一种球墨铸铁的球化孕育处理工艺的制作方法

本发明属于冶金领域，具体涉及一种球墨铸铁的球化孕育处理工艺。

背景技术：

早在上世纪50年代就有不少铸造人士提出，通过合理运用石墨自膨胀来解决球墨铸铁的缩孔、缩松缺陷。但至今，很少有人能够灵活运用。

他们认为孕育作用越强，越有利于石墨化；石墨化膨胀量越大，自补缩作用就越好。不知道石墨膨胀发生时间对补缩作用会有影响，甚至有人主张要采取工艺措施，使石墨化膨胀提前，使膨胀与凝固初期的收缩均衡，达到减少外部补缩量，从而减小冒口尺寸的目的。但其实反而使外部补缩与石墨膨胀相抵触，更易出现缩松缺陷。

技术实现要素：

发明目的：为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种球墨铸铁的球化孕育处理工艺，特殊球化剂、孕育剂，使石墨球数增多，同时使石墨生长高峰期往凝固后期推迟，从而更加有效地利用石墨膨胀来消除缩孔、缩松缺陷。达到无冒口铸造的目的。

技术方案：一种球墨铸铁的球化孕育处理工艺，包括如下步骤：

步骤一、在球化包的一个坑中依次加入：1％球化剂b、0.2％硅钡孕育剂、0.3％ba13长效孕育剂和压铁；

步骤二、铁水从炉中倒入另外一个坑中，出铁时加入0.15％-0.3％硅钡孕育剂，浇注时加入0.1％-0.2％特效1#随流孕育剂，为保证球化，球化结束的铁水s≤0.012％、mg＝0.040％±0.004。

作为优化：所述球墨铸铁球化剂a由以下重量百分比成分组成：si：40％-50％，ca：0.9％-1.3％，ba：1％-1.5％，mg：5.8％-6.2％，re：0.8％-1.0％，al<1.2％，余量为fe以及不可避免的微量元素，粒度为5-30mm。

作为优化：所述球墨铸铁球化剂b由以下重量百分比成分组成：si：40％-50％，ca：0.9％-1.3％，ba：1％-1.5％，mg：5.8％-6.2％，re：0.7％-1.1％，al<1.2％，余量为fe以及不可避免的微量元素，粒度为5-30mm；。

作为优化：所述bal3长效孕育剂由以下重量百分比成分组成：si：63％-68％，ca：1.4％-2.0％，ba：12％-14％，al：1-1.6％，余量为fe以及不可避免的微量元素，粒度为3-8mm。

作为优化：所述硅钡孕育剂由以下重量百分比成分组成：si>68％，al<2％，ca：1％-2％，ba：2％-2.5％，余量为fe以及不可避免的微量元素，粒度为3-8mm。

作为优化：所述1#随流孕育剂由以下重量百分比成分组成：si：70％-80％，al：0.7％-2.0％，ca：0.8％-1.5％，re：适量，bi：0.7％-1.1％，余量为fe以及不可避免的微量元素，粒度为0.1-1mm。

有益效果：本发明通过使用特殊的球化、孕育方式，使石墨析出高峰从铸件凝固初期推迟到凝固后期，也就是使大部分石墨化膨胀推迟到型腔进出口已凝固封闭、外部补缩已停止、只能依靠石墨化膨胀进行自补缩的凝固后期，从而使膨胀更有效地起到消除缩孔、缩松。与此同时还发现该种球化孕育方式对qt400-18al球墨铸铁的力学性能，尤其是低温冲击性能有很大的改善，从-20℃降至-40℃，其值仍保持在15j以上。

本发明中的熔炼方法消除了原有的缺陷，自从改变熔炼工艺后再无缺陷出现。同时减少了保温冒口的使用，降低了生产成本，提高了效率。

附图说明

图1是本发明中球化包中合金放置方式示意图；

图2是本发明两种工艺方案金相对比示意图；

图3是本发明中-40℃冲击断口扫描电镜照片图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例

方案1：现有浇注的风电750kw轮毂，中间分型，采用陶瓷管底注工艺，顶部放置三个保温冒口，在实验过程中，分型面处偶有大于φ3-φ5的缺陷出现，不符合要求。

方案2：针对上述问题，现改变熔炼工艺，具体如下：

一种球墨铸铁的球化孕育处理工艺，包括如下步骤：

步骤一、在球化包的一个坑中依次加入：1％球化剂b、0.2％硅钡孕育剂、0.3％ba13长效孕育剂和压铁；

步骤二、铁水从炉中倒入另外一个坑中，出铁时加入0.15％-0.3％硅钡孕育剂，浇注时加入0.1％-0.2％特效1#随流孕育剂，为保证球化，球化结束的铁水s≤0.012％、mg＝0.040％±0.004。

所述球墨铸铁球化剂a由以下重量百分比成分组成：si：40％-50％，ca：0.9％-1.3％，ba：1％-1.5％，mg：5.8％-6.2％，re：0.8％-1.0％，al<1.2％，余量为fe以及不可避免的微量元素，粒度为5-30mm。

所述球墨铸铁球化剂b由以下重量百分比成分组成：si：40％-50％，ca：0.9％-1.3％，ba：1％-1.5％，mg：5.8％-6.2％，re：0.7％-1.1％，al<1.2％，余量为fe以及不可避免的微量元素，粒度为5-30mm；。

所述bal3长效孕育剂由以下重量百分比成分组成：si：63％-68％，ca：1.4％-2.0％，ba：12％-14％，al：1-1.6％，余量为fe以及不可避免的微量元素，粒度为3-8mm。

所述硅钡孕育剂由以下重量百分比成分组成：si>68％，al<2％，ca：1％-2％，ba：2％-2.5％，余量为fe以及不可避免的微量元素，粒度为3-8mm。

所述1#随流孕育剂由以下重量百分比成分组成：si：70％-80％，al：0.7％-2.0％，ca：0.8％-1.5％，re：适量，bi：0.7％-1.1％，余量为fe以及不可避免的微量元素，粒度为0.1-1mm。

同时为符合球墨铸铁自补缩理论，将铸件上方的三个保温冒口改成出气冒口，此冒口无补缩作用。

本发明中用的原材料为生铁、废钢、回炉料，同时加入增碳剂增碳。运用热分析仪和光谱仪对c和si进行控制，将原铁水的成分控制在一定范围内，具体成分如下表1。

表1：方案2的原铁水和终铁水的主要成分

球化处理结束温度为1380℃，然后开始浇注，浇注结束后72小时开箱。

实验结果与分析

1、无损检测

原本在分型面三处都有缩松缺陷，缺陷面积10mm*10mm，缺陷大小φ3-φ5。改变球化、孕育方式后，铸件ut合格，三个分型面的缺陷消失，即使偶有缺陷，但也不超标。因此，可以断定新球化剂、孕育剂对改善石墨膨胀、解决缩孔缩松缺陷是有利的。

结合两种熔炼工艺分析，区别主要有三点：

1.两种球化剂re含量相似，但球化剂b的re中la较多。由于镧元素与硫、氧化物的亲和力更强，因而减少镁的烧损和反应，有利于球化处理稳定，同时镧的沸点较铈高，在1450℃左右的处理温度下，翻腾作用较弱。因此镧系球化剂适用于壁厚球墨铸铁件的生产，它不仅可以消除产生石墨畸变、石墨漂浮和减少开花石墨聚集的倾向，而且可以增加石墨球数、提高球化率和减少缩松倾向，提供优质的球墨铸铁铁液。结合表3中几种硫化物的熔点和密度，得知镧的硫化物的密度最大，也最接近铁水的密度7.1～7.3g·cm^-3，在铁水中比较稳定，弥散分布，成为形核质点。符合石墨自补缩理论，膨胀点后移，补偿铁水收缩的体积。

2.ba13孕育剂其实可以说是一种覆盖剂，能有效的消除铁水中的硫和氧，净化铁水，同时其生产的氧化物、硫化物又可以作为形核质点。

3.方案2中的工艺的随流孕育有了很大的改善，加入了微量的bi，虽然为反球化元素，但能有效增加石墨球个数。在厚度不太大的情况下，对石墨形态的影响较小，如下表2几种硫化物的熔点和密度表所示。

表2几种硫化物的熔点和密度表

2、铸件附铸试块性能分析

理化性能分析：

在该铸件的附铸试块上取一根试棒、一个金相、三组冲击。力学性能如下表4，v缺口低温冲击，从-20℃到-40℃，一直保持在15j以上，未出现随着温度减低而衰退的现象，低温韧性十分优异。同时抗拉强度379.5mpa，满足

qt400-18al的性能要求，如下表3两种熔炼工艺性能对比表所示。

表3两种熔炼工艺性能对比表

为更加详细的说明此熔炼工艺的有异性，图2列出了原有工艺与新工艺的金相对比。新工艺石墨球都比较均匀、细小、圆整，同时腐蚀过后都未出现珠光体、磷共晶等有害组织。由软件image-proplus6.0测得石墨球大小为6～7级，新型球化、孕育方式使单位面积石墨球数从原来的135，增加到165。这是由于ba13孕育剂、较大的孕育量和加bi随流孕育剂引起的。石墨球的尺寸与其析出长大时间有关，时间越短、形核质点越多，最终形成的石墨球越细小、圆整。从而保证在冒口、浇注系统封闭的情况下石墨膨胀，充分利用这些膨胀来填补缩孔缩松。

断口sem分析：

结合下图3中-40℃断口的扫描电镜照片和金相照片分析，方案2中石墨球小而多，晶粒细小，所以在断裂之后得到较多的细小韧窝。石墨球与孔洞壁间有较大的空隙，但仍有部分黏着，球周围有撕裂棱，这可能是由于裂纹扩展过程中的塑性撕裂行为所致，新工艺断口为韧性断裂。方案1大部分还是韧窝。但也有多处河流花样，解理裂纹沿着一定的结晶面穿过相邻的晶粒，由于这些晶粒间倾斜角度较小，相邻晶粒的解理面位向差小，断口较为平齐。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。