專利名稱：一種用于細(xì)化灰鑄鐵組織的孕育劑及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于細(xì)化灰鑄鐵組織的孕育劑，屬于材料工程領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著汽車工業(yè)的不斷進(jìn)步,發(fā)動機(jī)正在向大馬力、高速度和輕量化方向發(fā)展，對發(fā)動機(jī)上重要的缸體、缸蓋等鑄件提出了更高的要求，要求高強(qiáng)度、高致密性、高熱疲勞性、低應(yīng)力、表面光潔、尺寸精確。而大馬力發(fā)動機(jī)缸體和缸蓋大多采用灰鑄鐵材質(zhì)，因此,對灰鑄鐵材料提出了更高的要求。在高強(qiáng)度灰鑄鐵生產(chǎn)技術(shù)方面，我國同國外相比還存在著一定的差距。我國在高強(qiáng)度灰鑄鐵的研究與生產(chǎn)技術(shù)上與國外的主要差距如下。A.強(qiáng)度低。同樣的鐵水化學(xué)成分生產(chǎn)出來的鑄件，強(qiáng)度比國外低I 2牌號。若想生產(chǎn)相同牌號的灰鑄鐵，就必須降低碳當(dāng)量。這將引起白口傾向增大，收縮傾向增大，使 薄壁處加工困難，且易出現(xiàn)裂紋、縮松及鑄造性能變差等問題。對于發(fā)動機(jī)上的缸體、缸蓋鑄件還會使?jié)B漏傾向增大。B.鑄造工藝落后。鑄件壁厚大、重量大，如機(jī)床類鑄件比國外重10%以上,發(fā)動機(jī)缸體比國外的重30%以上。C.耐磨性差、壽命低。國外汽車第一次大修里程汽油車一般在30萬km以上，柴油車在50 80萬km，而我國汽油車僅為5 10萬km，柴油車也只達(dá)10 15萬km。D.斷面敏感性大,加工性能差。造成與國外差距的原因之一是孕育技術(shù)的落后。國外非常重視對孕育劑和孕育方法的研究，孕育劑品種很多，各有各的用途，針對不同的鑄件，不同的生產(chǎn)條件，選擇適用的孕育劑。近年來，國外發(fā)展了各種新型孕育劑，即在硅鐵的基礎(chǔ)上加進(jìn)一些強(qiáng)化孕育效果的元素，如鋁、鈣、鋇、鰓、鎂等，而且實(shí)現(xiàn)了孕育劑系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、商品化。而國內(nèi)前一段時(shí)間一直使用75SiFe孕育劑，品種單一，缺乏統(tǒng)一的質(zhì)量要求，各個(gè)廠家生產(chǎn)的75SiFe質(zhì)量各不相同，尤其又對其中的Al、Ca含量沒有規(guī)定，鑄件質(zhì)量差。近年來，國家科技部對孕育劑的開發(fā)研究工作非常重視，將研制與生產(chǎn)出各種孕育劑投放市場，取得很大成績。初步摸清了 75SiFe中雜質(zhì)元素含量的情況及對鑄鐵性能的影響規(guī)律。對不同Al、Ca含量對孕育效果影響進(jìn)行了試驗(yàn)，得出含重量百分比為O. 67Ca、0. 8A1時(shí)石墨化效果最好。在此基礎(chǔ)上提出了我國鑄造用75SiFe的Al、Ca含量范圍，并納入了生產(chǎn)技術(shù)條件。開發(fā)了多種以75SiFe為基的孕育劑，滿足了不同類型鑄件特別是薄壁高強(qiáng)度灰鑄鐵件的要求。 一是含Ba孕育劑。Ba在改善鑄件壁厚敏感性和提高抗衰退能力方面有顯著效果，即具有長效性。長春稀土合金廠、南京特種合金廠均生產(chǎn)含Ba重量百分比為4 8的孕育齊U。二是含稀土(RE)孕育劑。少量RE能提高孕育效果，有顯著減少白口傾向的作用，減慢衰退速度，但加入量不能超過一定值，否則白口增大。如與Ca、Ba復(fù)合成RE-Ca-Ba孕育齊U，則其減小白口傾向，減少過冷石墨及長效功能均很好，是生產(chǎn)薄壁高強(qiáng)度灰鑄鐵較好的孕育劑。三是含Sr孕育劑。能使厚斷面不出現(xiàn)縮孔、縮松，而薄斷面能顯著消除白口，減小鑄件產(chǎn)生縮松的可能性，熔解迅速，衰退慢。四是含Zr孕育劑?？商岣呖顾ネ四芰?，有利于消除鑄件中的氣孔，改善鐵水的流動性，減小白口傾向，能得到均勻細(xì)小的A型石墨，南京特種合金廠已生產(chǎn)含Zr重量百分比為6左右的孕育劑。本課題組多年來研究高強(qiáng)度灰鑄鐵，發(fā)明了 “微合金化高強(qiáng)度灰鑄鐵”和“易加工高強(qiáng)度灰鑄鐵”，用于制造大馬力柴油發(fā)動機(jī)缸體毛坯。為了進(jìn)一步提高高強(qiáng)度灰鑄鐵的強(qiáng)度，研究了不同孕育劑孕育處理對高強(qiáng)度灰鑄鐵組織、性能的影響，采用本發(fā)明孕育劑孕育處理的高強(qiáng)度灰鑄鐵抗拉強(qiáng)度比采用75SiFe孕育處理高強(qiáng)度灰鑄鐵的抗拉強(qiáng)度明顯提高，達(dá)400MPa以上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種加入量少、成本低、工藝簡單的灰鑄鐵用孕育劑，此種孕育劑采用澆包內(nèi)加入方法，能夠促進(jìn)亞共晶灰鑄鐵凝固過程中初生奧氏體的生核，增加初生奧氏體枝晶數(shù)量，同時(shí)能夠細(xì)化灰鑄鐵中的石墨組織，提高亞共晶灰鑄鐵的強(qiáng)度。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種用于細(xì)化灰鑄鐵組織的孕育劑，按質(zhì)量百分比計(jì)包括40 % 50 %的硅、5% 8%的錳、5% 8%的鋯、2% 5%的鈣、2% 3%的鋁，余量為鐵。一種用于細(xì)化灰鑄鐵組織的孕育劑的制備方法，將含有硅、錳、鋯、鈣、鋁元素的鐵合金混合、熔煉、冷卻，破碎成4 8毫米尺寸的顆粒，采用澆包內(nèi)孕育方法加入灰鑄鐵溶液中。采用上述孕育劑孕育處理的易加工高強(qiáng)度灰鑄鐵，合金成分按質(zhì)量百分比計(jì)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 工頻熔煉爐熔煉，熱電偶測溫，鐵水出爐溫度1530°C，澆包內(nèi)孕育，孕育劑加入量為0.4%，充分?jǐn)嚢韬笤跇渲靶椭袧沧⒖估瓘?qiáng)度測定及組織分析試樣，試樣尺寸Φ30mmX300mm。圖例說明 圖I試驗(yàn)灰鑄鐵A的石墨組織。圖2試驗(yàn)灰鑄鐵B的石墨組織。圖3試驗(yàn)灰鑄鐵A的珠光體組織。圖4試驗(yàn)灰鑄鐵B的珠光體組織。圖5試驗(yàn)灰鑄鐵A的初生奧氏體組織。圖6試驗(yàn)灰鑄鐵B的初生奧氏體組織。圖7試驗(yàn)灰鑄鐵C的石墨組織。圖8試驗(yàn)灰鑄鐵D的石墨組織。圖9試驗(yàn)灰鑄鐵C的珠光體組織。

圖10試驗(yàn)灰鑄鐵D的珠光體組織。 圖11試驗(yàn)灰鑄鐵C的初生奧氏體組織。
圖12試驗(yàn)灰鑄鐵D的初生奧氏體組織。
具體實(shí)施例方式I、試驗(yàn)采用發(fā)明專利“易加工高強(qiáng)度灰鑄鐵”，合金成分如表I所示。采用500Kg工頻熔煉爐熔煉，熱電偶測溫，鐵水出爐溫度1530°C，澆包內(nèi)孕育，孕育劑加入量為O. 4%,充分?jǐn)嚢韬笤跇渲靶椭袧沧⒖估瓘?qiáng)度測定及組織分析試樣，試樣尺寸Φ30mmX300mm。表I實(shí)驗(yàn)灰鑄鐵的化學(xué)組成(質(zhì)量百分比)
權(quán)利要求
1.一種用于細(xì)化灰鑄鐵組織的孕育劑，其特征在于按質(zhì)量百分比計(jì)包括40% 50% 的硅、5% 8%的錳、5% 8%的鋯、2% 5%的鈣、2% 3%的鋁，余量為鐵。
2.一種如權(quán)利要求I所述的用于細(xì)化灰鑄鐵組織的孕育劑的制備方法，其特征在于 將含有硅、錳、鋯、鈣、鋁元素的鐵合金混合、熔煉、冷卻，破碎成4 8毫米尺寸的顆粒，采用澆包內(nèi)孕育方法加入灰鑄鐵溶液中。
3.采用權(quán)利要求I所述的孕育劑孕育處理的易加工高強(qiáng)度灰鑄鐵，其特征在于合金成分按質(zhì)量百分比計(jì)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工頻熔煉爐熔煉，熱電偶測溫，鐵水出爐溫度1530°C，澆包內(nèi)孕育，孕育劑加入量為O. 4%，充分?jǐn)嚢韬笤跇渲靶椭袧沧⒖估瓘?qiáng)度測定及組織分析試樣，試樣尺寸 Φ 30mmX 300mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于細(xì)化灰鑄鐵組織的孕育劑及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明孕育劑包括質(zhì)量百分比為40％～50％的硅、5％～8％的錳、5％～8％的鋯、2％～5％的鈣、2％～3％的鋁，余量為鐵。將含有硅、錳、鋯、鈣、鋁等的鐵合金混合、熔煉、冷卻，破碎成4～8毫米尺寸的顆粒，采用澆包內(nèi)孕育方法加入灰鑄鐵溶液中。采用本發(fā)明孕育劑孕育處理的易加工高強(qiáng)度灰鑄鐵強(qiáng)度達(dá)到了400MPa以上。此種孕育劑能夠促進(jìn)亞共晶灰鑄鐵凝固過程中初生奧氏體的生核，增加初生奧氏體枝晶數(shù)量，同時(shí)，能夠細(xì)化灰鑄鐵中的石墨組織，以及減小基體珠光體組織的片間距，從而提高亞共晶灰鑄鐵的強(qiáng)度。具有加入量少、成本低、工藝簡單等特點(diǎn)。
文檔編號B22D1/00GK102925784SQ20121040490
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月21日
發(fā)明者王金國, 姜啟川, 逄偉, 杭新, 劉國懿, 張鳳山, 侯駿 申請人:吉林大學(xué)