Se-Ti-Zn铁合金粉方式加入，所述Nd-Sn-Se-Ti-Zn铁合金粉的颗粒直径为1-3 mm、成分及含量为Nd 5%、Sn 5%、Se 5%、Ti 5%、Zn 5%、余为铁；所有百分数均为重量百分数。孕育铸铁中的P和S由20钢、75硅铁中间合金和65锰铁中间合金带入。虽然Nd-Sn-Ti-Se-Zn铁合金粉中含有Zn,但是在高温下，Zn会挥发。(2)先将75硅铁中间合金、65锰铁中间合金、20钢、铬、石墨加入感应炉中熔化形成合金液，熔化温度为1510°C ；
(3)将Nd-Sn-Se-Ti-Zn铁合金粉放入堤坝式浇包中的凹坑中，然后覆盖草木灰，将所述合金液浇注浇包，8分钟后，将浇包中的液体浇入钢制金属型形成铸锭，铸锭形状为直径100-200mm、高度200-400mm的圆柱体；所述浇注温度为1475°C。(4)将所述铸锭加热至990°C并保温5小时，空淬，回火后得到孕育铸铁。回火温度为230°C。实施例3
孕育铸铁，各成分的重量百分含量如下C 3.4%, Si 1.4%, Mn 1.5%、P O. 04%, SO. 06%, Cr 22%, Nd O. 27%, Sn O. 27%, Ti O. 27%, Se O. 27%和其余为 Fe。(I)按照孕育铸铁的成分称取各原料，铬的纯度大于99. 5% ；Si以75硅铁中间合金的方式加入；Mn以65锰铁中间合金的方式加入；铁以20钢的方式加入；C以含碳99. 9%的石墨方式加入；Nd、Sn、Se和Ti以Nd-Sn-Se-Ti-Zn铁合金粉方式加入，所述Nd-Sn-Se-Ti-Zn铁合金粉的颗粒直径为1-3 mm、成分及含量为Nd 5%、Sn 5%、Se 5%、Ti5%、Zn 5%、余为铁；所有百分数均为重量百分数。孕育铸铁中的P和S由20钢、75硅铁中间合金和65锰铁中间合金带入。虽然Nd-Sn-Ti-Se-Zn铁合金粉中含有Zn，但是在高温下，Zn会挥发。(2)先将75硅铁中间合金、65锰铁中间合金、20钢、铬、石墨加入感应炉中熔化形成合金液，熔化温度为1520°C ；
(3)将Nd-Sn-Se-Ti-Zn铁合金粉放入堤坝式浇包中的凹坑中，然后覆盖草木灰，将所述合金液浇注浇包，10分钟后，将浇包中的液体浇入钢制金属型形成铸锭，铸锭形状为直径100-200mm、高度200-400mm的圆柱体；所述浇注温度为1500°C。(4)将所述铸锭加热至990°C并保温5小时，空淬，回火后得到孕育铸铁。回火温度为240°C。
实施例4
孕育铸铁，各成分的重量百分含量如下C 3.0%, Si 1.2%、Mn 1.2%、P O. 03%, SO. 06%, Cr 20%, Nd O. 20%, Sn O. 20%, Ti O. 20%, Se O. 20%和其余为 Fe。制备方法同实施例I中的方法。其制备方法同实施例I。实施例5
孕育铸铁，各成分的重量百分含量如下C 4%, Si I. 6%, Mn 1.7%、P O. 05%, S
O.07%, Cr 24%, Nd O. 3%, Sn O. 3%, Ti O. 3%, Se O. 3%和其余为 Fe。制备方法同实施例I中的方法。 其中实施例I制备的孕育铸铁的组织图见图1，可以看到材料的组织致密。各实施例制备的孕育铸铁的性能见表I。由表I可见，在本发明配方范围内制备的孕育铸铁，具有较高的抗拉强度、断后伸长率和弹性模量。但是超出本申请配比范围(实施例4和5)，会降低孕育铸铁的抗拉强度、断后伸长率和弹性模量。表I 各材料的性能对比
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权利要求
1.一种孕育铸铁，各成分的重量百分含量如下C 3. 3-3. 5 %, Si I. 3-1. 5 %,Mn I. 3-1. 6 %, P O. 03-0. 05 %, S O. 06-0. 07 %, Cr 21-23 %, Nd O. 25-0. 29 %, SnO. 25-0. 29%, Ti O. 25-0. 29%, Se O. 25-0. 29%，其余为 Fe。
2.—种权利要求I所述孕育铸铁的制备方法，其特征在于包括如下步骤 (O按照孕育铸铁的成分称取各原料铬的纯度大于99. 5% ；Si以75硅铁中间合金的方式加入；Mn以65锰铁中间合金的方式加入；铁以20钢的方式加入；C以含碳99. 9%的石墨方式加入；Nd、Sn、Se和Ti以Nd-Sn-Se-Ti-Zn铁合金粉方式加入，所述Nd-Sn-Se-Ti-Zn铁合金粉的颗粒直径为1-3 mm、成分及含量为Nd 5%、Sn 5%、Se 5%、Ti 5%、Zn 5%、余为铁；所有百分数均为重量百分数； (2)先将75硅铁中间合金、65锰铁中间合金、20钢、铬、石墨加入感应炉中熔化形成合金液，熔化温度为1500-1520°C ； (3)将Nd-Sn-Se-Ti-Zn铁合金粉放入堤坝式浇包中的凹坑中，然后覆盖草木灰，将所述合金液浇注浇包，铸造成铸锭；所述浇注温度为1450 1500°C ； (4)将所述铸锭加热至980 1000°C并保温4-6小时，空淬，回火后得到孕育铸铁。
3.根据权利要求2所述孕育铸铁的制备方法，其特征在于步骤(4)中回火温度为220-240 °C。
全文摘要
本发明提供一种孕育铸铁及其制备方法，属于金属材料领域，涉及一种孕育铸铁及其制备方法。孕育铸铁，各成分的重量百分含量如下C3.3-3.5％，Si1.3-1.5％，Mn1.3-1.6％，P0.03-0.05％，S0.06-0.07％，Cr21-23％，Nd0.25-0.29％，Sn0.25-0.29％，Ti0.25-0.29％，Se0.25-0.29％，其余为Fe。制备方法为称取各原料，制备合金液，将Nd-Sn-Se-Ti-Zn加入合金液中，铸造成铸锭，加热并保温，空淬，回火后得到孕育铸铁。该孕育铸铁具有良好的综合性能，材料成本低，制备简单。
文档编号C22C37/06GK102864368SQ20121038908
公开日2013年1月9日 申请日期2012年10月15日 优先权日2012年10月15日
发明者张群, 赵浩峰, 王玲, 刘光宇, 邱奕婷, 张咏, 林莹莹, 郑泽昌, 张金花, 陆阳平 申请人:南京信息工程大学