一种球墨铸铁用孕育剂的制备方法及其应用

摘要

本发明公开了一种球墨铸铁用孕育剂的制备方法，包括以下步骤：将混合均匀的Si：66～72％，Ba：3～10％，Ca：1～2％，Al：0.8～1.8％，Ce：1.5～2％，S：0～1％，增碳剂：0.5～1％和余量为Fe以及不可避免的微量元素，经熔炼、搅拌、浇筑、速冷、粉碎，再混合Fe3O4粉末，压制成团再粉碎。本发明还公开了该球墨铸铁用孕育剂的应用。采用本发明提供的球墨铸铁用孕育剂，能够改善球墨铸铁的综合性能，并提高孕育效率。

权利要求

1.一种球墨铸铁用孕育剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)按质量百分比66～72％的Si，3～10％的Ba，1～2％的Ca，0.8～1.8％的Al，1.5～

2％的Ce，0.4～0.6％的S，0.5～1％的增碳剂和余量为Fe以及不可避免的微量元素混合均匀后放入真空电炉中，用氩气置换炉内空气，升温至1300℃至1500℃，熔炼5～10min，熔炼的过程中不停搅拌，使原料混合均匀；在容器中浇注，并将容器置于液氮中，使合金原料迅速冷却至室温，形成块体，将块体粉碎成平均粒径为10～30μm的合金粉末；

(2)将得到的上述合金粉末以及平均粒径在10～30μm的重量百分比为0.5～1.5％的Fe3O4粉末加入到混合容器中，混合均匀后与合金粉末和Fe3O4粉末总重量3～5％的硅酸镁溶液一起加入到碾压装置中压制成团，粉碎成平均粒径为50～100μm；

所述增碳剂为铸造用增碳剂，其组分按质量百分比包括：C：99％、S：0.4％、水分：

0.2％，粒度为0.2～1mm。

2.如权利要求1所述的一种球墨铸铁用孕育剂在球墨铸铁中的应用，其特征在于，通过三次孕育处理得到所需球墨铸铁；

将相对于铁水质量分数0.2～0.6％的孕育剂均匀分成三份，并分别包入铝箔中，预热至300～400℃；

第一次孕育处理：在容器内加入第一份孕育剂；

第二次孕育处理：当进入容器的铁水高度达到二分之一时，加入第二份孕育剂；

第三次孕育处理：继续浇注铁水，随铁水加入第三份孕育剂，对其进行第三次孕育处理。

3.如权利要求2所述的一种球墨铸铁用孕育剂在球墨铸铁中的应用，其特征在于：首次向容器中加入铁水到容器中盛满铁水的时间控制在10min之内。

4.根据权利要求2或3所述的一种球墨铸铁用孕育剂在球墨铸铁中的应用，其特征在于，所述铁水的温度为1400～1600℃。

5.根据权利要求2所述的一种球墨铸铁用孕育剂在球墨铸铁中的应用，其特征在于，铁水经过第三次孕育处理后，搅拌均匀，孕育1～2个小时，温度保持在1000～1200℃。

6.根据权利要求4所述的一种球墨铸铁用孕育剂在球墨铸铁中的应用，其特征在于，孕育结束后，在液氮环境下迅速冷却至500～600℃，取出铸件，空冷至室温。

说明书

一种球墨铸铁用孕育剂的制备方法及其应用

技术领域

[0001] 本发明涉及铸铁领域，尤其涉及一种球墨铸铁用孕育剂的制备方法，以及其在球墨铸铁领域的应用。

背景技术

[0002] 孕育剂有可促进石墨化，减少白口倾向，改善石墨形态和分布状况，增加共晶团数量，细化基体组织，使球铁石墨圆整，减少或消除激冷，防止表面游离渗碳体的形成,均匀组织，提高力学性能等优点，其在铸铁领域得到了广泛地应用。

[0003] 球墨铸铁是通过球化和孕育处理得到球状石墨，有效地提高了铸铁的机械性能，特别是提高了塑性和韧性，从而得到比碳钢还高的强度。球墨铸铁是二十世纪五十年代发展起来的一种高强度铸铁材料，其综合性能接近于钢，正是基于其优异的性能，已成功地用于铸造一些受力复杂，强度、韧性、耐磨性要求较高的零件。球墨铸铁已迅速发展为仅次于灰铸铁的、应用十分广泛的铸铁材料。

[0004] 目前，大多数生产厂家使用75硅铁孕育剂作为孕育剂生产球墨铸铁，但是这些产品存在孕育时间短、耐磨性差、硬度低，抗拉强度低、断面不均匀，易产生白口等缺点，造成产品不稳定，不能满足一些需要高硬度的机器铸件的要求。

[0005] 为了改善上述不足，部分厂家开始在硅铁孕育剂中增加其它材料制备复合孕育剂，如铬、稀土等，然而，在添加上述材料时，会引入新的问题，如将增大白口组织形成的几率，进而导致球墨铸铁硬度下降。

发明内容

[0006] 本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种孕育效果好，孕育后铸铁的产品成分均匀度、熔点、粒度、性能均大幅提高的球墨铸铁用孕育剂的制备方法。

[0007] 本发明的另一目的在于提供上述球墨铸铁用孕育剂在铸造方面的应用。

[0008] 为达到上述目的，本发明采取以下技术方案：

[0009] 一种球墨铸铁用孕育剂的制备方法包括以下步骤：

[0010] (1)按质量百分比66～72％的Si，3～10％的Ba，1～2％的Ca，0.8～1.8％的Al，1.5～2％的Ce，0～1％的S，0.5～1％的增碳剂和余量为Fe以及不可避免的微量元素混合均匀后放入真空电炉中，用氩气置换炉内空气，升温至1300℃至1500℃，熔炼5～10min，熔炼的过程中不停搅拌，使原料混合均匀；在容器中浇注，并将容器置于液氮中，使合金原料迅速冷却至室温，将块体粉碎成平均粒径为10～30μm的合金粉末；

[0011] (2)将得到的上述合金粉末以及平均粒径在10～30μm的重量百分比为0.5～1.5％的Fe3O4粉末加入到混合容器中，混合均匀后与合金粉末和Fe3O4粉末总重量3～5％的硅酸镁溶液一起加入到碾压装置中压制成团，粉碎成平均粒径为50～100μm。

[0012] 进一步，所述S的质量百分比为0.4～0.6％。

[0013] 进一步，所述增碳剂为铸造用增碳剂，其组分按质量百分比包括：C：99％、S：0.4、水分：0.2％，粒度为0.2～1mm。

[0014] 上述球墨铸铁用孕育剂在球墨铸铁中的应用，通过三次孕育处理得到所需铸铁；

[0015] 将相对于铁水质量分数0.2～0.6％的孕育剂均匀分成三份，并分别包入铝箔中，预热至300～400℃；

[0016] 第一次孕育处理：在容器内加入第一份孕育剂；

[0017] 第二次孕育处理：当进入容器的铁水高度达到二分之一时，加入第二份孕育剂；

[0018] 第三次孕育处理：继续浇注铁水，随铁水加入第三份孕育剂，对其进行第三次孕育处理。

[0019] 进一步，首次向容器中加入铁水到容器中盛满铁水的时间控制在10min之内。

[0020] 进一步，所述铁水的温度为1400～1600℃。

[0021] 进一步，铁水经过第三次孕育处理后，搅拌均匀，孕育1～2个小时，温度保持在1000～1200℃。

[0022] 进一步，孕育结束后，在液氮环境下迅速冷却至500～600℃，取出铸件，空冷至室温。

[0023] 本发明提供的上述球墨铸铁用孕育剂技术方案具有以下有益效果：Si、Al抑制孕育衰退，防止白口倾向；Ba既能有效促进石墨化，又能使球墨细化，提高球铁的力学性能，抑制衰退时间；Ca和Ce能尽可能的减少铁水的过冷现象，同时中和反石墨化微量元素；S有助于石墨晶核的形成；通过添加增碳剂可以使铸件达到较高的抗拉强度；Fe3O4能够增加共晶核数，可以在孕育剂添加量低的情况下获得较好的抑制碳化铁的能力，并改善了重现率及稳定性，延长了孕育时间；迅速冷却的孕育剂，其晶粒较易细化；细化的孕育剂颗粒(50～100μm)能够均匀分散在铁水中，增大其余钢水的接触面积，提高孕育效率；用铝箔包裹孕育剂可以使孕育剂分散均匀，预防孕育衰退，铝箔中的Al也能减小白口和针孔形成的可能性；
孕育时间过长，会降低形核能力，为防止孕育剂的衰退，孕育的时间控制在2h之内。

具体实施方式

[0024] 下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

[0025] 实施例1(制备孕育剂)

[0026] 按重量百分比计66％的Si，10％的Ba，2％的Ca，1.8％的Al，1.5％的Ce，1％的S，0.5％的增碳剂以及17.2％的Fe混合均匀后放入真空电炉中，用氩气置换炉内空气，升温至
1300℃，熔炼5min，熔炼的过程中不停搅拌，使原料混合均匀；在容器中浇注，并将容器置于液氮中，使合金原料迅速冷却至室温，形成块体，将块体粉碎成平均粒径为10μm的合金粉末；将得到的上述合金粉末以及平均粒径在10μm的重量百分比为1.5％的Fe3O4粉末加入到混合容器中，混合均匀后与合金粉末和Fe3O4粉末总重量5％的硅酸钠溶液一起加入到碾压装置中压制成团，最后粉碎成平均粒径为50μm。其中，增碳剂的组分包括：C：99％、S：0.4、水分：0.2％，粒度为0.2～1mm。

[0027] 实施例2(制备孕育剂)

[0028] 按重量百分比计72％的Si，3％的Ba，1％的Ca，0.8％的Al，2％的Ce，1％的增碳剂以及20.2％的Fe混合均匀后放入真空电炉中，用氩气置换炉内空气，升温至1500℃，熔炼10min，熔炼的过程中不停搅拌，使原料混合均匀；在容器中浇注，并将容器置于液氮中，使合金原料迅速冷却至室温，形成块体，将块体粉碎成平均粒径为30μm的合金粉末；将得到的上述合金粉末以及平均粒径在30μm的重量百分比为0.5％的Fe3O4粉末加入到混合容器中，混合均匀后与合金粉末和Fe3O4粉末总重量3％的硅酸钠溶液一起加入到碾压装置中压制成团，最后粉碎成平均粒径为100μm。其中，增碳剂的组分包括：C：99％、S：0.4、水分：0.2％，粒度为0.2～1mm。

[0029] 实施例3(制备孕育剂)

[0030] 按重量百分比计68％的Si，8％的Ba，1.6％的Ca，1％的Al，1.6％的Ce，0.8％的S，0.6％的增碳剂以及18.4％的Fe混合均匀后放入真空电炉中，用氩气置换炉内空气，升温至
1400℃，熔炼6min，熔炼的过程中不停搅拌，使原料混合均匀；在容器中浇注，并将容器置于液氮中，使合金原料迅速冷却至室温，形成块体，将块体粉碎成平均粒径为20μm的合金粉末；将得到的上述合金粉末以及平均粒径在20μm的重量百分比为1％的Fe3O4粉末加入到混合容器中，混合均匀后与合金粉末和Fe3O4粉末总重量3％的硅酸钠溶液一起加入到碾压装置中压制成团，最后粉碎成平均粒径为60μm。其中，增碳剂的组分包括：C：99％、S：0.4、水分：0.2％，粒度为0.2～1mm。

[0031] 实施例4(制备孕育剂)

[0032] 按重量百分比计70％的Si，5％的Ba，1.4％的Ca，1.4％的Al，1.8％的Ce，0.2％的S，0.8％的增碳剂以及19.4％的Fe混合均匀后放入真空电炉中，用氩气置换炉内空气，升温至1400℃，熔炼8min，熔炼的过程中不停搅拌，使原料混合均匀；在容器中浇注，并将容器置于液氮中，使合金原料迅速冷却至室温，形成块体，将块体粉碎成平均粒径为20μm的合金粉末；将得到的上述合金粉末以及平均粒径在20μm的重量百分比为0.5％的Fe3O4粉末加入到混合容器中，混合均匀后与合金粉末和Fe3O4粉末总重量5％的硅酸钠溶液一起加入到碾压装置中压制成团，最后粉碎成平均粒径为80μm。其中，增碳剂的组分包括：C：99％、S：0.4、水分：0.2％，粒度为0.2～1mm。

[0033] 实施例5(应用)

[0034] 球墨铸铁用孕育剂在铸铁中的应用：通过三次孕育处理得到所需铸铁，将相对于铁水质量分数0.2％的孕育剂均匀分成三份，并分别包入铝箔中，预热至300℃；

[0035] 先在容器内加入第一份孕育剂，然后注入铁水；当进入容器的铁水高度达到容器的二分之一时，加入第二份孕育剂；继续浇注铁水，随铁水加入第三份孕育剂，对其进行第三次孕育处理。首次向容器中加入铁水到容器中盛满铁水的时间控制在10min之内，铁水的温度为1400℃。

[0036] 铁水经过第三次孕育处理后，搅拌均匀，孕育1个小时，温度保持在1000℃。孕育结束后，在液氮环境下迅速冷却至500℃，取出铸件，空冷至室温。

[0037] 实施例6(应用)

[0038] 球墨铸铁用孕育剂在铸铁中的应用：通过三次孕育处理得到所需铸铁，将相对于铁水质量分数0.6％的孕育剂均匀分成三份，并分别包入铝箔中，预热至400℃；

[0039] 先在容器内加入第一份孕育剂，然后注入铁水；当进入容器的铁水高度达到容器的二分之一时，加入第二份孕育剂；继续浇注铁水，随铁水加入第三份孕育剂，对其进行第三次孕育处理。首次向容器中加入铁水到容器中盛满铁水的时间控制在10min之内，铁水的温度为1600℃。

[0040] 铁水经过第三次孕育处理后，搅拌均匀，孕育2个小时，温度保持在1200℃。孕育结束后，在液氮环境下迅速冷却至600℃，取出铸件，空冷至室温。

[0041] 实施例7(应用)

[0042] 球墨铸铁用孕育剂在铸铁中的应用：通过三次孕育处理得到所需铸铁，将相对于铁水质量分数0.4％的孕育剂均匀分成三份，并分别包入铝箔中，预热至350℃；

[0043] 先在容器内加入第一份孕育剂，然后注入铁水；当进入容器的铁水高度达到容器的二分之一时，加入第二份孕育剂；继续浇注铁水，随铁水加入第三份孕育剂，对其进行第三次孕育处理。首次向容器中加入铁水到容器中盛满铁水的时间控制在10min之内，铁水的温度为1500℃。

[0044] 铁水经过第三次孕育处理后，搅拌均匀，孕育1.5个小时，温度保持在1100℃。孕育结束后，在液氮环境下迅速冷却至550℃，取出铸件，空冷至室温。

[0045] 本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。