专利名称：金属型铸造铸态铁素体球墨铸铁的制作方法
技术领域：
本发明属铸造技术领域，特别涉及用金属型铸造铸态铁素体球墨铸铁工艺。
球墨铸铁自诞生以来，在生产上获得广泛的应用。其中用于制造汽车、拖拉机底盘及农机具等零部件的铁素体球墨铸铁材料也得到迅速的发展。目前，生产铁素体球墨铸铁主要采用普通砂型铸造，而且铸件还要经过低温和高温两个阶段的石墨化退火处理。由于用砂型铸造时石墨化膨胀得不到补偿，铸件很容易出现缩松等缺陷，所以铸造时采用的冒口较大，消耗的铁水较多。高压造型虽可以避免普通砂型铸造球墨铸铁件的缩松等问题，但高压造型需要较大的设备投资，不易在一般工厂普及。为了解决这一问题，许多工厂都利用金属型铸造来生产铁素体球墨铸铁。但用金属型铸造铁素体球墨铸铁，由于金属型导热性好，铸件因冷却太快而很容易产生白口和珠光体。要想获得铁素体基体的球墨铸铁件，几乎都要进行石墨化退火处理。用这一热处理工序，不仅要增加能源的消耗，而且还容易引起铸件的氧化和变形，铸件的表面也需要清理，这样既消耗了大量的人力、物力和财力，又延长了生产周期，增强了劳动强度，增加了生产成本。
为了充分利用金属型铸造的长处，避免金属型铸造时退火处理工序及由此带来的铸件氧化和变形，1982年6月日本的橘堂忠等提出用金属型铸造高韧性铸态铁素体球铁，采用高纯生铁在硅碳棒炉里进行熔炼，然后在金属型中浇注，但该项研究对原材料要求极为苛刻，而且是在硅碳棒炉里进行试验，所以无法用于工业生产。
本发明的目的在于用普通铸造生铁等原材料，经中频感应电炉熔炼后，直接用金属型铸造铸态铁素体球墨铸铁。
用金属型生产铸态铁素体球墨铸铁，本发明的关键在于铁水的成份为低碳，高硅，低锰、磷、硫。其含量为C3.5～3.9%，Si2.8～3.8%，Mn≤0.4%，P≤0.07%，S≤0.03%;并采用由钡盐、锶盐、铋盐和硅铁组成的复合孕育剂;浇注铁水时，金属型工作表面喷涂两层涂料，外层为绝热涂料，内层为发热涂料。
碳是形成石墨的元素。提高含碳量，可以增加石墨晶粒数目，改善球化率和有效地减少碳化物和珠光体数量，有利于基体中铁素体含，量的提高。但含碳量过高，会使铸态球墨铸铁延伸率急剧下降。
硅是强烈促进石墨化的元素。硅含量高，可以增加共晶团数目，细化晶粒，容易得到圆整度高、球径小、数量多而又分布均匀的球墨，并可消除一次渗碳体，使基体中珠光体含量减少，铁素体含量增加，有利于铸态球铁延伸率的提高。但另一方面，硅又以置换方式固溶于铁素体中，使铁素体强化，硬度提高而延伸率下降。因此，硅含量也不宜过高。
锰是典型的两性元素。一方面它固溶于渗碳体，强烈地增强一次和二次渗碳体的稳定性，阻止基体的铁素体化;另一方面，它又与稳定渗碳体的元素-硫、氮、氧等化合而生成化合物，使这些元素丧失对渗碳体的稳定作用，间接地促进了基体的铁素体化。此外，锰在球铁中的偏析较为严重。所以综合考虑在铸态稀土球铁生产中，锰含量越低越好。
磷对石墨化的影响不大，但极易偏析。当含磷量超过溶解度极限时，磷就以硬而脆的磷共晶形式沿晶界析出，严重地恶化球铁的塑性和韧性。
硫在球铁中强烈阻碍石墨化，增强白口倾向，恶化石墨形状，铁水中含硫量高，还易造成粘稠的硫化渣，在铸件中形成气孔和夹渣。所以铁水中的含硫量应尽可能低。
本发明采用的复合孕育剂为Ba盐、Sr盐、Bi盐和硅铁的混合物，其主要成份及配比如下(按重量%)，BaCO
1.5～15%，SrCO
1.5～15%，Bi(NO
)
·5H2O 1.5～15%，余为75硅铁。
含Ba的硅铁，可以防止铸件薄壁处出现白口，显著细化共晶团，提高铸件强度及厚壁处的硬度。硅铁中含有Sr，减白口的作用很强，缩孔缩松的倾向也小，用于球铁孕育可以增加石墨球数，延缓孕育衰退。铋是表面活性物质，具有细化共晶团，增多石墨球数的作用。当加铋量在一定范围内时，对于消除变态石墨、形成球状石墨是有利的。
在金属型铸造中，使用合适的涂料，不仅可保护金属型，延长金属型的使用寿命，而且可避免铸件形成大量的渗碳体和珠光体。本发明采用两种涂料绝热涂料和发热涂料。在金属型的工作表面先涂一层绝热涂料，待其干燥后再涂一层发热涂料。
绝热涂料使金属型与铸件之间有一层绝热屏障，从而降低铸件的冷却速度。本发明的绝热涂料的成份及配比为(重量%)石棉粉20～60%，石英粉20～60%，膨润土10～20%，粘结剂1～3%，水适量。
发热涂料的作用在于在铁水浇注温度下发生化学反应放出热量从而延缓球墨铸铁的凝固过程，避免结晶出渗碳体。本发明的发热涂料的成份及配比为(重量%)铝粉10～40%，氧化铁粉40～80%，粘接剂1～3%，水适量。
采用本发明的金属型铸造工艺，可生产出铸态铁素体球墨铸铁，其抗拉强度σb50～64.5kg/mm2，延伸率δ10～18%。该铸造工艺不仅省去铸件的热处理工序，节省了能源，缩短了生产周期，而且也省去了铸件热处理后的表面清理和变形校正工序，改善了劳动条件，具有显著的经济效益和社会效益。
实施例在中频感应电炉内熔化的铁水，其成分为C3.70～3.85，Si3.30～3.70，Mn0.32～0.35，P＜0.06，S＜0.03。球化处理和孕育处理用包内冲入法。球化剂用GXtMg7-10;复合孕育剂的成份及配比为BaCO 3.5%，SrCO 2%，Bi(NO ) ·5H2O2%，75硅铁92.5%。开炉前在金属型的工作表面先喷涂绝热涂料，待阴干后再喷涂一层发热涂料。绝热涂料的配比为(重量%)石棉粉42%，膨润土16%，阿拉伯树胶1.5%，水适量。发热涂料的配比为(重量%)铝粉25%，氧化铁粉75%，阿拉伯树胶1.5%，水适量。
按照球墨铸铁件国家标准GB1348-78规定测定试样性能，抗拉强度δb≥50kg/mm2，延伸率δ≥10%。其金相组织中铁素体的含量均为90%，球化级别为1～2级。
权利要求
1.铸态铁素体球墨铸铁的金属型铸造工艺，其特征在于该工艺控制铁水的成份为C3.5～3.9%，Si2.8～3.8%，Mn≤0.4%，P≤0.07%，S≤0.03%；采用的复合孕育剂为钡盐、锶盐、铋盐和硅铁的混合物；浇注铁水时，金属型工作表面喷涂两层涂料，外层为绝热涂料，内层为发热涂料。
2.根据权利要求1所述的金属型铸造工艺，其特征在于所述的复合孕育剂的配比为(重量%)BaCO
1.5～15%，SrCO
1.5～15%，Bi(NO
)
·5H2O1.5～15%，余为75硅铁。
3.根据权利要求1所述的金属型铸造工艺，其特征在于所述的发热涂料和绝热涂料的成份及配比为(重量%)发热涂料铝粉10～40%，氧化铁粉40～80%，粘接剂1～3%，水适量。绝热涂料石棉粉20～60%，石英粉20～60%，膨润土10～20%，粘接剂1～3%，水适量。
全文摘要
本发明的金属型铸造铸态铁素体球墨铸铁工艺，其铁水成份为低碳，高硅，低锰、磷、硫，采用的复合孕育剂为钡盐、锶盐、铋盐和硅铁的混合物；浇注铁水时，金属型工作表面喷涂绝热涂料和发热涂料。采用该工艺可省去铸件的热处理工序，节省能源，缩短生产周期并改善了劳动条件。生产的铸态铁素体球铁，抗拉强度为50-64.5kg/mm
文档编号B22C3/00GK1046760SQ8910527
公开日1990年11月7日 申请日期1989年4月26日 优先权日1989年4月26日
发明者叶以富, 陈寿祖, 王昕 , 朱能山, 张 林 申请人:山东工业大学