高铬铸铁复合孕育剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术高铬铸铁复合孕育剂及其制备方法和应用涉及含铬的铸铁合金，该高铬铸铁复合孕育剂是一种纳米晶的稀土硅铁＋硼铁的高铬铸铁复合孕育剂，由Ｆｅ－Ｃｅ－Ｓｉ－Ｃａ中间合金和Ｆｅ－Ｂ中间合金组成，其重量比为Ｆｅ－Ｃｅ－Ｓｉ－Ｃａ中间合金∶Ｆｅ－Ｂ中间合金＝１∶０．０７～０．１３，该孕育剂的纳米晶晶粒小于１００ｎｍ，是由商购稀土硅铁＋商购硼铁为原料进行熔体快淬处理而得到的薄片状孕育剂，用它对工程机械用高铬铸铁耐磨件的高铬铸铁合金组织进行晶粒和组织细化处理，处理方法是金属熔融铸造法，克服了现有高铬铸铁合金铸造技术的铸造缺陷，基体晶粒和渗碳体相得以显著细化，从而明显地提高了高铬铸铁合金的综合力学性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的技术方案涉及含铬的铸铁合金，具体地说是涉及高铬铸铁复合孕育剂及其 制备方法和应用。
技术介绍
随着摊铺机、水泥沥青搅拌站、破碎机、制砖机及选/洗煤机等工程机械不断发展， 对其各种型号的叶片衬板、刀片、刀角等高铬铸铁耐磨件的力学性能提出了越来越苛刻 的要求。对于如何提高工程机械用高铬铸铁耐磨件的力学性能和磨损耐蚀性能，相关学 者和技术人员已有一些实验研究。在一般的高铬铸铁合金铸态组织中，基体组织晶粒较 粗大，共晶莱氏体组织中的渗碳体相则呈现较粗大的片状， 一次合金渗碳体相多为粗大 的多角形块状和板状。粗大硬脆的渗碳体相当严重地割裂了基体，降低了高铬铸铁合金 的强度和韧性。对高铬铸铁合金铸态组织进行晶粒细化处理，并改变渗碳体相的形态， 减小其对基体性能的削弱作用，是提高高铬铸铁合金铸态组织性能的有效途径。所以， 对工程机械用高络铸铁耐磨件的高铬铸铁合金进行晶粒和组织细化处理是一种提高高铬 铸铁耐磨件使用性能的极其有效的方法。可以从两个方面来影响高铬铸铁合金品粒大小和组织细化的程度I .晶粒和组织细 化处理。对高铬铸铁合金的具体细化处理的方法有添加孕育细化剂(即孕育变质剂或称 晶粒变质细化剂，简称孕,剂)、超声波振动法、急冷法、低温铸造法或熔液加压铸造法。 其中研究较多的方法是添加孕育细化剂，这是向高铬铸铁合金熔体中添加少量的孕育细 化剂，形成大量弥散的、难熔的结晶核心，并使基体熔体在结晶时依核生长，从而获得 晶粒细化和组织细化效果。高铬铸铁合金的变质细化处理既可提高高铬铸铁合金的强度 和韧性，又可增加其耐磨性，进而显著提高工程机械用高铬铸铁耐磨件的使用寿命；II.改变熔炼工艺。这是在高铬铸铁合金制备过程中，通过改变该合金结晶条件来达到细化 品粒和组织的目的。CN1115339披露了铬系白口铸铁复合孕育剂，其组成中含有C、 Cr、 Fe、 Si、 Mg、 Re 元素；CN87100402公开了灰铸铁的孕育剂，是一种硅一铁孕育剂，其组成中含有0. 1至 10%(重量)锶、小于0, 35%(重量)钙和0. 1至15%(重量)锆、0. 1至20%(重量)钛、或者和 锆和铁与该锶的混合物；CN1281513公丌了铸铁孕育剂及铸铁孕育剂的生产方法，该孕 育剂含40 — 80% (重量)的硅、0. 5—10% (重量)的钙和/或锶和/或钡、0 — 10% (重量)的铈和/或镧、0 — 5% (重量)的镁、小于5% (重量)的铝、0 — 10% (重量) 的锰和/或钛和/或锆、0. 5 — 10% (重量)的呈一种或几种金属氧化物形态的氧、0. 1一10% (重量)的呈一种或几种金属硫化物形态的硫和余量为Fe; CN101319290揭示了 灰铸铁孕育剂及制备产品方法和作为冶炼铸铁的应用，该孕育剂由硅铁、锰铁、硅钡或铬铁组成，其中含有硅，钡，锰，铝，钙，铁，或铬，微量元素。方法歩骤为将硅铁、锰铁、硅钡或铬铁分别进行破碎后，按比例称重混合，孕育剂作为冶炼灰铸铁的应用，其铁水与孕育剂的比例为1: 0.03 0.07，孕育剂块度最大值为硅铁10 20mm，硅钡 20 30mrn，锰铁5 20mm，铬铁1 15mm; CN1077229公开了铸铁复合孕育剂，它是由 碳、硅、钙、铝、铬及余量铁组成。上述文献中所报道的孕育剂的制备方法均采用破碎混合一类传统的工艺生产，这些 孕育剂在铸铁合金铸造中的应用则均采用普通熔炼工艺熔炼和将铸锭粉碎成小块使用， 其细化剂的晶粒尺寸远不是纳米级，所以对铸铁合金基体品粒和组织的细化效果并不理 想。实践证明，将这些传统工艺生产的孕育剂用于对高铬铸铁合金组织进行晶粒和组织 细化处理，在经过细化的高铬铸铁合金的铸态组织中，共晶莱氏体组织中的渗碳体相仍 呈较粗大的片状，高铬铸铁合金的综合力学性能得不到有效的提高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供高铬铸铁复合孕育剂及其制备方法和应用，本 专利技术高铬铸铁复合孕育剂是一种纳米晶稀土硅铁十硼铁高铬铸铁复合孕育剂，是由商购 稀土硅铁+商购硼铁为原料进行熔体快淬处理而制得的薄片状纳米晶稀土硅铁+硼铁高 铬铸铁复合孕育剂，用它对工程机械用高铬铸铁耐磨件的高铬铸铁合金组织进行品粒和 组织细化处理，克服了现有高铬铸铁合金铸造技术的铸造缺陷，基体品粒和渗碳体相得 以显著细化，从而明显地提高了高铬铸铁合金的综合力学性能。本专利技术解决该技术问题所采用的技术方案是高铬铸铁复合孕育剂，它是一种纳米 品的稀土硅铁+硼铁的高铬铸铁复合孕育剂，由Fe-Ce-Si-Ca中间合金和Fe-B中间合金 组成，其中，Fe-Ce-Si-Ca中间合金的元素组成为30. 7% Fe + 30% Ce + 37. 5%Si + 1. 8% Ca， Fe-B中间合金的元素组成为78.61% Fe + 20.76% B + 0.35% Si +杂质(0. 108 % Al+O. 018 % P+0. 15% C+0. 004% S)，这两种中间合金的重量比为Fe-Ce-Si-Ca中间合金: Fe-B中间合金=1 : 0. 07 0. 13，该孕育剂的纳米晶品粒小于lOOnm。上述高铬铸铁复合孕育剂，是一种薄片状的纳米品的稀土硅铁+硼铁的高铬铸铁复 合孕育剂，该薄片的平均厚度为0. 2 0. 5mra，平均宽度为0. 3 0. 7mm，平均长度为0. 8 1. 5mm。上述Fe-Ce-Si-Ca中间合金与Fe-B中间合金均为铸造业内
常用的合金，均 可以通过商购得到。这两种中间合金的金相组织形貌如图1和图2所示。由图1可知商 购Fe-B中间合金中硼铁的晶粒尺寸平均在100,;由图2可知商购Fe-Ce-Si-Ca中间合 金的稀土硅铁中存在大于200,的粗大Fe — Si共晶组织。高铬铸铁复合孕育剂的制备方法，是一种离心快淬甩带法，具体步骤是以元素组 成为30.7% Fe+30% C.e+37. 5% Si+1. 8% Ca的商购Fe—Ce—Si—Ca中间合金和元素组成为78.61% Fe+20. 76 % B + 0.35% Si+杂质(0.108 % Al+0. 018 % P+0. 15% C+0. 004% S) 的商购Fe-B中间合金为原料，按重量比为Fe-Ce-Si-Ca中间合金Fe-B中间合金二l : 0. 07 0. 13，称取所需量的商购的Fe-Ce-Si-Ca中间合金和商购的Fe-B中间合金，放入 真空快淬炉的水冷铜坩埚内，调节电极位置，使之与坩埚内的原料合金颗粒之间的距离 为O. 5 1.5mrn，关闭炉门、进出料口和放气阀，抽真空至高于5X 10—3Pa后，用氩气洗 炉，随后充入氩气至0. 04 0. 05Pa，起弧后调节弧电流逐步上升至500 600A，将坩埚 内的原料合金熔化，待该合金全部熔化成液态时，倾斜该坩埚使得该合金液通过流道引 至高速旋转的水冷钼轮上，钼轮边缘线速度为30 40m/秒，钼轮表面温度为10 15°C， 该合金液与该钼轮接触后，迅速凝固并形成薄带状沿钼轮切线方向飞出，经挡板阻挡后 落入炉体下部的收藏室，快淬得到平均厚度为0. 2 0. 5誦，平均宽度为0. 3 0. 7誦，平 均长度为0. 8 1. 5mm，晶粒小于lOOnm的薄片状本文档来自技高网...

【技术保护点】
高铬铸铁复合孕育剂，其特征在于：它是一种纳米晶的稀土硅铁＋硼铁的高铬铸铁复合孕育剂，由Ｆｅ－Ｃｅ－Ｓｉ－Ｃａ中间合金和Ｆｅ－Ｂ中间合金组成，其中，Ｆｅ－Ｃｅ－Ｓｉ－Ｃａ中间合金的元素组成为３０．７％Ｆｅ＋３０％Ｃｅ＋３７．５％Ｓｉ＋１．８％Ｃａ，Ｆｅ－Ｂ中间合金的元素组成为７８．６１％Ｆｅ＋２０．７６％Ｂ＋０．３５％Ｓｉ＋杂质（０．１０８％Ａｌ＋０．０１８％Ｐ＋０．１５％Ｃ＋０．００４％Ｓ），这两种中间合金的重量比为Ｆｅ－Ｃｅ－Ｓｉ－Ｃａ中间合金∶Ｆｅ－Ｂ中间合金＝１∶０．０７～０．１３，该孕育剂的纳米晶晶粒小于１００ｎｍ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：崔春翔，石卫东，郝福林，刘清信，杨月明，鲍中路，
申请(专利权)人：天津市立鑫晟精细铸造有限公司，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]