[0001]
本发明属于铸铁技术领域，特别是一种改善球磨铸铁组织性能的方法。
背景技术：
[0002]
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。球墨铸铁已迅速发展为仅次于灰铸铁的、应用十分广泛的铸铁材料。所谓“以铁代钢”，主要指球墨铸铁。
[0003]
球墨铸铁是通过球化和孕育处理得到球状石墨，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。
[0004]
现有的铸态球墨铸铁因其相对较低的生产成本，一直备受关注，但是，随着经济的不断发展，人们对于铸态球墨铸铁的性能要求越来越高，而现有技术生产的铸态球墨铸铁性能一般，需要通过大量添加铜、镍、钼等贵金属来提高其性能，导致生产成本大幅度增加。
技术实现要素：
[0005]
本发明的目的是提供一种改善球磨铸铁组织性能的方法，以解决现有技术中的不足。
[0006]
本发明采用的技术方案如下：一种改善球磨铸铁组织性能的方法，向球磨铸铁中引入石墨烯复合粒子，得到成品球墨铸铁件；所述引入为在熔融态球磨铸铁中添加经过球磨处理后的石墨烯复合粒子；所述球磨处理为将铁粉、石墨烯复合粒子混合球磨处理；所述成品球墨铸铁件中石墨烯复合粒子添加量为0.25-0.33wt.%。
[0007]
所述石墨烯复合粒子制备方法为：将石墨烯、氨水与无水乙醇混合到一起，得到石墨烯氨水乙醇液；将乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷、无水乙醇、冰醋酸依次混合到一起，得到乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷分散液；将石墨烯氨水乙醇液滴加到乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷分散液中，边滴加边搅拌，滴加完成后，再静置10-14小时，然后超声波处理5-8min，再进行辐照处理，然后再在50-55℃下保温静置1.5小时，最后进行冷冻干燥，得到反应物，对反应物采用去离子水进行清洗，再置于干燥箱内干燥10小时，然后再在马沸炉中煅烧处理2小时，自然冷却至室温，即可。
[0008]
所述石墨烯、氨水、无水乙醇混合比例为30-40g：200ml：250ml；所述氨水为饱和氨水。
[0009]
所述乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷分散液中，乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷质量分数为9%；所述无水乙醇、冰醋酸混合体积比为4:1。
[0010]
所述石墨烯氨水乙醇液与乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷分散液混合体积比为1:1.2-1.5。
[0011]
所述超声波频率为35khz，功率为500w；所述辐照处理的辐照剂量为120-130kgy；所述冷冻干燥温度为零下35℃；所述马沸炉中煅烧温度为950℃。
[0012]
所述铁粉、石墨烯复合粒子混合质量比为1.4-1.6:1。
[0013]
所述球磨处理为：球磨时间为20小时，球磨助剂为丙三醇，球磨转速为250r/min。
[0014]
本发明通过向球墨铸铁中引入石墨烯复合粒子，可以细化铁素体晶粒，且当其添加量为0.25-0.33wt.%时效果最佳，这是由于，本发明引入的石墨烯复合粒子与γ-fe之间的二维错配度较高，符合其成为铁液初生相非均质形核核心的条件，因此，通过向球磨铸铁中引入石墨烯复合粒子，大幅度的提高了γ-fe形核核心的数量，单位面积内晶粒数量越多促使晶粒尺寸越小，达到细化铁素体晶粒的效果，通过石墨烯复合粒子在铁素体晶界形成之前就存在，会对晶界运动起到阻碍作用，使得位错移动变得更加困难，进而在宏观上表现出力学性能的增加作用，但是，引入过量的石墨烯复合粒子后，反而会导致非均质形核作用减弱，这是由于过量的引入石墨烯复合粒子，会发生部分纳米粒子团聚作用，导致铁素体晶粒粒度的降低，表现出平均尺寸的在增大。
[0015]
有益效果：本发明方法制备的石墨烯复合粒子能够显著的改善球墨铸铁的球化率，通过对其球化率的改善，使得石墨球更加圆整，在凝固过程中，石墨畸变主要发生在球状石墨在铁液中的长大过程中，生长速率的降低能够减小畸变的概率，因此，通过引入本发明制备的石墨烯复合粒子，能够促使球铁的球化率大幅度增加，能够进而改善其力学性能。
[0016]
本发明方法改善后的球墨铸铁的硬度具有大幅度的增加，这是由于引入本发明石墨烯复合粒子后，球铁金相组织中的石墨形态得到大幅度的改善，铁素体晶粒尺寸明显降低，珠光体层片间距增加，球化率的增加，从而表现出更高的表面硬度。
具体实施方式
[0017]
一种改善球磨铸铁组织性能的方法，向球磨铸铁中引入石墨烯复合粒子，得到成品球墨铸铁件；所述引入为在熔融态球磨铸铁中添加经过球磨处理后的石墨烯复合粒子；所述球磨处理为将铁粉、石墨烯复合粒子混合球磨处理；所述成品球墨铸铁件中石墨烯复合粒子添加量为0.25-0.33wt.%。
[0018]
所述石墨烯复合粒子制备方法为：将石墨烯、氨水与无水乙醇混合到一起，得到石墨烯氨水乙醇液；将乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷、无水乙醇、冰醋酸依次混合到一起，得到乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷分散液；将石墨烯氨水乙醇液滴加到乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷分散液中，边滴加边搅拌，滴加完成后，再静置10-14小时，然后超声波处理5-8min，再进行辐照处理，然后再在50-55℃下保温静置1.5小时，最后进行冷冻干燥，得到反应物，对反应物采用去离子水进行清洗，
再置于干燥箱内干燥10小时，然后再在马沸炉中煅烧处理2小时，自然冷却至室温，即可。
[0019]
所述石墨烯、氨水、无水乙醇混合比例为30-40g：200ml：250ml；所述氨水为饱和氨水。
[0020]
所述乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷分散液中，乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷质量分数为9%；所述无水乙醇、冰醋酸混合体积比为4:1。
[0021]
所述石墨烯氨水乙醇液与乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷分散液混合体积比为1:1.2-1.5。
[0022]
所述超声波频率为35khz，功率为500w；所述辐照处理的辐照剂量为120-130kgy；所述冷冻干燥温度为零下35℃；所述马沸炉中煅烧温度为950℃。
[0023]
所述铁粉、石墨烯复合粒子混合质量比为1.4-1.6:1。
[0024]
所述球磨处理为：球磨时间为20小时，球磨助剂为丙三醇，球磨转速为250r/min。
[0025]
下面将结合本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0026]
实施例1一种改善球磨铸铁组织性能的方法，向球磨铸铁中引入石墨烯复合粒子，得到成品球墨铸铁件；所述引入为在熔融态球磨铸铁中添加经过球磨处理后的石墨烯复合粒子；所述球磨处理为将铁粉、石墨烯复合粒子混合球磨处理；所述成品球墨铸铁件中石墨烯复合粒子添加量为0.25wt.%。所述石墨烯复合粒子制备方法为：将石墨烯、氨水与无水乙醇混合到一起，得到石墨烯氨水乙醇液；将乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷、无水乙醇、冰醋酸依次混合到一起，得到乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷分散液；将石墨烯氨水乙醇液滴加到乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷分散液中，边滴加边搅拌，滴加完成后，再静置10小时，然后超声波处理5min，再进行辐照处理，然后再在50℃下保温静置1.5小时，最后进行冷冻干燥，得到反应物，对反应物采用去离子水进行清洗，再置于干燥箱内干燥10小时，然后再在马沸炉中煅烧处理2小时，自然冷却至室温，即可。所述石墨烯、氨水、无水乙醇混合比例为30g：200ml：250ml；所述氨水为饱和氨水。所述乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷分散液中，乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷质量分数为9%；所述无水乙醇、冰醋酸混合体积比为4:1。所述石墨烯氨水乙醇液与乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷分散液混合体积比为1:1.2。所述超声波频率为35khz，功率为500w；所述辐照处理的辐照剂量为120kgy；所述冷冻干燥温度为零下35℃；所述马沸炉中煅烧温度为950℃。所述铁粉、石墨烯复合粒子混合质量比为1.4:1。所述球磨处理为：球磨时间为20小时，球磨助剂为丙三醇，球磨转速为250r/min。
[0027]
实施例2一种改善球磨铸铁组织性能的方法，向球磨铸铁中引入石墨烯复合粒子，得到成品球墨铸铁件；所述引入为在熔融态球磨铸铁中添加经过球磨处理后的石墨烯复合粒子；所述球磨处理为将铁粉、石墨烯复合粒子混合球磨处理；所述成品球墨铸铁件中石墨烯复合粒
子添加量为0.33wt.%。所述石墨烯复合粒子制备方法为：将石墨烯、氨水与无水乙醇混合到一起，得到石墨烯氨水乙醇液；将乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷、无水乙醇、冰醋酸依次混合到一起，得到乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷分散液；将石墨烯氨水乙醇液滴加到乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷分散液中，边滴加边搅拌，滴加完成后，再静置14小时，然后超声波处理8min，再进行辐照处理，然后再在55℃下保温静置1.5小时，最后进行冷冻干燥，得到反应物，对反应物采用去离子水进行清洗，再置于干燥箱内干燥10小时，然后再在马沸炉中煅烧处理2小时，自然冷却至室温，即可。所述石墨烯、氨水、无水乙醇混合比例为40g：200ml：250ml；所述氨水为饱和氨水。所述乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷分散液中，乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷质量分数为9%；所述无水乙醇、冰醋酸混合体积比为4:1。所述石墨烯氨水乙醇液与乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷分散液混合体积比为1:1.5。所述超声波频率为35khz，功率为500w；所述辐照处理的辐照剂量为130kgy；所述冷冻干燥温度为零下35℃；所述马沸炉中煅烧温度为950℃。所述铁粉、石墨烯复合粒子混合质量比为1.6:1。所述球磨处理为：球磨时间为20小时，球磨助剂为丙三醇，球磨转速为250r/min。
[0028]
实施例3一种改善球磨铸铁组织性能的方法，向球磨铸铁中引入石墨烯复合粒子，得到成品球墨铸铁件；所述引入为在熔融态球磨铸铁中添加经过球磨处理后的石墨烯复合粒子；所述球磨处理为将铁粉、石墨烯复合粒子混合球磨处理；所述成品球墨铸铁件中石墨烯复合粒子添加量为0.28wt.%。所述石墨烯复合粒子制备方法为：将石墨烯、氨水与无水乙醇混合到一起，得到石墨烯氨水乙醇液；将乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷、无水乙醇、冰醋酸依次混合到一起，得到乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷分散液；将石墨烯氨水乙醇液滴加到乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷分散液中，边滴加边搅拌，滴加完成后，再静置12小时，然后超声波处理6min，再进行辐照处理，然后再在53℃下保温静置1.5小时，最后进行冷冻干燥，得到反应物，对反应物采用去离子水进行清洗，再置于干燥箱内干燥10小时，然后再在马沸炉中煅烧处理2小时，自然冷却至室温，即可。所述石墨烯、氨水、无水乙醇混合比例为35g：200ml：250ml；所述氨水为饱和氨水。所述乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷分散液中，乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷质量分数为9%；所述无水乙醇、冰醋酸混合体积比为4:1。所述石墨烯氨水乙醇液与乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷分散液混合体积比为1:1.3。所述超声波频率为35khz，功率为500w；所述辐照处理的辐照剂量为122kgy；所述冷冻干燥温度为零下35℃；所述马沸炉中煅烧温度为950℃。所述铁粉、石墨烯复合粒子混合质量比为1.52:1。所述球磨处理为：球磨时间为20小时，球磨助剂为丙三醇，球磨转速为250r/min。
[0029]
实施例4一种改善球磨铸铁组织性能的方法，向球磨铸铁中引入石墨烯复合粒子，得到成品球墨铸铁件；所述引入为在熔融态球磨铸铁中添加经过球磨处理后的石墨烯复合粒子；所述球磨处理为将铁粉、石墨烯复合粒子混合球磨处理；所述成品球墨铸铁件中石墨烯复合粒子添加量为0.30wt.%。所述石墨烯复合粒子制备方法为：将石墨烯、氨水与无水乙醇混合到一起，得到石墨烯氨水乙醇液；将乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷、无水乙醇、冰醋酸依次混合到一起，得到乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷分散液；将石墨烯氨水乙醇液滴加到乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷分散液中，边滴加边搅拌，滴加完成后，再静置13小时，然后超声波处理7min，再进行辐照处理，然后再在53℃下保温静置1.5小时，最后进行冷冻干燥，得到反
应物，对反应物采用去离子水进行清洗，再置于干燥箱内干燥10小时，然后再在马沸炉中煅烧处理2小时，自然冷却至室温，即可。所述石墨烯、氨水、无水乙醇混合比例为36g：200ml：250ml；所述氨水为饱和氨水。所述乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷分散液中，乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷质量分数为9%；所述无水乙醇、冰醋酸混合体积比为4:1。所述石墨烯氨水乙醇液与乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷分散液混合体积比为1:1.4。所述超声波频率为35khz，功率为500w；所述辐照处理的辐照剂量为126kgy；所述冷冻干燥温度为零下35℃；所述马沸炉中煅烧温度为950℃。所述铁粉、石墨烯复合粒子混合质量比为1.5:1。所述球磨处理为：球磨时间为20小时，球磨助剂为丙三醇，球磨转速为250r/min。
[0030]
球墨铸铁试样（主要化学成分wt.%）：碳3.76、硅2.33、锰0.159、磷0.025、硫0.011、铼0.020、镁0.049，余量铁；对比实施例与对比例球墨铸铁球化率；表1 球化率%实施例184.38实施例284.21实施例384.79实施例485.12对比例177.63空白对照组74.68对比例1：与实施例1区别为将石墨烯复合粒子替换为未处理的纯石墨烯；空白对照组：不添加石墨烯复合粒子的基础试样；由表1可以看出，本发明方法制备的石墨烯复合粒子能够显著的改善球墨铸铁的球化率，通过对其球化率的改善，使得石墨球更加圆整，在凝固过程中，石墨畸变主要发生在球状石墨在铁液中的长大过程中，生长速率的降低能够减小畸变的概率，因此，通过引入本发明制备的石墨烯复合粒子，能够促使球铁的球化率大幅度增加，能够进而改善其力学性能。
[0031]
继续上述试验试样检测:硬度检测（采用全自动万能硬度计进行检测，测试采用hv5级别，保压时间为5s，测试时，在试样表面上均匀打5个点，每个点之间保持一定距离，在万能硬度计上直接读取硬度值，计算各点显示的平均值）：表2 硬度hv5实施例1198实施例2195实施例3201实施例4204对比例1187空白对照组172对比例1：与实施例1区别为将石墨烯复合粒子替换为未处理的纯石墨烯；空白对照组：不添加石墨烯复合粒子的基础试样；
由表2可以看出，本发明方法改善后的球墨铸铁的硬度具有大幅度的增加，这是由于引入本发明石墨烯复合粒子后，球铁金相组织中的石墨形态得到大幅度的改善，铁素体晶粒尺寸明显降低，珠光体层片间距增加，球化率的增加，从而表现出更高的表面硬度。
[0032]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。