专利名称：用碲化物合金促进铸铁白口化的制作方法
冷硬铸铁和白口铁因其硬度高、成本低而在耐磨材料中越来越占有重要位置。广泛用于矿山、水泥、纺织机械和各类轧辊、辊筒以及要求耐磨的各类零、部件。已有的白口铁和冷硬铸铁多是不含碲的，或虽含碲但不是作为一种必备元素加入，而是作为一种补救措施，如生产轧辊时，在炉前从铁水中取样浇注试片，根据试片上的白口深度判断铁水的激冷性能是否符合要求，若白口深度不足，则往铁水中加碲，增加白口深度。
促进白口的元素通常有钨、锰、钼、铬、锡、钒、硫、硼、碲等。其中碲是白口化作用最强的元素，差不多是铬的150倍，在白口铁或冷硬铸铁中使用碲时，它的加入量一般也仅为几十个PPm。因此，开发含碲铸铁是一项很有实用价值的工作。在已有技术中，利用碲促进白口化有两种方法，1、直接加入法;2、铸渗工艺法。可是，碲是一种不但熔点低而且沸点也低的元素，其熔点为453℃，沸点为990℃。因此，用直接加入法向铁水中加碲生产白口和耐磨铸件时，不仅会因反应剧烈造成翻腾和大量气化、氧化，致使吸收率大大降低，而且还会因铁水温度的波动造成吸收率的较大波动，使生产难以控制，废品增加。当采用铸渗工艺方法时，可较好地解决上述问题。它突出的优点是反应平稳，吸收率增加。但也存在着不足，这就是由于碲的熔点低，而使其过早地熔入铁水，在充型过程中被流动的铁水带走，以致产生白口层厚度不均匀。要消除这种不均匀现象，需对浇注温度、涂层厚度和加入的碲量严加控制，从而增加了生产控制上的难度。而其它一些熔点较高的促进白口元素，如钨，钼，铬等，由于它们的熔点大大提高于铁水的温度，常产生不能熔入铁水等现象，同时它们又不能作为微量元素起作用，所以上述两种工艺方法通常不使用这些元素。
本发明的基本思想是开发一种既能克服碲的熔点低，氧化烧损大，吸收率低且稳定，因而不利于生产控制的弱点，又能保持碲的强烈促进白口化作用的性能的物质。试制成功的碲化物合金能够满足上述要求。碲化物合金是以碲与某些金属元素的化合物为主的合金，其特征在于具有比碲高且比钨等元素低的熔点，因而在处理铁水过程中氧化烧损少，吸收率高且稳定;具有比折算等量的碲更强的促进白口化作用;促进白口化的同时还能改善铸件的机械性能;用于大型铸件的铸渗工艺时。可简化工艺，提高成品率。这些碲化物合金如下碲化锑合金，熔点600～620℃;碲化锡合金，熔点770～790℃;碲化铜合金，熔点840～855℃;碲化铝合金，熔点870～895℃;碲化钴合金，熔点1000～1010℃，或其它碲化物合金等等。这些碲化物合金除能促进白口外，还有其它一些有益的作用，锑和锡是有效的珠光体促进元素，能够提高冷硬铸铁灰口组织的机械性能。铜能增加珠光体的含量，同时能细化珠光体及强化珠光体中的铁素体，因而亦能增加冷硬铸铁灰口组织的机械性能。铝对白口层硬度的影响比铜大，它是通过强化基体而使硬度提高。钴在铁中以固溶形式存在，起固溶强化作用，提高强度和硬度。
本发明的特点如下1、碲化物合金的熔点均高于纯碲的熔点，其沸点也比纯碲有不同程度的提高，因此熔入铁水的速度较纯碲慢，作用稳定。这样既避免了直接加入铁水中时引起的剧烈翻腾和氧化，又避免了过早地熔入铁水造成白口厚度不均匀，生产上易控制。熔点越高的碲化物合金，该特点越显著。通常碲化物合金的熔点在500℃至1300℃范围之内。实际应用证明选择熔点在1000℃左右的碲化物合金效果最佳。
2、由于提高了碲的吸收率，故碲化物合金在折算含碲的数量与纯碲相等时，具有比纯碲更大的促进白口作用。一般可增大作用10～30%3、碲化物合金中与碲形成化合物的金属元素具有强化组织的作用，故使用碲化物合金时，不但能有效地促进白口，同时还强化了基体组织，提高了铸件整体的机械性能。
4、在用铸渗工艺法生产大型铸件时，如φ650×1700的冷硬铸铁轧辊，往往需要在含碲涂料层外覆盖一层保护性涂涂料，以防止碲过早地熔入铁水，造成轧辊上、下两端白口偏差超限。但该保护层极不容易控制，太薄了保护作用差，太厚了容易产生剥落，或是将碲完全阻挡住熔不出来，故在实际生产中问题很多。而使用含碲化钴合金的涂料时，则不需要覆盖保护层，既简化了工艺，又提高了成品率。
5、重要的是不论采用直接加入法还是采用铸渗工艺法，均能收到碲的吸收率高，工艺稳定可靠的效果。这对稳定工艺，提高成品率，降低成本，生产优质耐磨件是极为有利的。
本发明中碲化物合金使用下述方法制备1、成份配比(各元素含量均按重量百分数计算，以下皆同)①碲化锑合金Te58～65%，Sb35～42%②碲化锡合金Te50～56%，Sn44～50%③碲化铜合金Te50～60%，Cu40～50%④碲化铝合金Te85～90%，Al10～15%⑤碲化钴合金Te65～75%，Co25～35%2、制备方法(1)分步熔化配制法该熔化在电阻炉内进行，用氩气等惰性气体保护。
因与碲形成化合物的金属元素的熔点均较高，如果与碲一起熔化则使碲氧化烧损严重，故先将这些金属元素熔化，然后将碲加入。碲加入时将与金属元素发生化学反应。应避免加入过快使反应剧烈造成合金液飞溅。本发明制备中使用一根石英玻璃管装入粒度为3～8mm的碲块，一头用纸封住。当需要向炉内加碲时，将该石英管的纸封住的一端插入坩埚内，封纸烧掉后碲块依次落入坩埚，反应较平稳，无飞溅，烧损少。在炉内保温3～5分钟后出炉。
②同步多次熔化配制法该熔化在脉冲加热炉内进行，用氩气等惰性气体保护。
对于熔点高于碲的沸点的金属元素，如钴等，不适用上法配制。本发明采用同步熔化配制法。脉冲炉给定电压80～100伏，电流40～50安。熔化步骤如下a)第一次送电4～6秒钟后，停电2～3秒，b)从第二次熔化到第五次熔化，每次送电3～4秒，每两次熔化之间停电2～3秒，c)从第六次到第十次熔化，每次送电6～8秒，每两次熔化之间停电3～4秒，d)从第十一次到第十五次熔化，每次送电10～14秒，两次熔化之间停电3～4秒。
采用该熔化配制法的目的在于钴等高熔点金属元素与碲的充分化合。熔化初期若送电时间过长，熔化了的碲将飞溅出来，这样就无法得到规定的成份。熔化的次数少了，高熔点的金属元素不能全部熔化。如钴的熔点为1500℃，用本法配制时，钴在碲的熔池中一点点熔化并与碲反应，所以熔化过程需反复多次，一般在十二到十五次。
用于直接加入铁水的碲化物合金应破碎成为3～10mm的粒状。用于铸渗工艺的碲化物合金应破碎研磨成粉状，粒度应小于0.056mm(过260目筛)。碲化物合金的粉碎性能很好，破碎和研磨成粉均很容易。
利用碲化物合金促进白口化可用下述方法
1、直接加入法这种方法最适宜白口铁。可视铸件壁厚和铁水成分的差异，每吨铁水加入量按折合成纯碲计以20～60克为宜。壁厚大于100mm时取上限，小于50mm时取下限。铁水中硅含量大于0.8%(重量百分数)时取上限，小于0.6%时取下限。以3～10mm的粒状加入为好。加入时的铁水温度以1280～1300℃为好。在浇注前5～15分钟加。
对某些采用铸渗工艺的冷硬铸铁轧辊，当铁水较软(硅含量在0.8%以上)时，可向每吨铁水中加入与10～25克碲相当的碲化物合金。切不可多加，以免损害心部灰口组织的强度。
2、铸渗工艺法这种方法最适宜冷硬铸铁。将过260目筛的碲化物合金调入高温性能好的涂料中，涂料配方为(单位克)碲化物中折合纯碲炭黑耐火粘土5～710～147～10膨润土糊精CMC2～32～40.2～0.3六偏磷酸钠水0.5～1.5100～120喷涂和刷涂均可。涂层厚度小于0.2mm，浇注前涂层应自然干燥或在80～100℃烘干。涂层中的碲化物合金含量(以纯碲计)应在4～7mg/cm2。
应注意的是，如对强度和韧性无特殊要求的普通白口铁和冷硬铸铁，仅考虑提高硬度的话，可对铁水成分不做任何调整，而只加足上述碲化物合金即可。如不仅要求硬度高，同时要求强度和韧性也高时，须将硅量在原铁水的基础上提高0.3～0.4%。(重量百分数)
以本法生产的白口铁，硬度可比原来提高HRC4～8，对冷硬铸铁来说，表面硬度可提高HRC3～6。这是因为碲化物合金的作用既增大了铁水的过冷度，使组织细密，又通过合金元素强化了组织。硅量提高后的材质强度和韧性可分别提高30～40%左右。
上述直接加入法适用于白口铁;铸渗工艺法适用于要求表面硬度高，心部强度好的冷硬铸铁。
本发明的具体实施例如下实施例1焊管机组成型辊，毛重约200公斤，材质要求为白口铁。铁水成分为C 3.5%，Si 0.72%，Mn 0.8%，P 0.3%，S 0.11%，Cr 1.8%(重量百分数)。铁水出炉温度为1350℃，在炉前于铁水1300℃时加入粒度为5～8mm的碲化锑合金(Te61.2%，Sb38.8%)，加入量按65克/吨，(合每吨铁水40克碲)加入5分钟后将铁水浇入砂型。最后得到轧辊辊面硬度HRC47，冲击韧性ak0.5kg-m/cm2。
实施例2φ410×1000mm冷硬铸铁轧辊。铁水化学成份C3.70%，Si0.85%，Mn0.71%，P0.47%，Cr0.4%，Cu0.7%，S0.11%(重量百分数)。铁水出炉温度1380℃，于1280℃加入粒度为5～8mm的碲化钴合金(Te70%，Co30%)35克/吨，5分钟后浇入铸型(辊面部分为金属型，型温80～100℃)，得轧辊辊面硬度Hs75，心部强度20kg/mm2。辊面部分上端白口7mm，下端白口10mm，两端白麻长约为18mm。
实施例3φ410×1000mm冷硬铸铁轧辊。铁水化学成份C3.65%，Si0.76%，Mn0.46%，S0.126%，P0.5%，Cr0.31%，Cu0.62%。铁水出炉温度1400℃。采用铸渗工艺法。铁水温度为1270℃时，浇注到按下列步骤准备好的金属型中。涂料配方为(单位克)碲化钴合金粉(Te70%，Co30%)耐火粘土115100膨润土糊精炭黑六偏磷酸钠383214014CMC水31200将按上述配方制备好了的涂料，用压缩空气喷枪喷涂于金属型上，金属型温度为90～100℃，涂层厚0.2mm，含碲化钴合金8.8mg/cm2。生产得辊子辊面硬度Hs74，心部强度21kg/mm2。
实施例440×80×400mm冷硬铸铁耐磨件。铁水化学成份C3.62%，Si0.64%，Mn0.59%，P0.43%，S0.109%，Cr0.30%，Cu0.68%(重量百分数)。铁水出炉温度1380℃。用铸渗工艺法，涂料配方为(单位克)炭黑耐火粘土膨润土水1.20.80.310碲化钴合金(Te70%，Co30%)2将此配制好了的涂料刷涂于金属型板上，型板温度80～90℃，涂层厚0.2mm，浇注温度1265℃。得到铸件表面硬度为HRC54。距铸件前端50mm处白口深13mm，距后端50mm处白口深15mm，白口端差为2mm。
用同一方法，同一涂料配方，加纯碲14克，其它条件均同加碲化钴合金生产的铸件，距前端50mm处白口深10mm，距后端50mm处白口深16mm，白口端差为6mm，是用碲化钴合金生产的3倍。由此可见用碲化钴合金铸渗生产的铸件比用纯碲处理生产的铸件白口层更均匀。
权利要求
1.一种铸造领域用碲化物合金促进白口化的工艺，包括a)直接加入法，b)铸渗工艺法，其特征在于a)碲化物合金具有比碲高的熔点；b)按一定配比成分制备碲化物合金的分步熔化法和同步多次熔化法。
2.根据权利要求1所述的碲化物合金，其特征在于它们的熔点比碲的熔点高，这些碲化物合金包括碲化锑合金，碲化锡合金，碲化铜合金，碲化铝合金，碲化钴合金，一般选择碲化物合金的熔点约在500℃～1300℃范围之内，通常选取碲化物合金的熔点约在1000℃左右为佳。
3.根据权利要求1或2所述的碲化物合金，其特征在于其合金配比(重量百分比)为碲化锑合金Te58～65%，Sb35～42%;碲化锡合金Te50～56%，Sn44～50%;碲化铜合金Te50～60%，Cu40～50%;碲化铝合金Te85～90%，Al10～15%;碲化钴合金Te65～75%，Co25～35%。
4.根据权利要求1所述的分步熔化法，其特征在于该熔化在电阻加热炉内进行，并用氩气等惰性气体保护，按形成碲化物合金配比的比例要求，先将熔点高的金属元素熔化，然后再加入粒度为3～8mm的碲块一起熔化。
5.根据权利要求1所述的同步多次熔化法，其特征在于该熔化在脉冲加热炉内进行，并用氩气等惰性气体保护，脉冲炉给定电压80～100伏，电流40～50安，熔化步骤如下第1次送电4～6秒后，停止熔化2～3秒，从第2～5次熔化，每次送电3～4秒，每两次熔化之间停电2～3秒，从第6～10次熔化，每次送电6～8秒，每两次熔化之间停电3～4秒，从第11～15次熔化每次送电10～14秒，每两次熔化之间停电3～4秒。这样反复多次，一般12～15次即可。
6.根据权利要求1所述的直接加入法，其特征在于每吨铁水加入量按折合成纯碲量计以20～60克为宜，碲化物合金的粒度以3～10mm为好，加入时铁水的温度应为1280～1300℃，加入时间应在浇注前5～15分钟为好。
7.根据权利要求1所述的铸渗工艺法，其特征在于涂料配方中碲化物合金粒度应小于0.056mm(过260目筛)，涂层厚度应小于0.2mm，涂层可自然干燥或在80～100℃烘干，碲化物合金的含量(以纯碲计)应在4～7mg/cm2。
8.根据权利要求7所述的铸渗工艺法，其特征在于在生产大型铸件而使用碲化钴合金的涂料时，则不需要在涂料层外再覆盖一层保护性涂料。
9.根据权利要求6或7所述的工艺方法，其特征在于当铸件要求高的硬度，同时强度与韧性也高时，需将铁水中的硅含量在原铁水的基础上提高0.3～0.4%(重量百分数)。
全文摘要
本发明为用于铸造领域的碲化物合金。这些碲化物合金克服了元素碲在铸造工业生产中不易控制的弱点，其特征在于具有比碲高的熔点，因而在使用中氧化烧损少，吸收率高且稳定，具有比折算等量的碲更强的促进白口化作用，同时还能改善铸件的机械性能。当用于大型铸件的铸渗工艺时，可简化工艺，减少白口偏差，提高成品率。使用碲化物合金来代替碲具有显著的经济效益。
文档编号C22C33/08GK1032677SQ8710789
公开日1989年5月3日 申请日期1987年11月14日 优先权日1987年11月14日
发明者刘顺华, 陈光昀, 任保鲁特, 韩双起, 田世民, 王国新, 周俊林, 隋桂馨 申请人:大连工学院