专利名称：一种用于细化灰铸铁组织的孕育剂及其制备方法和应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于细化灰铸铁组织的孕育剂，属于材料工程领域。
背景技术：
随着汽车工业的不断进步,发动机正在向大马力、高速度和轻量化方向发展，对发动机上重要的缸体、缸盖等铸件提出了更高的要求，要求高强度、高致密性、高热疲劳性、低应力、表面光洁、尺寸精确。而大马力发动机缸体和缸盖大多采用灰铸铁材质，因此,对灰铸铁材料提出了更高的要求。在高强度灰铸铁生产技术方面，我国同国外相比还存在着一定的差距。我国在高强度灰铸铁的研究与生产技术上与国外的主要差距如下。A.强度低。同样的铁水化学成分生产出来的铸件，强度比国外低I 2牌号。若想生产相同牌号的灰铸铁，就必须降低碳当量。这将引起白口倾向增大，收缩倾向增大，使 薄壁处加工困难，且易出现裂纹、缩松及铸造性能变差等问题。对于发动机上的缸体、缸盖铸件还会使渗漏倾向增大。B.铸造工艺落后。铸件壁厚大、重量大，如机床类铸件比国外重10%以上,发动机缸体比国外的重30%以上。C.耐磨性差、寿命低。国外汽车第一次大修里程汽油车一般在30万km以上，柴油车在50 80万km，而我国汽油车仅为5 10万km，柴油车也只达10 15万km。D.断面敏感性大,加工性能差。造成与国外差距的原因之一是孕育技术的落后。国外非常重视对孕育剂和孕育方法的研究，孕育剂品种很多，各有各的用途，针对不同的铸件，不同的生产条件，选择适用的孕育剂。近年来，国外发展了各种新型孕育剂，即在硅铁的基础上加进一些强化孕育效果的元素，如铝、钙、钡、鳃、镁等，而且实现了孕育剂系列化、标准化、商品化。而国内前一段时间一直使用75SiFe孕育剂，品种单一，缺乏统一的质量要求，各个厂家生产的75SiFe质量各不相同，尤其又对其中的Al、Ca含量没有规定，铸件质量差。近年来，国家科技部对孕育剂的开发研究工作非常重视，将研制与生产出各种孕育剂投放市场，取得很大成绩。初步摸清了 75SiFe中杂质元素含量的情况及对铸铁性能的影响规律。对不同Al、Ca含量对孕育效果影响进行了试验，得出含重量百分比为O. 67Ca、0. 8A1时石墨化效果最好。在此基础上提出了我国铸造用75SiFe的Al、Ca含量范围，并纳入了生产技术条件。开发了多种以75SiFe为基的孕育剂，满足了不同类型铸件特别是薄壁高强度灰铸铁件的要求。 一是含Ba孕育剂。Ba在改善铸件壁厚敏感性和提高抗衰退能力方面有显著效果，即具有长效性。长春稀土合金厂、南京特种合金厂均生产含Ba重量百分比为4 8的孕育齐U。二是含稀土(RE)孕育剂。少量RE能提高孕育效果，有显著减少白口倾向的作用，减慢衰退速度，但加入量不能超过一定值，否则白口增大。如与Ca、Ba复合成RE-Ca-Ba孕育齐U，则其减小白口倾向，减少过冷石墨及长效功能均很好，是生产薄壁高强度灰铸铁较好的孕育剂。三是含Sr孕育剂。能使厚断面不出现缩孔、缩松，而薄断面能显著消除白口，减小铸件产生缩松的可能性，熔解迅速，衰退慢。四是含Zr孕育剂。可提高抗衰退能力，有利于消除铸件中的气孔，改善铁水的流动性，减小白口倾向，能得到均匀细小的A型石墨，南京特种合金厂已生产含Zr重量百分比为6左右的孕育剂。本课题组多年来研究高强度灰铸铁，发明了 “微合金化高强度灰铸铁”和“易加工高强度灰铸铁”，用于制造大马力柴油发动机缸体毛坯。为了进一步提高高强度灰铸铁的强度，研究了不同孕育剂孕育处理对高强度灰铸铁组织、性能的影响，采用本发明孕育剂孕育处理的高强度灰铸铁抗拉强度比采用75SiFe孕育处理高强度灰铸铁的抗拉强度明显提高，达400MPa以上。
发明内容
本发明的目的是提供一种加入量少、成本低、工艺简单的灰铸铁用孕育剂，此种孕育剂采用浇包内加入方法，能够促进亚共晶灰铸铁凝固过程中初生奥氏体的生核，增加初生奥氏体枝晶数量，同时能够细化灰铸铁中的石墨组织，提高亚共晶灰铸铁的强度。本发明的目的通过以下技术方案实现一种用于细化灰铸铁组织的孕育剂，按质量百分比计包括40 % 50 %的硅、5% 8%的锰、5% 8%的锆、2% 5%的钙、2% 3%的铝，余量为铁。一种用于细化灰铸铁组织的孕育剂的制备方法，将含有硅、锰、锆、钙、铝元素的铁合金混合、熔炼、冷却，破碎成4 8毫米尺寸的颗粒，采用浇包内孕育方法加入灰铸铁溶液中。采用上述孕育剂孕育处理的易加工高强度灰铸铁，合金成分按质量百分比计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 工频熔炼炉熔炼，热电偶测温，铁水出炉温度1530°C，浇包内孕育，孕育剂加入量为0.4%，充分搅拌后在树脂砂型中浇注抗拉强度测定及组织分析试样，试样尺寸Φ30mmX300mm。图例说明 图I试验灰铸铁A的石墨组织。图2试验灰铸铁B的石墨组织。图3试验灰铸铁A的珠光体组织。图4试验灰铸铁B的珠光体组织。图5试验灰铸铁A的初生奥氏体组织。图6试验灰铸铁B的初生奥氏体组织。图7试验灰铸铁C的石墨组织。图8试验灰铸铁D的石墨组织。图9试验灰铸铁C的珠光体组织。
图10试验灰铸铁D的珠光体组织。 图11试验灰铸铁C的初生奥氏体组织。
图12试验灰铸铁D的初生奥氏体组织。
具体实施例方式I、试验采用发明专利“易加工高强度灰铸铁”，合金成分如表I所示。采用500Kg工频熔炼炉熔炼，热电偶测温，铁水出炉温度1530°C，浇包内孕育，孕育剂加入量为O. 4%,充分搅拌后在树脂砂型中浇注抗拉强度测定及组织分析试样，试样尺寸Φ30mmX300mm。表I实验灰铸铁的化学组成(质量百分比)
权利要求
1.一种用于细化灰铸铁组织的孕育剂，其特征在于按质量百分比计包括40% 50% 的硅、5% 8%的锰、5% 8%的锆、2% 5%的钙、2% 3%的铝，余量为铁。
2.一种如权利要求I所述的用于细化灰铸铁组织的孕育剂的制备方法，其特征在于 将含有硅、锰、锆、钙、铝元素的铁合金混合、熔炼、冷却，破碎成4 8毫米尺寸的颗粒，采用浇包内孕育方法加入灰铸铁溶液中。
3.采用权利要求I所述的孕育剂孕育处理的易加工高强度灰铸铁，其特征在于合金成分按质量百分比计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工频熔炼炉熔炼，热电偶测温，铁水出炉温度1530°C，浇包内孕育，孕育剂加入量为O. 4%，充分搅拌后在树脂砂型中浇注抗拉强度测定及组织分析试样，试样尺寸 Φ 30mmX 300mm。
全文摘要
本发明涉及一种用于细化灰铸铁组织的孕育剂及其制备方法和应用。本发明孕育剂包括质量百分比为40％～50％的硅、5％～8％的锰、5％～8％的锆、2％～5％的钙、2％～3％的铝，余量为铁。将含有硅、锰、锆、钙、铝等的铁合金混合、熔炼、冷却，破碎成4～8毫米尺寸的颗粒，采用浇包内孕育方法加入灰铸铁溶液中。采用本发明孕育剂孕育处理的易加工高强度灰铸铁强度达到了400MPa以上。此种孕育剂能够促进亚共晶灰铸铁凝固过程中初生奥氏体的生核，增加初生奥氏体枝晶数量，同时，能够细化灰铸铁中的石墨组织，以及减小基体珠光体组织的片间距，从而提高亚共晶灰铸铁的强度。具有加入量少、成本低、工艺简单等特点。
文档编号B22D1/00GK102925784SQ20121040490
公开日2013年2月13日 申请日期2012年10月21日 优先权日2012年10月21日
发明者王金国, 姜启川, 逄伟, 杭新, 刘国懿, 张凤山, 侯骏 申请人:吉林大学