一种制备球墨铸铁的方法

摘要

本发明公开了一种制备球墨铸铁的方法，首先按照待制备的球墨铸铁的成分以及各组分质量比例确定化学成分及各化学成分的质量比例，并且所使用的原料中的碳元素以颗粒状石墨的形式存在，且其尺寸等级等于待制备的球墨铸铁中石墨的尺寸等级，得到原料；然后在保护介质或是真空环境下，对原料进行熔炼，之后冷却得到球墨铸铁。本发明避免了上述传统制备过程中中间处理工艺多、工艺参数控制严格的特点，克服了球墨铸铁熔炼过程中球化级别不高，球墨分布不均的缺陷，可得到球化率达到90％以上，分布均匀的球墨铸铁材料。

权利要求

1.一种制备球墨铸铁的方法，其步骤为：

第1步原料选择：

按照待制备的球墨铸铁的成分以及各组分质量比例确定化学成分及各化学成分的质量比例，并且所使用的原料中的碳元素以颗粒状石墨的形式存在，且其尺寸等级等于待制备的球墨铸铁中石墨的尺寸等级，得到原料；

第2步原料熔炼：

在保护介质或是真空环境下，对原料采用能束热源进行熔炼，之后冷却得到球墨铸铁，熔炼制备过程一次完成，没有中间处理工艺，不需要预处理剂，球化剂以及孕育剂。

说明书

一种制备球墨铸铁的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及球墨铸铁的制备方法，特别是采用能束(如激光束、电子束、等离子体束、焊机电弧)热源熔炼制备球墨铸铁的方法。

背景技术

[0002] 球墨铸铁因为其碳在铸铁中呈球状而具有较好的力学性能，因而其应用极为广泛。

[0003] 传统的球墨铸铁熔炼制备工艺如下：

[0004] 1.根据球墨铸铁的化学成分以各成分所占质量比例，选择原材料。一般原材料包括生铁，废钢料，焦炭、脱硫剂、球化剂、增碳剂、预处理剂等。

[0005] 2.材料的熔炼，具体的熔炼工艺过程如下：

[0006] 1)主要原料熔化，得到铁液，包括生铁，废低碳钢料等。

[0007] 2)预处理，具体做法是在出铁液前利用炉内加入预处理剂的方法改善铁液的冶金性能。例如加入主要以钡为主、以镧为辅的预处理剂。

[0008] 3)球化处理，在经过预处理的铁液出炉前采用某种方法(如包内冲入法)加入球化剂(如镁硅铁合金或是稀有元素球化剂)，使结晶的石墨成球状析出。

[0009] 4)孕育处理，待球化剂加入后，再加入孕育剂(如镓、铝、硅铁孕育剂)进行孕育处理。防止因球化剂的加入使得球墨铸铁的过冷倾向增大，从而减少碳化物的析出，促进析出大量细小而圆整的石墨球。

[0010] 5)铸铁材料的脱模和后处理。

发明内容

[0011] 本发明的目的在于提供一种制备球墨铸铁的方法，该方法避免了上述传统制备过程中中间处理工艺多、工艺参数控制严格的特点，克服了球墨铸铁熔炼过程中球化级别不高，球墨分布不均的缺陷。

[0012] 本发明提供的一种制备球墨铸铁的方法，其步骤为：

[0013] 第1步原料选择：

[0014] 按照待制备的球墨铸铁的成分以及各组分质量比例确定化学成分及各化学成分的质量比例，并且所使用的原料中的碳元素以颗粒状石墨的形式存在，且其尺寸等级等于待制备的球墨铸铁中石墨的尺寸等级，得到原料；

[0015] 第2步原料熔炼：

[0016] 在保护介质或是真空环境下，对原料进行熔炼，之后冷却得到球墨铸铁。

[0017] 本发明只需要按照球墨铸铁中石墨的尺寸等级(GB9441-88)选定相当的颗粒状的石墨，其余的成分按球墨铸铁中元素成分及质量比例要求选配，然后按照能束热源的特点熔炼原料，即可得到球化率达到90％以上，分布均匀的球墨铸铁材料。与现有技术相比，本方法具有如下特点：

[0018] 1、原材料中颗粒状石墨的尺寸等级基本决定了待制备的球墨铸铁中石墨的尺寸等级。

[0019] 2、采用能束热源熔炼制备过程中，制备过程一次完成，没有中间处理工艺，避免了传统球墨铸铁熔炼制备过程中预处理、球化处理以及孕育处理等一系列工艺，而且克服了熔炼过程中工艺参数控制严格的特点，同时避免了传统球墨铸铁熔炼制备过程中原料组分分不同时间，不同温度段加入的特点。

[0020] 3、原材料按照待制备的球墨铸铁所要求的材料成分选择，熔炼制备过程一次完成，不需要预处理剂，球化剂以及孕育剂等，避免了熔炼过程中由于球墨铸铁材料成分不同而需选择相适应的球化剂、孕育剂、预处理剂的特点。

附图说明

[0021] 图1是高镍球墨铸铁的金相照片(x100)；

[0022] 图2是球墨铸铁的金相照片(x100)；

[0023] 图3是球墨铸铁的金相照片(x100)。

具体实施方式

[0024] 本发明所提供的一种制备球墨铸铁的方法，其步骤为：

[0025] 1)原料的选择：有二点依据，①按照待制备的球墨铸铁的成分以及各组分质量比例确定化学成分及各化学成分的质量比例；②本发明方法适用于制备各种球墨铸铁，但要求所使用的原料中的碳元素以颗粒状石墨的形式存在，同时，根据待制备的球墨铸铁中石墨的尺寸等级要求，则原材料中选择相当尺寸的颗粒状石墨。

[0026] 通常而言，原料选择粉末或颗粒材料，尤其是在以激光束、电子束、等离子体束等作为热源时，但在以焊机作为热源，需将原料选择后做成丝材。

[0027] 2)原料的熔炼：在保护介质(保护气体、焊剂等)或是真空环境下，对选择的原料进行熔炼，之后冷却得到球墨铸铁。

[0028] 举例如下：

[0029] I.选择焊机提供热源时，如选择埋弧焊机，则选择与焊丝相适应的焊剂保护；如选择MIG/MAG焊机时，采用氩气保护，之后根据焊丝的直径选择参数如电压、电流、送丝速度等进行熔炼。

[0030] II.选择激光束提供热源，则选择氩气或氮气保护或是采用真空环境，然后设定好功率，扫描方式与速度等参数进行熔炼。

[0031] III.选择电子束提供热源，则选择真空环境，设定加速电压，束流，以及初始工作高度和扫面方式、速度和频率等相关参数，进行熔炼。

[0032] IV.选择等离子体束提供热源，需选择氩气保护，根据粉末材料成分，选择相应的氩气流量、电流，电压以及冷却水设置等进行熔炼。

[0033] 本发明方法对熔炼的工艺过程本身没有特殊的要求，可以根据选择的热源，采用现有的或其它工艺方法对原料进行熔炼。

[0034] 实例1：采用MIG焊机制备石墨球为6级(GB9441-88)的高镍球墨铸铁[0035] 按表1中的各成分及配比制作焊丝；其中碳选择过400目筛石墨，采用有氩气保护的MIG焊机，对焊丝进行熔炼，其工艺参数为：在12升/分钟氩气的保护气氛下，设定焊接电压为30伏特，电流为300安培，送丝速度为35米/小时，熔炼直径为2.0毫米焊丝，冷却。

[0036] 将冷却之后的材料，金相观察得到照片如图1所示，按照石墨的球化分级(GB9941-88)，本发明中石墨球化等级以及石墨直径分级为6级，测试得到的力学性能如表2所示。

[0037] 表1化学成分

[0038]

[0039] 表2力学性能

[0040]抗拉强度/MPa 屈服强度/MPa 伸长率(％) 硬度(10/3000)HB
≥345 ≥207 12 ≤240

[0041] 实例2：采用等离子体弧热源熔炼制备石墨球为8级的球墨铸铁

[0042] (1)原材料的选择：将200目铁粉与4000目石墨粉按质量比例16∶4混合均匀，烘干。

[0043] (2)利用等离子体转移弧热源熔炼，设定参数如下：在12升/分钟的氩气气氛保护下，设定电压为32V，电流为350安培，采用5克/分钟的送粉速度，等离子体弧热源熔炼之后冷却得到的金相如图2所示，按照石墨的球化分级(GB9941-88)，本发明中石墨球化等级以及石墨直径分级为8级。

[0044] 实例3：采用激光束热源熔炼制备石墨球为8级的球墨铸铁

[0045] 将200目铁粉与4000目石墨粉按质量比例16∶4混合均匀，烘干以后送入加工室，在真空的环境下，采用扫描速度为2.5毫米/秒，激光功率为1千瓦，熔炼原料，冷却之后得到球墨铸铁，如图3所示。

[0046] 本发明不仅局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其它多种具体实施方式实施本发明，因此，凡是采用本发明的设计结构和思路，做一些简单的变化或更改的设计，都落入本发明保护的范围。