一种同时提升高碳灰铸铁导热性能与力学性能的孕育剂及其应用制造技术

本发明专利技术涉及一种同时提升高碳灰铸铁导热性能与力学性能的孕育剂及其应用，属于灰铸铁材料技术领域。解决了现有技术中高碳灰铸铁往往导热性能与力学性能不可兼得的技术问题。本发明专利技术的孕育剂，按质量分数计，化学成分为：Si:47.5％～53.3％、Cr:14.2％～19.1％、N:2.0％～2.7％、Ca:0.6％～0.8％、Al:0.7％～0.9％、Ba:1.1％～1.5％，余量为Fe。本发明专利技术还提供该孕育剂制备的高碳灰铸铁。该孕育剂用于制备高碳灰铸铁，提升了高碳灰铸铁的石墨数量、细化石墨、钝化石墨尖端的同时稳定、细化珠光体组织，同时提升高碳灰铸铁的导热性能与抗拉强度，特别适用于生产汽车制动盘及其他对综合性能有要求的高碳灰铸铁铸件。要求的高碳灰铸铁铸件。要求的高碳灰铸铁铸件。

【技术实现步骤摘要】
一种同时提升高碳灰铸铁导热性能与力学性能的孕育剂及其应用


[0001]本专利技术属于高碳灰铸铁
，具体涉及一种同时提升高碳灰铸铁导热性能与力学性能的孕育剂及其应用，尤其涉及该孕育剂在制备高碳灰铸铁中的应用。

技术介绍

[0002]灰铸铁是指碳元素以片状石墨形式存在的铸铁，其中高碳灰铸铁中的片状石墨含量高，这种组织上的特点使得高碳灰铸铁具有多种性能优势，如良好的导热性能、减震性能和铸造性能。这些优势使得高碳灰铸铁广泛应用于机械疲劳与热疲劳工况下的结构件，如汽车制动盘。
[0003]虽然片状石墨的导热系数很高，但强度却极低，相当于缺陷。用传统工艺制造出的高碳灰铸铁往往导热性能与力学性能不可兼得。如何改善工艺、优化组织使高碳灰铸铁的导热系数与力学性能得到同时提升，成为提高汽车制动盘综合性能的关键所在。
[0004]经过科学研究和实际生产检验，A型石墨成为高碳灰铸铁片状石墨的最优解。但是，同样拥有A型石墨组织的高碳灰铸铁，导热系数、抗拉强度等性能也会有巨大的差异。这种差异是石墨长度、数量、弯曲程度、长径比等石墨形态特征差异引起的。
[0005]现有技术中，广泛投入实际生产使用的孕育剂为含Sr、Ba、Ca、Zr、稀土等元素的硅铁孕育剂，关于孕育剂的研究也大多为以上几种元素的组合。关注的性能大多集中在力学性能、加工性能或是减少组织缺陷，少有对提升导热系数的孕育剂的研究。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的之一是通过向孕育剂中添加Cr、N、Ca、Ba等元素，改变孕育剂成分，制备出一种同时提升高碳灰铸铁导热性能与力学性能的孕育剂。
[0007]本专利技术的目的之二是提供上述孕育剂在制备高碳灰铸铁中的应用，提升高碳灰铸铁中的石墨数量、优化石墨形态，同时提升高碳灰铸铁的力学性能与导热性能，经检测，在相同碳当量的条件下，本专利技术的孕育剂可使高碳灰铸铁的力学性能提升17％～30％、导热性能提升16％。
[0008]本专利技术实现上述目的采取的技术方案如下。
[0009]本专利技术的同时提升高碳灰铸铁导热性能与力学性能的孕育剂，按质量分数计，化学成分为：Si:47.5％～53.3％、Cr:14.2％～19.1％、N:2.0％～2.7％、Ca:0.6％～0.8％、Al:0.7％～0.9％、Ba:1.1％～1.5％，余量为Fe。
[0010]优选的是，按质量分数计，化学成分为：Si:47.5％、Cr:19.1％、N:2.7％、Ca:0.8％、Al:0.9％、Ba:1.5％，余量为Fe。
[0011]优选的是，按质量分数计，化学成分为：Si:53.3％、Cr:14.2％、N:2.0％、Ca:0.6％、Al:0.7％、Ba:1.1％，余量为Fe。
[0012]本专利技术还提供上述同时提升高碳灰铸铁导热性能与力学性能的孕育剂在制备高
碳灰铸铁中的应用，步骤如下；
[0013]取同时提升高碳灰铸铁导热性能与力学性能的孕育剂，破碎成2～4mm粒度的颗粒，采用包内孕育的方法加入高碳灰铸铁的铁液中，除渣后，浇注，得到高碳灰铸铁。
[0014]优选的是，所述高碳灰铸铁的铁液的组成，按质量分数计为：3.69～3.99％、Si:1.06％～1.5％、Mn:0.55％～0.8％、S:0.07％～0.11％、Cu:0.25％～0.5％、Cr:0.1％～0.29％、Sn:0.07％～0.09％、Nb:0.1％～0.2％、Mo:0.16％～0.22％；
[0015]更优选的是，所述高碳灰铸铁的铁液的组成，按质量分数计为：C:3.74％～3.99％、Si:1.15％～1.5％、Mn:0.55％～0.7％、S:0.07％～0.1％、Cu:0.25％～0.5％、Cr:0.1％～0.25％、Sn:0.07％～0.09％、Nb:0.1％～0.2％、Mo:0.16％～0.22％，余量为Fe及不可避免的杂质元素；
[0016]尤其优选的是，所述高碳灰铸铁的铁液的组成，按质量分数计为：C:3.69％、Si:1.08％、Mn:0.79％、S:0.11％、Cu:0.3％、Cr:0.29％、Sn:0.09％、Nb:0.2％、Mo:0.2％，余量为Fe及不可避免的杂质元素；
[0017]或者，C:3.74％、Si:1.06％、Mn:0.8％、S:0.11％、Cu:0.3％、Cr:0.29％、Sn:0.09％、Nb:0.2％、Mo:0.2％。
[0018]优选的是，所述同时提升高碳灰铸铁导热性能与力学性能的孕育剂的添加量为铁液的0.6
‑
0.7wt％。
[0019]优选的是，除渣后，浇铸在树脂砂型中。
[0020]优选的是，所述高碳灰铸铁的铁液在中频感应炉中熔炼。
[0021]本专利技术还提供一种采用同时提升高碳灰铸铁导热性能与力学性能的孕育剂制备的高碳灰铸铁。
[0022]本专利技术的原理为：经本专利技术研究，石墨数量与平均石墨长度为影响高碳灰铸铁导热系数最重要的两个因素。在高碳灰铸铁组织中，片状石墨相互连接交错形成三维石墨网络通道，热量则借由石墨网络传输；石墨数量越多，石墨平均长度越长，石墨网络的连通性越好，导热系数也就越高。这两个因素中，石墨数量的影响权重更大，为更重要的因素。对于力学性能来说，石墨细小而数量多的组织要比石墨粗大而数量少的组织性能更好，同时石墨端部应更加圆钝，避免应力在尖锐处集中。因此，本专利技术得出了一个拥有最优综合性能的组织：石墨数量多，石墨细小卷曲同时端部圆钝。
[0023]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0024]本专利技术通过向传统孕育剂中添加Cr、N、Ca、Ba元素、改变孕育剂成分制备出一种新型孕育剂，进而利用该同时提升高碳灰铸铁导热性能与力学性能的孕育剂用于制备高碳灰铸铁，提升了高碳灰铸铁的石墨数量、细化石墨、钝化石墨尖端的同时稳定、细化珠光体组织，同时提升高碳灰铸铁的导热性能与抗拉强度。特别适用于生产汽车制动盘及其他对综合性能有要求的高碳灰铸铁铸件。显著提升了高碳灰铸铁汽车制动盘和铸件的抗热疲劳性能，延长了汽车制动盘和铸件的使用寿命，减少了高碳灰铸铁的材料的损耗，在提升了汽车驾驶的安全性的同时降低了经济损失。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的
附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0026]图1为本专利技术实施例1制备的高碳灰铸铁的石墨组织的金相显微镜图。
[0027]图2为本专利技术实施例2制备的高碳灰铸铁的石墨组织的金相显微镜图。
[0028]图3为本专利技术对比例1制备的高碳灰铸铁的石墨组织的金相显微镜图。
具体实施方式
[0029]为了进一步理解本专利技术，下面对本专利技术优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本专利技术的特征和优点，而不是对本专利技术权利要求的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.同时提升高碳灰铸铁导热性能与力学性能的孕育剂，其特征在于，按质量分数计，化学成分为：Si:47.5％～53.3％、Cr:14.2％～19.1％、N:2.0％～2.7％、Ca:0.6％～0.8％、Al:0.7％～0.9％、Ba:1.1％～1.5％，余量为Fe。2.根据权利要求1所述的同时提升高碳灰铸铁导热性能与力学性能的孕育剂，其特征在于，按质量分数计，化学成分为：Si:47.5％、Cr:19.1％、N:2.7％、Ca:0.8％、Al:0.9％、Ba:1.5％，余量为Fe。3.根据权利要求1所述的同时提升高碳灰铸铁导热性能与力学性能的孕育剂，其特征在于，按质量分数计，化学成分为：Si:53.3％、Cr:14.2％、N:2.0％、Ca:0.6％、Al:0.7％、Ba:1.1％，余量为Fe。4.权利要求1～3任何一项所述的同时提升高碳灰铸铁导热性能与力学性能的孕育剂在制备高碳灰铸铁中的应用，其特征在于，步骤如下；取同时提升高碳灰铸铁导热性能与力学性能的孕育剂，破碎成2～4mm粒度的颗粒，采用包内孕育的方法加入高碳灰铸铁的铁液中，除渣后，浇注，得到高碳灰铸铁。5.根据权利要求4所述的同时提升高碳灰铸铁导热性能与力学性能的孕育剂在制备高碳灰铸铁中的应用，其特征在于，所述高碳灰铸铁的铁液的组成，按质量分数计为：3.69～3.99％、Si:1.06％～1.5％、Mn:0.55％～0.8％、S:0.07％～0.11％、Cu:0.25％～0.5％、Cr:0.1％～0.29％、Sn:0.07％～0.09％、Nb:0.1％～0.2％、Mo:0.16％～0.22...

【专利技术属性】
技术研发人员：王金国，鲁天时，王成刚，马顺龙，王建东，李峰，闫瑞芳，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：