一种制造球化剂合金锭的成型模具和球化剂合金锭的制造方法

摘要

本发明一种制造球化剂合金锭的成型模具和球化剂合金锭的制造方法，涉及球化剂合金锭的制造工艺,具体涉及一种制造球化剂合金锭的成型模具和利用该成型模具进行球化剂合金锭的制造方法。一种制造球化剂合金锭的成型模具包括内表面为凹形的合金模，还包括外形凸起状的模盖，其形状与合金模内表面形状相匹配且其尺寸小于合金模内表面的相应尺寸，本发明通过该成型模具制作球化剂合金锭，能够有效抑制球化剂合金球化元素氧化以及成分偏析。

说明书

技术领域

本发明涉及球化剂合金锭的制造工艺,具体涉及一种制造球化剂合金锭的成型模具和利用该成型模具进行球化剂合金锭的制造方法。

背景技术

在球墨铸铁的生产中,向铁水中添加含有Mg、Ca、Re等石墨球化元素的球化剂，使铁水中的石墨变成球形从而得到球墨铸铁，在这种球墨铸铁的制造过程中，通常采用冲入法或三明治法，把固体的合适粒度的球化剂放入铁水包底部，再注入铁水，这些球化剂和铁水进行熔化反应，球化剂中的球化元素使铁水中的石墨形状发生球形转变，形成球状石墨。

在目前传统的生产过程中，将球化剂的合金水注入模具的成型凹模内，形成设定深度的合金池，然后慢慢地自然冷却、凝固，形成球化剂板状合金锭。然而在大气的开放状态下，球化剂合金水表面长时间暴露在大气中，球化剂合金水中的Mg、Re等石墨球化元素跟空气中的氧气发生氧化反应，形成氧化物；有利于石墨球化的元素的含量由于被氧化而降低。因此，球化剂的使用量必须加大。同时，在空冷的情况下合金水凝固时间长，铁水中的添加的球化元素发生严重偏析，对球化剂品质造成不利影响，最终造成球墨铸铁生产成本升高。

另一种传统的球化剂合金锭的成型，盖板要放在合金模的成型凹模中的开口部，而且这样的盖板上需要一个浇注口，把所规定量的合金水注入到凹形模内冷却、凝固从而形成合金锭，但也不能完全解决石墨球化元素的氧化问题，这样的合金氧化物含量高，组织疏松,如图7所示，成分偏析，造成球化剂使用量加大，成本增加。

发明内容

本发明旨在提供一种制造球化剂合金锭的成型模具，以及利用该成型模具制造一种能够有效抑制球化剂合金球化元素氧化、成分偏析的球化剂合金锭的方法。

一种制造球化剂合金锭的成型模具，包括内表面为凹形的合金模；成型模具还包括外形凸起状的模盖，其形状与合金模内表面形状相匹配且其尺寸小于合金模内表面的相应尺寸。

优选地，合金模内表面的凹形为空心半球状、长方体状或椭球状。

更优选地，合金模与模盖的中心轴重合。

一种球化剂合金锭的制造方法，使用了如上所述的球化剂合金锭的成型模具。

优选地，制造步骤为：

（1）将含有石墨球化元素的球化剂原材料溶解，形成球化剂合金水；

（2）将球化剂合金水注入合金模内表面中，形成设定深度的合金池；

（3）下降模盖，与该合金模内表面中的球化剂合金水面发生挤压，球化剂合金水沿该合金模内表面和模盖之间的间隙向上扩展并凝固，形成板状球化剂合金锭。

本发明中，由于模盖下降对球化剂合金水面进行挤压，从而在合金模内表面和模盖之间球化剂合金水被挤压扩展，注入的合金水池的深度变浅。由于模盖又有激冷作用，加快了合金水的冷却速度。因此能够得到致密的合金组织，如图8所示，有利地抑制并阻止了球化剂添加成分的偏析，实现品质均一化的球化剂合金锭生产。

另一方面，被挤压的合金水表面与模盖接触，从而隔挡了与空气的接触，有效地抑制了合金水的氧化，从而有效地降低了球化剂中的氧化物的含量，因此，这样的球化剂在铁水中的添加量可以有效地降低。

附图说明

图1为合金模的模盖截面示意图。

图2为注入定量合金水后的合金模截面示意图。

图3为合金模里合金水在模盖下压时沿着合金模内表面和模盖之间扩展的状态示意图。

图4为采用长方体状的合金模，其模盖的截面示意图。

图5为注入定量合金水后的长方体状合金模截面示意图。

图6为长方体状的合金模里合金水在模盖下压时沿着合金模内表面和模盖之间扩展的状态示意图。

图7为传统方法制得的球化剂合金锭在电子显微镜下得到的金相组织图。

图8为利用本发明制得的球化剂合金锭在电子显微镜下的金相组织图。

其中，1-合金模，2-模盖，3-铰孔，4-吊钩。

具体实施方式

实施例一：

一种制造球化剂合金锭的成型模具，包括内表面为凹形的合金模1，成型模具还包括外形凸起状的模盖2，其形状与合金模1形状内表面相匹配且其尺寸小于合金模1内表面的相应尺寸，并且合金模与模盖的中心轴重合。在本实施例中，合金模1内表面与模盖2为相互匹配的半球状，如图1、图2所示，模盖2顶部中央设有一个铰孔3，通过铰孔3挂到的吊钩4上，使模盖2可以上下移动。在下移模盖2的同时，可对模盖2进行机械加压及挤压。

实施例二：

一种制造球化剂合金锭的成型模具，包括内表面为凹形的合金模1；成型模具还包括外形凸起状的模盖2，其形状与合金模1内表面形状相匹配且其尺寸小于合金模1内表面的相应尺寸，并且合金模与模盖的中心轴重合。在本实施例中，合金模1内表面与模盖2为相互匹配的长方体状，如图4、图5所示，模盖2顶部中央设有一个铰孔3，通过铰孔3挂到吊钩4上，使模盖2可以上下移动。在下移模盖2的同时，可对模盖2进行机械加压及挤压。

 实施例三：

一种球化剂合金锭的制造方法，其步骤为：

（1）将原材料：硅铁，金属镁，稀土金属，硅钙，以及废钢（Fe）用电炉加速熔解得到0.2-3.0吨球化剂合金水；

（2）将熔解得到的球化剂合金水注入合金模1中，形成设定深度的合金池；

（3）将吊起的模盖2放下，挤压球化剂合金水，加上模盖2的自重，同时对模盖2机械加压及挤压，模盖2继续下降，使球化剂合金水被挤压扩展，使球化剂合金水的深度减小。同时，模盖2使球化剂合金水急冷、凝固。得到碗型或者锅型的固体球化剂合金锭。

 其中，模盖2是由铸铁、耐热铸钢、铜材等导热性好的材料制成，合金模1选用SiC、石墨、耐热砖等其他耐火材料，或者耐火材料和铸铁的复合材料。在模盖2下降过程中，一方面模盖2有冷却作用，使球化剂合金水急速冷却凝固，减少合金元素成分偏析，从而制出致密性好且成分均一的球化剂。另一方面，模盖2挤压，合金水与大气接触时间缩短，并且模盖2把空气隔绝，有效地阻止了Mg、Ca，Re等容易与空气中的氧结合的石墨球化元素的氧化，由此避免了石墨球化元素的损失，使铸铁水中的石墨球化所需的球化剂的使用量减少。同时，合金水池的合金水面上漂浮着少量氧化物，这些漂浮的氧化物沿着合金模1内表面和模盖2之间的缝隙上移，形成了球化剂合金水的外围部，最后在合金模1口部形成了球化剂合金水的溢出部分且容易去除，如图3和图6所示。另外，球化剂合金水含有的气体被挤压后向外排出，因此被带入的氧化物和气体很少，能够制得更高品质的球化剂合金锭。

通过上述方法制成的球化剂合金锭，通常厚度为30mm左右，甚至可以得到20mm以下的厚度，从合金锭制造的工艺性考虑和实用观点来看，厚度应控制在5mm以上。

将得到的球化剂在铁水温度1480度时进行石墨处理，为了达到设定球化效果，用以前方法制得的球化剂需要添加球化剂的添加率是1.20%，采用本发明制得的球化剂需要添加球化剂的添加率科技降低至1.00%，使用量降低20%。

利用传统技术生产的球化剂合金锭经空气冷凝，晶粒粗大，凝固方向不清，合金元素发生偏析严重，断面致密度低。如图7所示。其合金成分为：Si：44.6%，Mg：5.25%，Re:2.1%,Ca：1.65%，Al：0.53%，Fe余量。其氧化镁含量大于0.8%。利用本发明方法制成的球化剂合金锭，晶粒细小，凝固方向清楚，更致密，偏析值比较小，如图8所示。其合金成分为：Si：44.13%，Mg：5.21%，Re：2.07%，Ca：1.58%，Al：0.54%，Fe余量，其氧化镁含量在小于0.5%。

在具体实施过程中，制得球化剂合金锭的成型模具可以如实施例一描述的合金模1内表面为空心半球状，也可以如实施例二所述的为长方体状，或者为椭球状，只需合金模1内表面与模盖2的形状相匹配即可。