一种改善铸铁件抗拉强度的孕育剂和该孕育剂的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种改善铸铁件抗拉强度的孕育剂。所述孕育剂包含重量百分比在40

【技术实现步骤摘要】
一种改善铸铁件抗拉强度的孕育剂和该孕育剂的制备方法

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[0001]本专利技术涉及铸铁件生产熔炼用孕育剂及其制备方法。

技术介绍
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[0002]铸造业是国家基础工业之一，其产品涉及军工、民用、航天、铁路、汽车、电力设备、基础建设、各种工农机械制造等。铸造件简称铸件，分为有色铸件和黑色铸件，黑色铸件又细分为铸铁件和铸钢件。本专利技术所述孕育剂主要用于铸铁件。
[0003]铸铁件通常含2％
‑
4％的碳，常温下铸铁件中的碳大部分以不同形态的石墨出现。根据不同的石墨形态，铸铁件细分为球墨铸铁、灰铸铁、蠕墨铸铁等等。铸铁件在生产过程中都需要用到孕育剂以及孕育工艺，来改变和调整铸铁件中碳的存在形式、分布、尺寸、形态等，进而改变或者改善铸铁件的性能。这些性能包括但不仅限于机械性能、切削性能、固有频率、时效性能等。孕育剂在铸件生产成型过程中加入量通常在铁水总质量的0.05
‑
1％。其加入量不大，但起的作用却十分关键。
[0004]铸铁件生产过程中，通过一定的孕育工艺，加入合适的孕育剂，可以达到以下诸多目的。1、有效的减少铸件白口(大块的Fe3C组织,行业通常也称之为碳化物)生成，进而改善和保障铸件机械性能，降低铸件硬度，提高机加工性能。2、提高或者调整石墨析出量，同时可以改善石墨形态，减小铸件成型过程中的缩松倾向，提高材质致密度，进而提高产品的成品率和进一步提高性能；3、改善或者调整铸件基体组织，通常是珠光体(Pearlite)和铁素体(Ferrite)的比例，进而有针对性的调整铸件所需的性能；4、改善铸件材质的均匀性，包括基体组织和石墨的分布。通常由于铸件产品结构复杂、尺寸不一，铸件性能均匀性和一致程度也是至关重要的。
[0005]随着社会的进步与发展，铸铁件使用方对铸铁件的要求不断提高，尤其是抗拉强度的要求。一方面，在主机上同样部位的零部件，使用厂家期待铸件能够达到更高强度，包括灰铸铁和球墨铸铁。例如，国内华中地区某汽车主机厂，原本其采购的汽车缸体HT250牌号，具体要求实际抗拉强度到达206MPa就可以。但近期主机厂技术人员希望铸造厂技术部辅助提供抗拉强度达到290MPa的同类产品。这给铸造工作者带来了较大的挑战，当然也带来了新订单的机遇。另一方面，不论是球墨铸铁还是灰铸铁，要保证较高的抗拉强度，铸造厂家通常都会加入大量的合金元素，诸如Cu、Sn。这直接大幅度增加了铸造厂的生产成本。有的铸造厂会选用Sb元素来替代Cu元素来间接提高铸件强度。但是这样做会带来其他副作用，因而受到部分主机厂的限制。
[0006]那么有没有办法在不增加熔炼成本的基础上，提高铸铁件的抗拉强度呢？

技术实现思路
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[0007]本专利技术设计开发了一种改善铸铁件抗拉强度的孕育剂及其制备方法。通过设定的制备方式及使用工艺，能大幅度提高孕育剂的孕育效果，提高孕育均匀性；改善铸铁件的抗拉强度，包括灰铸铁和球墨铸铁，改善铸铁件金相。进而，可以帮助铸造厂开发更高牌号的
产品，或者降低贵金属的加入量，从而降低生产成本。专利技术创造描述：
[0008]根据第一个方面，本专利技术涉及一种改善铸铁件抗拉强度的孕育剂。其中所述孕育剂为粒状硅铁基合金，包含重量百分比在40
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80％之间的硅、0.5
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5％之间的钙、0
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15％之间的稀土(例如，铈和/或镧)、0
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10％之间的锆、0
‑
5％之间的钡、0
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5％之间的铝，总量不超过2％质量的杂质(包括游离态的碳、灰分及其他氧化物)，剩余质量量为铁。
[0009]本专利技术所述的孕育剂中的硅元素部分是以硅和铁的化合物形式存在，主要包括FeSi相和FeSi2相；硅元素的另外一部分是以单质硅的形式存在。以上两类相在产品材质中主要是基体相；
[0010]本专利技术所述的孕育剂中的稀土元素主要是以稀土和硅的化合物形式存在，主要是硅铈相和硅镧相，还包括其他形式的化合相；
[0011]本专利技术所述的孕育剂中的钡元素主要是以钡和硅的化合物形式存在，主要是硅钡相；
[0012]本专利技术所述的孕育剂中的锆元素主要是以锆和硅的化合物形式存在，主要是ZrSi2相；
[0013]本专利技术所述的孕育剂中的钙元素主要是以钙和硅的化合物形式存在，主要是和稀土元素、钡元素和锆元素的化合相同时存在；
[0014]本专利技术所述的孕育剂中的铝元素主要是以铝、硅、铁的化合物形式存在，主要存在于铁硅相的基体中；
[0015]本专利技术所述的孕育剂中的铁元素主要是以硅和铁的化合物形式存在，主要包括FeSi相和FeSi2相；
[0016]本专利技术所述的孕育剂中的稀土化合相、钡的化合相、锆的化合相、铝的化合相和钙的化合相均为孕育相，促进铸铁件中石墨的析出；
[0017]在灰铸铁件生产中，本专利技术所述孕育剂中的稀土化合相改变石墨片的形态，减少石墨片对基体的割裂作用，在不改变铸件成分的情况下能提高灰铸铁件的抗拉强度；
[0018]在灰铸铁件生产中，本专利技术所述孕育剂中的锆和/或铝化合相提高铸铁件中石墨分布的均匀性，使灰铸铁件不同结构处石墨形态尽量一致，提高灰铸铁件的不同结构位置的抗拉强度的一致性；
[0019]在球墨铸铁件生产中，本专利技术所述孕育剂中的稀土化合相促进石墨析出，提高石墨球数和球化率，提高铸铁件材质的综合性能；
[0020]在球墨铸铁件生产中，本专利技术所述孕育剂中的锆和/或铝化合相提高铸铁件中石墨分布的均匀性，使球墨铸铁件不同结构处石墨形态尽量一致，进而能提高球墨铸铁件的抗拉强度；
[0021]在灰铁件和球墨铸铁件生产中，本专利技术所述孕育剂中的钡的化合相改善孕育的时效性。铸铁件生产的浇铸过程，时间从2分钟到30分钟不等，浇铸砂箱数从1箱到几十箱不等。钡的化合相能减少首箱浇铸和末箱浇铸孕育性能的差异，从而提高铸铁件整体成品的一致性；
[0022]根据较佳实施方案，本专利技术所述的孕育剂中的各种相组织细化，包括基体相和孕育相，分布均匀，如图2、3所示。相对于现有市面产品，本专利技术所诉孕育剂单位面积下形成的
“
晶粒”数提升1
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2个数量级，相的分布也更加弥散、均匀。孕育相呈块状、层片状和颗粒状分布，如图1所示，浅(白)色相为孕育相。其中，孕育相“晶粒”尺寸在5
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50μm，块状孕育相都在20
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50μm；粒状和片状孕育相都在5
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10μm，孕育元素相分布类似铸铁件中的石墨分布，均匀、弥散。在100倍放大倍数下，在1mm2面积内，孕育元素相的“晶粒”数达到500 以上。此外，基体相呈深色，其中灰色为铁硅相，深灰色为单质硅相。
[0023]验证发现，根据所述所生产出的孕育剂，和常规孕育剂相比，在同条件的铸造使用条件下，铸件综合性能更优，抗拉强度更高，铸件均匀性更好。
[0024]第二个方面涉及本专利技术的铸铁用孕育剂的生产制备方法。
[0025]步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改善铸铁件抗拉强度的孕育剂，该孕育剂包含重量百分比在40
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80%之间的硅、0.5
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5%之间的钙、0
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15%之间的稀土(例如，铈和/或镧)、0
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10%之间的锆、0
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5%之间的钡、0
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5%之间的铝，总量不超过2%质量的杂质（包括游离态的碳、灰分及其他氧化物），剩余质量为铁。2. 权利要求 1的孕育剂，所述孕育剂为粒状硅铁基合金，是均匀均质的熔炼产品。3. 权利要求 1
‑
2的孕育剂，所述的孕育剂中的硅元素部分是以硅和铁的化合物形式存在，主要包括FeSi相和FeSi2相；硅元素的另外一部分是以单质硅的形式存在，以上两类相在产品材质中主要是基体相。4. 权利要求 1
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3的孕育剂，所述的孕育剂中的稀土元素主要是以稀土和硅的化合物形式存在，主要是硅铈相和硅镧相，还包括其他形式的化合相。5. 权利要求 1
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4的孕育剂，所述的孕育剂中的钡元素主要是以钡和硅的化合物形式存在，主要是硅钡相。6. 权利要求 1
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5的孕育剂，所述的孕育剂中的锆元素主要是以锆和硅的化合物形式存在，主要是ZrSi2相。7. 权利要求 1
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6的孕育剂，所述的孕育剂中的钙元素主要是以钙和硅的化合物形式存在，主要是和稀土元素、钡元素和锆元素的化合相同时存在。8. 权利要求 1
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7的孕育剂，所述的孕育剂中的铝元素主要是以铝、硅、铁的化合物形式存在，主要存在于铁硅相的基体中。9. 权利要求 1
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8的孕育剂，所述的孕育剂中的铁元素主要是以硅和铁的化合物形式存在，主要包括FeSi相和FeSi2相。10. 权利要求 1
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9的孕育剂，所述的孕育剂中的稀土化合相、钡的化合相、锆的化合相、铝的化合相和钙的化合相均为孕育相，促进铸铁件中石墨的析出。11. 权利要求 1
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10的孕育剂，所述的孕育剂中的各种相组织细化，包括基体相和孕育相，分布均匀，如图...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘旭，
申请(专利权)人：上海铸米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：