[发明专利]一种孕育剂及其制备方法和在冶炼球墨铸铁的应用

说明书

技术领域

本发明属于冶金技术领域，尤其涉及一种孕育剂及其制备方法和该孕育剂在冶炼球墨铸铁中的应用。

背景技术

随着工业技术的发展，对铸铁力学性能的要求也愈来愈高。提高铸铁材料力学性能的途径主要有以下几种：改变铸铁的碳与硅之比；孕育处理；热处理；合金化。其中孕育处理是比较简便又经济、行之有效的方法。孕育处理要有合适的孕育剂，孕育剂对铸铁件的质量、成本，尤其对高档铸铁件的发展有重要作用。孕育处理的作用在于改变铸铁共晶结晶的凝固条件，达到消除白口、促进石墨化、细化晶粒、提高组织均匀性的目的，从而改善铸铁的力学性能和加工性能。

球墨铸铁的综合性能接近于钢，基于其优异的性能，目前已成功地用于铸造一些受力复杂、强度、韧性、耐磨性要求较高的零件。球墨铸铁已迅速发展为仅次于灰铸铁的、应用十分广泛的铸铁材料。我国球铁生产主要采用冶金用75硅铁作孕育剂，这种硅铁中对孕育起重要作用的Ca、Al没有限定含量范围，其孕育效果不稳定。其他目前常用的硅铁孕育剂孕育生产的铁液得到的铸件的抗拉强度在300N/mm²以下，屈服强度也在250N/mm²以下，不能满足一些需要高韧性的机器铸件要求。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种孕育方便，孕育效果好，孕育后铸铁的延伸率和韧性均大幅提高的孕育剂。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种孕育剂，所述孕育剂的组成成分及其质量百分比为：Si：58％-62％，Ca：1.0％-2.5％，Sb：8％-12％，Al：0.2％-0.6％，Bi：2％-4％，Sr：0.2％-0.5％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。

孕育处理可促进石墨化，减少白口倾向，改善石墨形态和分布状况，增加共晶团数量，细化基体组织，提高力学性能。孕育衰退时，孕育元素的微粒消失，引起石墨形核结晶的核心减少，造成渗碳体体积分数增加，白口倾向增加，硬度上升，影响铸件的加工性能，导致出现畸形石墨，降低铸件的力学性能。由于浇包较大，一包铁液可浇多件，浇注一定时间后存在孕育衰退，因此，导致铸件的力学性能不稳定。本发明的孕育剂一方面含有Sr、Si等元素，能够生成稳定的碳化物，因而衰退的时间可延长，能够避免因浇注时间过长造成的孕育元素消耗完毕而产生的孕育衰退现象。另一方面，在加入金属元素的同时，引进一定浓度的非金属元素(S和O)，本发明的孕育剂通过Ca-Bi-S-O的配合作用，大幅增加了球墨铸铁的石墨球数，改善了球墨铸铁的基体组织和力学性能，尤其是伸长率得到了明显的提高。另外，本发明孕育剂中的铝和钙会与氧、氮反应，形成高熔点的化合物，成为石墨结晶的核心。且，加入本发明的孕育剂后，铁液中可形成局部的富硅微区，有利于石墨析出。但是，铁液中的铝含量又不能太高，由于铝元素具有很强的吸氧特性，多加入0.01％的铝元素，就可能导致铸件产生皮下气孔；相应地，钙的化学性质活泼，具有很强的脱氧去硫能力。因此，需要合理的配置钙和铝的质量百分比比例，一方面使得铁液中尽量不产生皮下气孔，另一方面又要使得铁液中可形成局部的富硅微区，便于石墨析出。

作为优选，所述孕育剂的组成成分及其质量百分比为：Si：59％-60％，Ca：1.5％-2.0％，Sb：9％-10％，Al：0.3％-0.5％，Bi：2.5％-3.5％，Sr：0.3％-0.4％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。

进一步优选，所述孕育剂的组成成分及其质量百分比为：Si：59.5％，Ca：1.8％，Sb：9.5％，Al：0.4％，Bi：3.0％，Sr：0.3-0.4％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。

进一步优选，所述孕育剂的组成成分及其质量百分比为：Si：59％，Ca：2.0％，Sb：9％，Al：0.5％，Bi：2.5％，Sr：0.4％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。

进一步优选，所述孕育剂的组成成分及其质量百分比为：Si：60％，Ca：1.5％，Sb：10％，Al：0.3％，Bi：3.5％，Sr：0.3％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。

进一步优选，所述孕育剂的组成成分及其质量百分比为：Si：58％，Ca：2.5％，Sb：8％，Al：0.6％，Bi：2％，Sr：0.5％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。

进一步优选，所述孕育剂的组成成分及其质量百分比为：Si：62％，Ca：1.0％，Sb：12％，Al：0.2％，Bi：4％，Sr：0.2％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。

本发明中上述孕育剂的制备方法包括如下步骤：