本发明专利技术涉及一种超高强度灰铸铁变质剂及其变质处理工艺，所述变质剂主要由V、Zr、Ti、N、Mn、RE、Ca、Si元素组成，其重量百分比化学成分为：V：20-29；Zr：5-10；Ti：5-10；Mn：3-6；N：11-15；RE：3-4；Ca：3-4；其余为Si。所述变质处理工艺，采用浇包内冲入法：将变质剂放入灰铸铁浇包的底部，当铁水温度达到1480-1550度时倒入浇包中，将变质剂熔化并使之进入灰铸铁铁水中，得到超高强度灰铸铁。本发明专利技术变质剂使高强度灰铸铁的初生奥氏体枝晶、珠光体、石墨和共晶团组织得到了意想不到的显著改善，使强度十分显著地提高，标准试棒的抗拉强度达到了440兆帕。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种灰铸铁提高强度所用新型变质剂，特别是涉及一种超高强度灰铸铁的制备技术。
技术介绍
铸铁是一种历史悠久的传统结构材料。2011年1-10月中国铸铁件产量为2390余万吨，由此可见，铸铁在我国的国民经济发展中占有举足轻重的低位，尤其是灰铸铁。灰铸铁件曾经占世界铸铁件产量的70%左右。但由于其强度较低，在要求结构件具有高强度的工况下被蠕墨铸铁和球墨铸铁所取代。灰铸铁具有耐磨、耐热、耐氧化、耐腐蚀、耐酸碱及好的减震性。同时，与其它合金相比具有熔点低、充型性好、加工性好、生产设施和成型过程简单以及成本低廉的优势。因此，长期以来灰铸铁在铸铁件中仍占非常大的比重。为了保持灰铸铁在铸铁件中的主导地位，必须提高其极限强度。当前环境污染是世界亟待解决的重 大问题。所以，发动机的设计向采用爆发式点火的趋势发展，目的是提高燃烧效率、减少环境污染。因此，对发动机缸体、缸盖强度的要求越来越高。目前，国际上的发动机缸体、缸盖绝大多数采用灰铸铁铸造生产。因此，提高灰铸铁的强度是世界铸铁界的重大理论与技术难题。世界铸铁界的广大科研工作者和工程技术人员一直在致力于提高灰铸铁的强度，在优化灰铸铁成分设计、微合金化元素组成等方面开展了大量研究工作(主要是通过加入一定量的铬、钥、铜、镍、钒和稀土等合金元素)，使灰铸铁的强度不断地提高，目前，世界上报道的微合金化灰铸铁在潮模砂型中浇注出的直径30毫米、长度280毫米的标准试棒的抗拉强度最高值已达到395兆帕，详见专利技术专利“微合金化高强度灰铸铁”(专利号2005100168785)，还没达到400兆帕以上。当前，公认的提高灰铸铁强度的途径有如下四个方面(1)增加初生奥氏体枝晶的个数；(2)细化珠光体片间距；(3)细化石墨、使石墨弯曲和钝化；(4)细化共晶团。本专利技术通过设计一种新的变质剂组成，专利技术出新的变质剂，将本专利技术变质剂加入到灰铸铁铁水中，获得了意想不到的结果，使灰铸铁获得了网络框架结构的初生奥氏体枝晶，且枝晶小、个数增多；珠光体团簇的层片厚度薄与片间距小，同时，珠光体团簇交错排布；石墨个数增多、细小、弯曲、尖角钝化；共晶团得到细化的组织，使高灰铸铁的强度得到了十分显著的提高，标准试棒的抗拉强度达到了 440兆帕。
技术实现思路
本专利技术的目的是专利技术一种新的变质剂组成，将本专利技术变质剂加入到灰铸铁的铁水中，使灰铸铁获得等轴的网络框架结构的初生奥氏体枝晶，且枝晶细小、个数增多；珠光体团簇的层片厚度变薄、片间距减小，且交错排布；石墨个数增多、细小、弯曲、尖角钝化；共晶团尺寸减小的组织，使灰铸铁的强度的到了十分地显著提高，标准试棒的抗拉强度达到了 440兆帕。本专利技术的上述目的是这样实现的专利技术一种重量百分比化学成分为V :20-29 ；Zr :5-10 ；Ti :5-10 ；Mn :3_6 ；N :11-15 ；RE :3_4 ；Ca :3_4 ;其余为 Si 的超高强度灰铸铁变质齐U。将本专利技术所述变质剂加入到含有C、Si、Mn、P、S、Cr、Cu、Sn的灰铸铁铁水中，变质剂中的元素进入到灰铸铁的铁水中，得到了一种超高强度灰铸铁。一种上述的超高强度灰铸铁变质剂的变质处理工艺，采用浇包内冲入法将变质剂放入灰铸铁浇包的底部，当冲天炉或电炉中熔化的灰铸铁铁水温度达到1480-1550度时，将铁水倒入灰铸铁浇包中，高温铁水将变质剂熔化，变质剂中的元素进入灰铸铁铁水中，得到超闻强度灰铸铁。其组织初生奥氏体枝晶为发达的等轴网络框架结构，且二次枝晶臂十分细化、个数明显增多；珠光体层片厚度与片间距显著细化，且珠光体团簇交错排布；石墨个数多、明显细小、弯曲、尖角钝化；共晶团尺寸明显减小、个数增多。使灰铸铁的强度得到十分显著的提高，在潮模砂型中浇注出的直径30毫米、长度280毫米的灰铸铁的标准试棒的抗拉强度达到了 440兆帕。 采用本专利技术变质剂处理的超高强度高灰铸铁的铸态组织与目前世界的主流技术-采用硅铁孕育处理的加Mo合金化高强度灰铸铁(含有C、Si、Mn、P、S、Cr、Cu、Sn元素)相比，初生奥氏体由普通的粗大、非等轴枝晶(参阅图1(a)所示)转变为等轴网络框架结构枝晶，且枝晶非常细小、个数明显增多(参阅图1(b)所示)；珠光体由大片间距、厚的铁素体和渗碳体层片(参阅图2(a)所示)转变为非常小的片间距和十分薄的铁素体与渗碳体层片(参阅图2(b)所示)，且两个珠光体团簇晶界处的层片由按大角排布(参阅图2 (a)所示)转变为小角排布(参阅图2(b)所示)；石墨由个数少、粗大、平直、尖角尖锐(参阅图3(a)所示)转变为个数明显增多、细小、弯曲、尖角钝化(参阅图3(b)所示)；共晶团由个数少、尺寸大(参阅图4(a)所示)转变为个数显著数多、尺寸明显小(参阅图4(b)所示)。组织的转变使灰铸铁的强度得到了意想不到的显著提高，标准试棒的抗拉强度达到了 440兆帕。本专利技术变质剂具有的主要技术优点是使灰铸铁的组织发生了意想不到的转变，初生奥氏体由普通的粗大、非等轴枝晶转变为等轴网络框架结构枝晶，且枝晶非常细小、个数明显增多；珠光体由大片间距、厚的铁素体和渗碳体层片转变为非常小的片间距和十分薄的铁素体与渗碳体层片，且两个珠光体团簇晶界处的层片由按大角排布转变为小角排布；石墨由个数少、粗大、平直、尖角尖锐转变为个数明显增多、细小、弯曲、尖角钝化；共晶团由个数少、尺寸大转变为个数显著增多、尺寸明显小。由主要技术优点带来的效果是组织的转变使灰铸铁的强度得到了十分显著地提高，标准试棒的抗拉强度达到了 440兆帕，而采用硅铁孕育处理的加Mo合金化高强度灰铸铁的标准试棒的最高抗拉强度仅为350兆帕。同时，带来的经济成本优势是采用本专利技术变质剂处理的超高强度灰铸铁的每吨材料成本比采用硅铁孕育处理的加Mo合金化高强度灰铸铁大约节省150-300人民币元，经济效益将是十分显著。附图说明图I为初生奥氏体枝晶形态，其中图1(a)为硅铁孕育处理的加Mo合金化高强度灰铸铁的普通、粗大、非等轴网络框架结构奥氏体枝晶；图I (b)为本发变质剂变质处理的超高强度灰铸铁的奥氏体枝晶为等轴网络框架结构，且枝晶十分细小。图2为珠光体形态，其中图2(a)为硅铁孕育处理的加Mo合金化高强度灰铸铁的珠光体的层片厚度与间距大，同时，珠光体团簇平行排布；图2(b)为本发变质剂变质处理的超高强度灰铸铁的珠光体的层片厚度与片间距十分细小，且珠光体团簇交错排布。图3为石墨形态，其中 图3 (a)为硅铁孕育处理的加Mo合金化高强度灰铸铁的石墨平直、粗大、个数少、分布不均匀；图3(b)为本发变质剂变质处理的超高强度灰铸铁的石墨非常细小、弯曲、个数多、分布均匀。图4为共晶团形态，其中图4(a)为硅铁孕育处理的加Mo合金化高强度灰铸铁的共晶团尺寸大、个数少；图4(b)为本发变质剂变质处理的超高强度灰铸铁的共晶团尺寸明显减小、个数多。具体实施例方式下面结合附图所示实施例，进一步说明本专利技术的具体内容及其实施方式。本专利技术变质剂的变质处理工艺采用铸铁浇包内冲入法将变质剂放入灰铸铁浇包的底部，当冲天炉或电炉中熔化的灰铸铁(按重量百分比计，C :3. 10 3. 25 ；Si 2. 10 2. 25 ；Mn 0. 30 O. 45 ；P :0. 020 O. 040 ；S :0. 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种超高强度灰铸铁变质剂，其特征在于，所述变质剂主要由V、Zr、Ti、N、Mn、RE、Ca、Si元素组成，其重量百分比化学成分为：V：20？29；Zr：5？10；Ti：5？10；Mn：3？6；N：11？15；RE：3？4；Ca：3？4；其余为Si。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：姜启川，逄伟，王金国，邓刚，侯骏，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：
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