不使用球化剂产生球形石墨的方法技术

本发明专利技术涉及铸造生产技术领域，具体尤其涉及一种利用超声波空化效应在铸铁熔体中产生球形石墨的方法。本发明专利技术的步骤包括：A、原料配制及熔炼：将配好的原材料放入感应炉中熔化，并使熔体过热到1150‑1600℃；B、浇入中间包：将铸铁熔体倾倒至经预热温度为1000‑1300℃的中间包中；C、施加超声波照射：当铸铁熔体温度降至1380‑1520℃时，将超声波探头浸入铸铁熔体液面以下约1‑40mm，对中间包内的铸铁熔体施加超声波照射；D、移出超声波探头：超声波照射结束后，移出超声波照射探头；E、浇注定型：将超声波照射后的铸铁熔体浇注到铸型中凝固成型。本发明专利技术的技术方案解决了传统的球化方法，在消耗大量的、昂贵的含有稀土元素的球化剂和孕育剂的同时，对铸铁熔体本身、操作者和周边环境也造成了极大的污染，而且还存在球化效率的问题。

Method of producing spherical graphite without spheroidizing agent

The invention relates to the technical field of casting production, in particular to a method for producing spherical graphite in cast iron melt by using ultrasonic cavitation effect. The steps of the invention include: A, raw material preparation and smelting: melting the prepared raw materials in induction furnace and overheating the melt to 1150 1600; B, pouring into tundish: pouring cast iron melt into tundish with preheating temperature of 1000 1300 C, applying ultrasonic irradiation: immersing the ultrasonic probe into cast iron melt when the melt temperature of cast iron falls to 1380 1520. About 1 40 mm below the liquid level, the melt of cast iron in tundish is irradiated by ultrasonic wave; D, removal of ultrasonic probe: after the end of ultrasonic irradiation, removal of ultrasonic irradiation probe; E, casting finalization: pouring the melt of cast iron irradiated by ultrasonic wave into the casting mould for solidification. The technical scheme of the invention solves the traditional spheroidizing method, while consuming a large number of expensive spheroidizing agents and inoculants containing rare earth elements, it also causes great pollution to the melt itself, the operator and the surrounding environment of the cast iron, and has the problem of spheroidizing efficiency.

【技术实现步骤摘要】
不使用球化剂产生球形石墨的方法
本专利技术涉及铸造生产
，具体尤其涉及一种利用超声波空化效应在铸铁熔体中产生球形石墨的方法。
技术介绍
所谓球形石墨(spheroidalgraphite)其定义是立体形状为球状的石墨。球墨铸铁内含有这种形状的石墨。通常，球墨铸铁是将灰口铸铁经过球化和孕育处理后得到的高性能铸铁，析出的石墨呈球状所以称为球墨铸铁。一般在浇注之前，在铁液中加入少量球化剂(通常为镁、稀土镁合金或含铈的稀土合金)和孕育剂(通常为硅铁)，使铁水凝固后形成球状石墨。1947年，时任英国铸铁学会(BCIRA)研究主管的H·莫罗(HentonMorrogh)发现，在过共晶灰口铸铁中添加铈(Ce)，使其含量在0.02wt％以上时，石墨呈球状——这是人类首次研制成功球墨铸铁。将混合稀土金属加入高硅、高碳和低硫的高温铁水中，然后再用硅铁或硅钙进行孕育处理，就会获得球墨铸铁。但碍于当时稀土金属的昂贵，对铁水成分的限制又太严，球墨铸铁未能在工业上得到应用。直到1948年，美国A.P.Ganganebin等人研究指出，在铸铁中添加镁，随后用硅铁孕育，当残余镁量大于0.04wt％时，就会得到球状石墨。从此，球墨铸铁开始了大规模工业生产。由于碳(石墨)以球状存在于铸铁基体中，改善其对基体的割裂作用，球墨铸铁的抗拉强度、屈服强度、塑性、冲击韧性大大提高，特别是塑性和韧性，从而得到比碳钢还高的强度，并具有耐磨、减震、工艺性能好、成本低等优点，故而可以在一些范围“以铁代钢”。现已广泛替代可锻铸铁及部分铸钢、锻钢件，如：曲轴、连杆、轧辊、汽车后桥等。这种传统的球化方法，在消耗大量的、昂贵的含有稀土元素的球化剂和孕育剂的同时，对铸铁熔体本身、操作者和周边环境也造成了极大的污染，而且还存在球化效率的问题。针对上述现有技术中所存在的问题，研究设计一种新型的不使用球化剂产生球形石墨的方法，从而克服现有技术中所存在的问题是十分必要的。
技术实现思路
根据上述提出现有球化方法，在消耗大量的、昂贵的含有稀土元素的球化剂和孕育剂的同时，对铸铁熔体本身、操作者和周边环境也造成了极大的污染，而且还存在球化效率的技术问题，而提供一种不使用球化剂产生球形石墨的方法。本专利技术主要利用利用超声波空化效应在铸铁熔体中产生球形石墨的物理方法，从而达到节能、环保、优质、高效的效果。本专利技术采用的技术手段如下：一种不使用球化剂产生球形石墨的方法，其特征在于，所述的不使用球化剂产生球形石墨的方法包括如下步骤：A、原料配制及熔炼：按照铸铁的成分要求进行配料，将配好的原材料放入感应炉中，使之熔化，并使熔体过热到1150-1600℃；B、浇入中间包：将铸铁熔体倾倒至经预热的中间包(或直接在炉内)中，中间包的预热温度为1000-1300℃；中间包内铸铁熔体重约1-100kg；C、施加超声波照射：当铸铁熔体温度降至1380-1520℃时，将超声波探头浸入铸铁熔体液面以下约1-40mm，对中间包(或炉体)内的铸铁熔体施加超声波照射；超声波的照射强度为0.2-10W/cm3，超声波的频率为15-40kHz，超声波照射时间为1-10分钟；超声波照射过程中，中间包(或炉体)内铸铁熔体维持保温状态或较低的冷速，冷却速度为0.1-1.0℃/s；D、移出超声波探头：超声波照射结束后，移出超声波照射探头。E、浇注定型：将超声波照射后的铸铁熔体浇注到铸型(或铸锭)中凝固成型。较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1、本专利技术提供的不使用球化剂产生球形石墨的方法，通过将普通的铸铁熔体经过高能超声波处理后产生球形石墨，是一种不依赖于球化剂和孕育剂的物理处理方法；它具有高效节能、操作简单、经济环保、资源再生等特点，是有别于传统意义上的化学处理方法。2、本专利技术提供的不使用球化剂产生球形石墨的方法，通过利用超声波在铸铁熔体中能够产生的球形石墨，是对传统的球墨铸铁生产工艺的一次技术上的挑战。它打破了以往的、单一的使用镁、或稀土镁生产球墨铸铁的方法，对传统的球化机理也提出了新的观点和理解。为铸铁合金的成型技术开辟出一种崭新的材料成型方法，并对研究超声波场的作用机制，以及超声波场下金属熔体的变化规律，发展和完善材料成型制备技术都具有重要的科学意义。3、本专利技术提供的不使用球化剂产生球形石墨的方法，通过施加超声波照射所产生的空化效应气泡还具有去除铸铁熔体中的气体和夹杂物的作用，从而获得晶粒细小、不含气孔、组织致密、没有偏析的组织，因而超声波照射提高了铸铁的孕育效果。4、本专利技术提供的不使用球化剂产生球形石墨的方法，制备方法及生产设备结构简单，成本低、投入少，它是多学科的综合与交叉的材料液态成型技术，也是未来铸造行业的发展方向之一。5、本专利技术提供的不使用球化剂产生球形石墨的方法，对于研究超声波空化效应的作用机制，研究超声波场下的铸铁熔体的变化规律，理解球墨铸铁中球形石墨的形成机理以及发展和完善球墨铸铁的制造工艺和技术，都有重要的实际意义。综上，应用本专利技术的技术方案解决了传统的球化方法，在消耗大量的、昂贵的含有稀土元素的球化剂和孕育剂的同时，对铸铁熔体本身、操作者和周边环境也造成了极大的污染，而且还存在球化效率的问题。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术工艺流程图；图2为本专利技术实施例1中没有超声波照射铸铁熔体内的石墨形态，500倍；图3为本专利技术实施例1中超声波照射90s的石墨形态(球形)，500倍；图4为本专利技术实施例1中超声波照射后形成的球形石墨内碳元素的面扫描图像。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本专利技术的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种不使用球化剂产生球形石墨的方法，其特征在于，所述的不使用球化剂产生球形石墨的方法包括如下步骤：A、原料配制及熔炼：按照铸铁的成分要求进行配料，将配好的原材料放入感应炉中，使之熔化，并使熔体过热到1150‑1600℃；B、浇入中间包：将铸铁熔体倾倒至经预热的中间包中，中间包的预热温度为1000‑1300℃；中间包内铸铁熔体重约1‑100kg；C、施加超声波照射：当铸铁熔体温度降至1380‑1520℃时，将超声波探头浸入铸铁熔体液面以下约1‑40mm，对中间包内的铸铁熔体施加超声波照射；D、移出超声波探头：超声波照射结束后，移出超声波照射探头。E、浇注定型：将超声波照射后的铸铁熔体浇注到铸型中凝固成型。

【技术特征摘要】
1.一种不使用球化剂产生球形石墨的方法，其特征在于，所述的不使用球化剂产生球形石墨的方法包括如下步骤：A、原料配制及熔炼：按照铸铁的成分要求进行配料，将配好的原材料放入感应炉中，使之熔化，并使熔体过热到1150-1600℃；B、浇入中间包：将铸铁熔体倾倒至经预热的中间包中，中间包的预热温度为1000-1300℃；中间包内铸铁熔体重约1-100kg；C、施加超声波照射：当铸铁熔体温度降至1380-1520℃时，将超声波探头浸入铸铁熔体液面以下约1-40mm，对中间包内的铸铁熔体施加...

【专利技术属性】
技术研发人员：李军文，
申请(专利权)人：大连交通大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21