蠕墨铸铁用新型蠕化剂

摘要

本发明涉及一种新型的蠕墨铸铁蠕化剂配方及其工艺技术，属于铸铁熔炼处理领域。开发新型的蠕化剂对于提高蠕墨铸铁使用性能和降低生产成本具有重要的意义，它的研制具有重要的社会和经济效益。本发明采用Gd‑Mg‑Zr‑Si系的合金作为蠕墨铸铁的蠕化剂。其配方为：Mg的含量为4‑6wt.%，Zr的含量为7‑8wt.%，Gd的含量为0.1‑0.5wt.%，Ca的含量为4‑4.5wt.%，Si的含量为48‑52wt.%，Al的含量为1‑2.0wt.%，MgO的含量<1.0wt.%，其余为铁。通过本发明的蠕化剂添加，在蠕墨铸铁中得到蠕墨形态非常好，蠕墨呈短而宽的形态，对金属的割裂作用更小，塑性铰高。因此，通过本发明既可以克服传统蠕化剂的缺点，同时又发挥重稀土的优点，从而获得蠕化率、工艺等优化的蠕化剂。

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型蠕墨铸铁的蠕化剂配方及其工艺技术，属于铸铁熔炼处理领域。

背景技术

随着科学技术的高速发展，对铸铁性能的要求越来越高。蠕墨铸铁自从被发现以来，由于优异的性能受到广泛的关注。在蠕墨铸铁中碳主要以蠕虫状石墨析出，并存在于金属基体之中，蠕墨铸铁中石墨的金相形态类似于蠕虫，其端部具有近似于球状石墨的年轮状结构，而蠕墨铸铁的蠕化率和石墨形态对铸铁性能的影响很大。为了获得蠕墨铸铁，在其生产过程中向其中添加一定量的蠕化剂。但由于铁水中合适的蠕化元素残留量范围很窄，蠕化处理难以控制。因此，开发新型的蠕化剂对于提高蠕墨铸铁的使用性能和降低生产成本具有重要的意义，新型蠕化剂的研制具有重要的社会和经济效益。

尽管蠕墨铸铁的石墨形态介于片层状和球状之间，但蠕墨铸铁却表现出优良的综合力学性能，尤其在恶劣的工作环境中，会发挥出其所具有的出色的抗热疲劳性能的优点，因此，在热工况下服役的铸铁零部件，通常会采用蠕墨铸铁来提高零件的使用性能和延长使用寿命。对于蠕墨铸铁来说，由于其蠕墨化工艺生产不稳定，导致其发展过程经历了艰难和曲折阶段。为了获得想要的组织及性能，在熔炼的过程中在铁水中添加蠕化剂能够有效的实现石墨的蠕虫化，尤其采用稀土合金的蠕化剂，对石墨的蠕化具有重要的作用。但在蠕墨铸铁的实际生产过程中影响石墨蠕化的工艺因素很多，如蠕化剂稀土元素的组成，在生产时蠕化剂的加入量，蠕化及孕育处理工艺，温度和冷却速度等工艺参数。从而使其工艺稳定性难以控制。然而面对生产控制的难度较大问题，采用正确的解决问题方法，会起到很好的效果。其中正确选用蠕化剂和其生产工艺是稳定生产蠕墨铸铁铸件的技术关键。寻找新型蠕化剂成为蠕墨铸铁生产和研究的主要方向。本发明是采用新型的稀土合金作为蠕墨铸铁生产中的蠕化剂，对于蠕墨铸铁的稳定生产具有重要的意义。

发明内容

目前大多数的稀土合金蠕化剂采用（Ce、La）-Mg-Ti-Si系合金，虽然此类蠕化剂可获得较好的蠕化效果，然而由于残留的Ti引起Ti的积累，造成炉料的污染。同时中国是富稀土国家，拥有丰富的稀土资源，因此开发出不同类型和品种的稀土合金蠕化剂，对于蠕墨铸铁蠕化剂和蠕墨铸铁的发展具有重要的作用。Gd、Zr在合金中能够有效的细化晶粒，提高组织均匀性、减少铸造缺陷，有效改善合金的强韧性和塑性。因此本发明采用Gd-Mg-Zr-Si系的合金作为蠕墨铸铁的蠕化剂。新型蠕化剂的配方为：Mg的含量为4-6wt.%，Zr的含量为7-8wt.%，Gd的含量为0.1-0.5wt.%，Ca的含量为4-4.5wt.%，Si的含量为48-52wt.%，Al的含量为1-2.0wt.%，MgO的含量<1.0wt.%，其余为铁。通过本发明的蠕化剂的添加，在蠕墨铸铁中得到的蠕墨形态非常好，蠕墨呈短而宽的形态，对金属的割裂作用更小，塑性铰高。

其工艺过程为：

蠕化剂的加入量是影响蠕化率的直接因素，因此蠕化剂的加入对其蠕化程度有很大影响。根据熔融铁液中的杂质的含量以及最终的元素含量的要求，蠕化剂的加入量控制在0.3-1.5wt.%左右。对于薄壁铸件用此种新型蠕化剂的蠕化工艺可以采用出铁槽冲入法,即在出铁槽上安置能够将蠕化剂均匀洒出的端口, 将蠕化剂均匀地撒在铁水流上, 随流入包即熔化。对于厚壁铸件用此种稀土蠕化剂的蠕化工艺可以采用包底冲入法，即在冲天炉熔炼条件下(铁水温度为1400-1550℃), 即可获得蠕虫状石墨。在熔炼过程中根据需要，采用生铁作为石墨含量的调节材料，同时为了减少有害元素（S、P）的含量，也加入部分废钢等材料。

本发明的优点为：

此类蠕化剂不仅可获得较好的蠕化效果, 而且由于它不含Ti，因此不会造成残留Ti，引起Ti积累对炉料的污染。另外，Gd的加入能够起到Ce和La的效果，同时Gd是重稀土元素又能够丰富稀土对铸铁的蠕化作用。

具体实施方式

本发明提供了采用Gd-Mg-Zr-Si系的合金作为蠕墨铸铁的蠕化剂。下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步说明：

实施例1：

采用中频电炉熔炼，500kg-800kg浇包处理并浇注，铁水出炉温度初定为1530-1540℃，浇注温度保证在1410℃以上。为了能够准确地控制蠕化剂和孕育剂加入量，采用电子秤严格控制出铁量，并且计划出铁量和实际出铁量的误差控制在大约1%以内。采用此种蠕化剂的蠕化预处理可以采用包底冲入法，孕育剂采用75硅铁。第一步采用包底冲入法进行蠕化预处理，将称量好的蠕化剂和硅铁等材料分先后顺序依次加入包底堤坝同一侧，蠕化剂的加入量控制在0.8wt.%左右。同时对蠕化预处理后铁液进行蠕化及孕育效果检测，如果效果不理想，根据检测结果采用“喂丝法”对预处理后的铁液进行蠕化调整处理，使其达到设计的蠕化率。

实施例2：

为了能精确地控制此种蠕化剂的加入量，并且提高蠕化剂的吸收率，同时获得稳定的蠕墨铸铁。对于此种新型的蠕化剂可以采用喂丝蠕化处理技术，将新型的蠕化剂制成芯线，使用喂丝机将蠕化剂制成的芯线。在蠕化处理中采用此种稀土蠕化剂的蠕化线和硅铁的孕育线，其芯线直径在10mm左右。同时根据S含量的不同，加入不同含量的蠕化剂和孕育剂，蠕化剂的加入量控制在0.3-1.5wt.%左右。蠕化剂的芯线的速度为30m/min，孕育剂的速度是25m/min，出铁温度是1500℃。浇注时间在10分钟左右。

实施例3：

此种新型的蠕化剂也可以采用出铁槽随流孕育法，采用冲天炉进行熔炼，将配置好的颗粒状的蠕化剂均匀地洒在铁水中。铁水出炉温度初定为1530℃，浇注温度保证在1410℃以上。为了获得更高的蠕化率，蠕化剂的加入量控制在1wt.%左右。同时为了获得更高的蠕化率的蠕墨铸铁，再采用二次孕育剂为硅铁合金，采用倒包冲入法二次孕育处理，最后将调整好的铁水进行浇铸。