本發(fā)明屬于鑄鐵合金，特別是涉及用于高鉻鑄鐵的非晶孕育劑及其制備方法和使用方法。
背景技術(shù)：
：高鉻鑄鐵是高鉻白口抗磨鑄鐵的簡(jiǎn)稱，它以優(yōu)于合金鋼的耐磨性、優(yōu)于普通白口鑄鐵的韌性和強(qiáng)度以及良好的抗高溫和抗腐蝕性能而成為一種生產(chǎn)便捷、成本適中、性能優(yōu)良的抗磨金屬材料之一。隨著工程機(jī)械不斷發(fā)展，對(duì)高鉻鑄鐵耐磨件的力學(xué)性能也提出了越來越高的要求。實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)：高鉻鑄鐵通過高合金化和熱處理手段可得到馬氏體、殘余奧氏體基體以及鉻的特殊碳化物。這種特殊碳化物硬度高達(dá)HV1200-1600，遠(yuǎn)高于滲碳體型碳化物和常見的礦物磨粒的硬度。這類碳化物的存在是高鉻鑄鐵獲得高抗磨性的主要原因。但，高鉻鑄鐵中的共晶結(jié)構(gòu)與一般鑄鐵中的萊氏體不同，普通白口鑄鐵中的萊氏體呈連續(xù)網(wǎng)狀，而高鉻鑄鐵的共晶碳化物呈斷開的塊和條狀態(tài)。在高鉻鑄鐵合金的鑄態(tài)組織中，基體組織晶粒較粗大，共晶萊氏體組織中的滲碳體相仍呈較粗大的片狀，一次合金滲碳體相多為粗大的多角形塊狀和條狀。粗大的滲碳體硬脆相嚴(yán)重地割裂了基體，不利于高鉻鑄鐵合金的強(qiáng)度和韌性。授權(quán)公告號(hào)CN103111609B公開了一種非晶態(tài)合金孕育處理鑄造鋁合金方法，所述孕育劑包括Zr系、Ni系、Cu系、Al系和Ti系多元非晶合金，成分按原子百分比為：Zr50Cu50；Zr55Cu30A110Ni5；Zr65Cu15Al10Ni10；(Zr55Cu30A110Ni5)95La5；Ni60Nb25Ti15；Ni70Nb10Ti10Zr10；Cu47Ti34Zr11Ni8；Cu47Ti34Zr11Ni8；Ti50Cu45Ni5；Ti50Cu45Ni5；Al84Ni10La6；(1)孕育劑的制備：a)在高純氬氣的保護(hù)下，將按一定比例混合的純金屬物料，在高真空多功能電弧爐中熔煉成合金，并吸鑄成棒材；b)然后將棒材通過高真空感應(yīng)加熱單輥旋淬系統(tǒng)制成非晶條帶。孕育處理的工藝參數(shù)為：將制備好的非晶薄帶在鋁合金澆鑄之前加入鋁合金熔體，鋁合金熔體溫度為750℃-770℃；非晶孕育劑加入量為鋁合金重量的0.05-1.0wt.％；孕育處理時(shí)間為15-600秒；輔助機(jī)械攪拌0-300秒；輔助超聲震蕩0-180秒。該方法的孕育劑是薄條帶狀，便于在熔體中分散、均勻，其團(tuán)簇和納米晶逐步分散于鋁合金熔體中，作為α-Al的異質(zhì)形核核心，顯著地增加了鋁合金熔體中初生α-Al形核的核心數(shù)量，從而十分明顯地細(xì)化了α-Al晶粒。授權(quán)公告號(hào)CN102011026B公開了航空緊固件用鈦合金及其制備方法，其中涉及的非晶鈦合金孕育劑的原料按元素的質(zhì)量百分比為Cu：10％～15％、Ni：10％～15％、Al：1％～5％、V：1％～5％、Fe：3％～10％、B：1％～5％、Zr：5％～10％、Cr：1％～5％，余量為Ti；非晶鈦合金孕育劑的制備采用極速冷卻法，首先在真空電弧爐的真空度壓力值＞2×10-3Pa，起弧后的弧電流200A～300A，原料全部熔化后隨爐冷卻至室溫，得到鈦合金鑄錠，再將所得鈦合金鑄錠在水冷銅坩堝中反復(fù)上述熔化和冷卻至室溫的熔煉操作過程4次～6次，得到成分相對(duì)均勻的鈦合金鑄錠，再將該成分相對(duì)均勻的鈦合金鑄錠在抽真空至真空度＞2×10-3Pa的真空退火爐中于900℃～1100℃溫度均勻化退火7h～10h，制得成分完全均勻化的鈦合金鑄錠；最后高純氬氣至真空度的壓力值為0.06Pa～0.08Pa，將原料放入非自耗真空電弧爐的水冷銅坩堝中，調(diào)節(jié)鎢電極位置，使之與水冷銅坩堝內(nèi)放入的非晶鈦合金孕育劑原料之間的距離為0.5mm～1.5mm，關(guān)閉爐門和放氣閥，抽真空至真空度壓力值＞2×10-3Pa后，隨后充入高純氬氣至真空度的壓力值為0.06Pa～0.08Pa，起弧后調(diào)節(jié)弧電流逐步上升至200A～300A，整個(gè)過程都用高純氬氣保護(hù)，至全部原料熔化，隨爐冷卻至室溫，得到鈦合金鑄錠，再將所得鈦合金鑄錠在水冷銅坩堝中反復(fù)上述熔化和冷卻至室溫的熔煉操作過程4次～6次，得到成分相對(duì)均勻的鈦合金鑄錠，將該成分相對(duì)均勻的鈦合金鑄錠在抽真空至真空度＞2×10-3Pa的真空退火爐中于900℃～1100℃溫度均勻化退火7h～10h，制得成分完全均勻化的鈦合金鑄錠；最后通過快淬法得到非晶鈦合金條帶，即為非晶鈦合金孕育劑。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的一個(gè)目的在于公開一種用于高鉻鑄鐵的非晶孕育劑，另一目的在于公開所述非晶孕育劑的制備方法，再一個(gè)目的在于提供所述非晶孕育劑的使用方法。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的采取以下技術(shù)方案：本發(fā)明的用于高鉻鑄鐵的非晶孕育劑，由以下重量百分比的各元素組成：21-42的Re，32-44的Si，0.05-2的Ti，0-0.7的B，0-0.6的Cr，0-0.5的Cu，余量為Fe。所述用于高鉻鑄鐵的非晶孕育劑各元素組成是：21-24的Re，40-44的Si，0.05-2.0的Ti，0-0.1的B，0-0.6的Cr，0-0.5的Cu，余量為Fe。所述用于高鉻鑄鐵的非晶孕育劑的各元素組成是：24.7-27的Re，39-43的Si，0.05-2.0的Ti，0-0.2的B，0-0.6的Cr，0-0.5的Cu，余量為Fe。所述用于高鉻鑄鐵的非晶孕育劑的各元素組成是：27-30的Re，38-42的Si，0.05-2.0的Ti，0-0.3的B，0-0.6的Cr，0-0.5的Cu，余量為Fe。所述用于高鉻鑄鐵的非晶孕育劑的各元素組成是：30-33的Re，36-40的Si，0.05-1.0的Ti，0-0.4的B，0-0.6的Cr，0-0.5的Cu，余量為Fe。所述用于高鉻鑄鐵的非晶孕育劑的各元素組成是：33-36的Re，35-39的Si，0.05-1.0的Ti，0-0.5的B，0-0.6的Cr，0-0.5的Cu，余量為Fe。所述用于高鉻鑄鐵的非晶孕育劑的各元素組成是：36-39的Re，33-38的Si，0.05-1.0的Ti，0-0.6的B，0-0.6的Cr，0-0.5的Cu，余量為Fe。所述用于高鉻鑄鐵的非晶孕育劑的各元素組成是：39-42的Re，32-37的Si，0.05-1.0的Ti，0-0.7的B，0-0.6的Cr，0-0.5的Cu，余量為Fe。本發(fā)明的非晶孕育劑制備方法：將粒度為2-8mm的非晶孕育劑各元素原料放入真空快淬爐的水冷銅坩堝，調(diào)節(jié)電極位置，使之與坩堝內(nèi)的原料合金顆粒之間的距離為0.5～1.5mm，關(guān)閉爐門、進(jìn)出料口和放氣閥，抽真空至3-4×10-3Pa后充入氬氣，真空快淬爐壓力保持在0.04～-0.06Pa，起弧后調(diào)節(jié)弧電流逐步上升至650～800A，將坩堝內(nèi)的原料合金熔化，待該合金全部熔化成液態(tài)時(shí)，傾斜該坩堝使得該合金熔液通過流道引至高速旋轉(zhuǎn)的水冷鉬輪使之極速凝固形成薄帶狀并沿鉬輪切線方向拋出，落入真空爐體下部的收料倉得到非晶孕育劑，鉬輪邊緣線速度為46～55m/秒，鉬輪表面溫度為10～12℃。所述薄帶狀非晶孕育劑，其平均厚度0.1～0.2mm，平均寬度0.3～0.7mm，平均長(zhǎng)度0.7～0.8mm。本發(fā)明非晶孕育劑的使用方法：在澆注前，將高鉻鑄鐵熔液從運(yùn)轉(zhuǎn)包倒入澆注包時(shí)隨鐵流添加非晶孕育劑；或，將非晶孕育劑直接鋪設(shè)在澆注包底面，高鉻鑄鐵熔液從運(yùn)轉(zhuǎn)包倒入澆注包時(shí)與高鉻鑄鐵熔液混合，非晶孕育劑的添加量是澆注包高鉻鑄鐵熔液的0.02-0.6WT.％。本發(fā)明的有益效果和優(yōu)點(diǎn)在于：本非晶孕育劑可以降低界面能，使得液態(tài)時(shí)的原子間的結(jié)合能力大大減少，增加原子跳躍、移動(dòng)的能力，從而使得液態(tài)原子近程有序的長(zhǎng)度變短，提高了鐵水的流動(dòng)性；并且使液態(tài)高鉻鑄鐵凝固時(shí)的過冷度增加，形核核心顯著增加，改變了凝固方式，減少凝固溫度區(qū)間，提高了形核率、增加了形核量，使得晶粒數(shù)量明顯增多，晶粒尺寸得到明顯細(xì)化，晶界面積變大，有效地阻礙了位錯(cuò)的滑移，克服了由此引起的滲碳體硬脆相割裂金屬基體有礙高鉻鑄鐵合金強(qiáng)度和韌性的問題。通過本發(fā)明的非晶孕育劑進(jìn)行孕育處理的高鉻鑄鐵，其高硬度馬氏體基體能強(qiáng)有力地支承細(xì)小的碳化物顆粒，避免使用過程中碳化物從磨損表面脫落，提高了材料的高抗磨性。本發(fā)明的非晶孕育劑包括可細(xì)分為7種具體非晶孕育劑，各種具體非晶孕育劑對(duì)各牌號(hào)的高鉻鑄鐵均產(chǎn)生相同的孕育效果，其區(qū)別僅在于依據(jù)高鉻鑄鐵合金實(shí)際鑄態(tài)組織中基體組織狀況選擇合適的具體非晶孕育劑，其添加量對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言也是可以很容掌握的。附圖說明附圖1是實(shí)施例1的高鉻鑄鐵金相組織200X對(duì)照?qǐng)D。附圖2是實(shí)施例2的高鉻鑄鐵金相組織200X對(duì)照?qǐng)D。附圖3是實(shí)施例3的高鉻鑄鐵金相組織200X對(duì)照?qǐng)D。附圖4是實(shí)施例4的高鉻鑄鐵金相組織200X對(duì)照?qǐng)D。附圖5是是實(shí)施例5的高鉻鑄鐵金相組織200X對(duì)照?qǐng)D。附圖6是是實(shí)施例6的高鉻鑄鐵金相組織200X對(duì)照?qǐng)D。附圖7是是實(shí)施例7的高鉻鑄鐵金相組織200X對(duì)照?qǐng)D。具體實(shí)施方式下面結(jié)合實(shí)施例及其附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。實(shí)施例11型非晶孕育劑，按以下元素及重量百分比備料：21的Re，44的Si，2.0的Ti，0.1的B，0.6的Cr，余量Fe；或者是：22的Re，42的Si，1.0的Ti，0.05的B，0.5的Cu，余量Fe；或者是：24的Re，40的Si，0.05的Ti，0.2的Cr，0.1的Cu，余量Fe。1型非晶孕育劑的制備方法：將粒度為2-8mm的1型上述各元素原料放入真空快淬爐的水冷銅坩堝內(nèi)，調(diào)節(jié)電極位置，使之與坩堝內(nèi)的原料合金顆粒之間的距離為0.5～1.5mm，關(guān)閉爐門、進(jìn)出料口和放氣閥，抽真空至3-4×10-3Pa后充入保護(hù)氣體氬氣，真空快淬爐內(nèi)壓力保持在-0.04～-0.06Pa范圍內(nèi)均可。起弧后調(diào)節(jié)弧電流逐步上升至650～800A，將坩堝內(nèi)的原料合金熔化，待該合金全部熔化成液態(tài)時(shí)，傾斜該坩堝使得該合金熔液通過流道引至高速旋轉(zhuǎn)的水冷鉬輪使之極速凝固形成薄帶狀并沿鉬輪切線方向拋出，落入真空爐體下部的收料倉得到非晶孕育劑，鉬輪邊緣線速度為46～55m/秒，鉬輪表面溫度為10～12℃。薄帶狀的非晶孕育劑其平均厚度為0.1～0.2mm，平均寬度為0.3～0.7mm，平均長(zhǎng)度為0.7～0.8mm。1型非晶孕育劑的使用方法：將溫度為1480～1550℃的BTMCr12-GT(牌號(hào))高鉻鑄鐵熔液從運(yùn)轉(zhuǎn)包倒入澆注包時(shí)，隨鐵流添加1型非晶孕育劑而使兩者混合，1型非晶孕育劑的添加量是澆注包中高鉻鑄鐵熔液的0.02-0.6WT.％。圖1A是未添加1型非晶孕育劑的BTMCr12-GT高鉻鑄鐵金相圖，其基體相對(duì)量：74.45％，枝晶間距：50.59μm。圖1B是添加1型非晶孕育劑(第1組合)的BTMCr12-GT高鉻鑄鐵金相圖，其基體相對(duì)量：81.72％，枝晶間距：26.58μm。圖1B說明1型本非晶孕育劑可以形成大量彌散的結(jié)晶核心，增加了形核量，使得晶粒數(shù)量明顯增多，晶粒尺寸得到明顯細(xì)化，進(jìn)而使高鉻鑄鐵熔液在結(jié)晶時(shí)依核生長(zhǎng)，從而獲得晶粒細(xì)化和組織細(xì)化的效果。實(shí)施例22型非晶孕育劑，按以下元素及重量百分比備料：24.7的Re，43的Si，2.0的Ti，0.2的B，0.6的Cr，余量Fe；或者是：26的Re，41的Si，1.0的Ti，0.1的B，0.5的Cu，余量Fe；或者是：27的Re，39的Si，0.05的Ti，0.2的Cr，0.1的Cu，余量Fe。2型非晶孕育劑的制備方法和使用方法與實(shí)施例1相同。圖2A是未添加2型非晶孕育劑的BTMCr12-GT高鉻鑄鐵金相圖，其基體相對(duì)量：69.52％，枝晶間距：46.62μm。圖2B是添加2型非晶孕育劑(第1組合)的BTMCr12-GT高鉻鑄鐵金相圖，其基體相對(duì)量：83.67％，枝晶間距：23.34μm。實(shí)施例33型非晶孕育劑，按以下元素及重量百分比備料：27的Re，42的Si，2.0的Ti，0.3的B，0.6的Cr，余量Fe；或者是：28的Re，40的Si，1.0的Ti，0.15的B，0.5的Cu，余量Fe；或者是：30的Re，38的Si，0.05的Ti，0.2的Cr，0.1的Cu，余量Fe。3型非晶孕育劑的制備方法和使用方法與實(shí)施例1相同。圖3A是未添加3型非晶孕育劑的BTMCr12-GT高鉻鑄鐵金相圖，其基體相對(duì)量：76.38％，枝晶間距：58.44μm。圖3B是添加3型非晶孕育劑(第2組合)的BTMCr12-GT高鉻鑄鐵金相圖，其基體相對(duì)量：79.70％，枝晶間距：34.09μm。實(shí)施例44型非晶孕育劑，按以下元素及重量百分比備料：30的Re，36的Si，1.0的Ti，0.4的B，0.6的Cr，余量Fe；或者是：31的Re，38的Si，0.5的Ti，0.2的B，0.5的Cu，余量Fe；或者是：33的Re，40的Si，0.05的Ti，0.2的Cr，0.1的Cu，余量Fe。4型非晶孕育劑的制備方法和使用方法與實(shí)施例1相同。圖4A是未添加4型非晶孕育劑的BTMCr12-GT高鉻鑄鐵金相圖，其基體相對(duì)量：76.50％，枝晶間距：45.07μm。圖4A是添加4型非晶孕育劑(第3組合)的BTMCr12-GT高鉻鑄鐵金相圖，其基體相對(duì)量：82.57％，枝晶間距：30.23μm。實(shí)施例55型非晶孕育劑，按以下元素及重量百分比備料：33的Re，35的Si，1.0的Ti，0.5的B，0.6的Cr，余量Fe；或者是：35的Re，37的Si，0.5的Ti，0.25的B，0.5的Cu，余量Fe；或者是：36的Re，39的Si，0.05的Ti，0.2的Cr，0.1的Cu，余量Fe。5型非晶孕育劑的制備方法與實(shí)施例1相同。5型非晶孕育劑的使用方法：將5型非晶孕育劑直接鋪設(shè)在澆注包底面后從運(yùn)轉(zhuǎn)包倒入溫度為1480～1550℃的BTMCr15(牌號(hào))高鉻鑄鐵熔液，隨高鉻鑄鐵熔液的倒入使5型非晶孕育劑與其混合，5型非晶孕育劑的添加量是高鉻鑄鐵熔液的0.02-0.6WT.％。圖5A是未添加5型非晶孕育劑的BTMCr15高鉻鑄鐵金相圖，其基體相對(duì)量：76.92％，枝晶間距：41.84μm。圖5B是添加5型非晶孕育劑(第1組合)的BTMCr15高鉻鑄鐵金相圖，其基體相對(duì)量：80.58％，枝晶間距：31.75μm。實(shí)施例66型非晶孕育劑，按以下元素及重量百分比備料：36的Re，33的Si，1.0的Ti，0.6的B，0.6的Cr，余量Fe；或者是：37的Re，36的Si，0.5的Ti，0.3的B，0.5的Cu，余量Fe；或者是：39的Re，38的Si，0.05的Ti，0.2的Cr，0.1的Cu，余量Fe。6型非晶孕育劑的制備方法與實(shí)施例1相同，使用方法與實(shí)施例5相同。圖6A是未添加6型非晶孕育劑的BTMCr20高鉻鑄鐵金相圖，其基體相對(duì)量：71.48％，枝晶間距：43.87μm。圖6B是添加6型非晶孕育劑(第2組合)的BTMCr20高鉻鑄鐵金相圖，其基體相對(duì)量：79.80％，枝晶間距：30.82μm。實(shí)施例77型非晶孕育劑，按以下元素及重量百分比備料：39的Re，32的Si，1.0的Ti，0.7的B，0.6的Cr，余量Fe；或者是：40的Re，35的Si，0.5的Ti，0.35的B，0.5的Cu，余量Fe；或者是：42的Re，37的Si，0.01的Ti，0.2的Cr，0.1的Cu，余量Fe。7型非晶孕育劑的制備方法與實(shí)施例1相同，使用方法與實(shí)施例5相同。圖7A是未添加7型非晶孕育劑的BTMCr26高鉻鑄鐵金相圖，其基體相對(duì)量：70.76％，枝晶間距：38.64μm。圖7B是添加7型非晶孕育劑(第1組合)的BTMCr26高鉻鑄鐵金相圖，其基體相對(duì)量：84.59％，枝晶間距：21.52μm。以上對(duì)應(yīng)各實(shí)施例的附圖放大倍數(shù)為200X，侵蝕劑是濃度5％的硝酸酒精。以上經(jīng)添加本發(fā)明各型號(hào)非晶孕育劑的高鉻鑄鐵熔液按常規(guī)方法實(shí)施澆鑄。以上各實(shí)施例僅涉及一種型號(hào)非晶孕育劑的一個(gè)組合和一個(gè)牌號(hào)的高鉻鑄鐵，僅僅是舉例說明該型號(hào)非晶孕育劑的效果，但并不限定本發(fā)明。本發(fā)明的各型號(hào)非晶孕育劑對(duì)于各種牌號(hào)的高鉻鑄鐵均有近乎相同的使用效果，限于篇幅不再窮舉。下表說明各實(shí)施例非晶孕育劑晶粒度等級(jí)。實(shí)施例普通孕育劑添加本非晶孕育劑后111.51321213.531214.0411.513.551114611.514.571113.5以下通過列表對(duì)比說明以上各實(shí)施例試樣與未添加本孕育劑試樣在常溫沖擊功、硬度和磨損損失量的情況。當(dāng)前第1頁1 2 3