[发明专利]一种用于生产优质球铁件的铁液成分窗口快速确定方法

说明书

本发明提供了一种用于生产优质球铁件的铁液成分窗口快速确定方法，该方法考虑孕育剂与球化剂的添加当量，通过高通量成分材料热力学计算，基于所获凝固特性并结合生产实际的浇注冷却条件，经由所构建的优质球铁件的凝固特性判别准则筛选出铁液的适宜成分，从而形成铁液成分窗口。通过本方法成型的球铁件具有石墨球化率与球形度高，铸铁材料力学性能优的特点。

涉及领域

本发明涉及球墨铸铁铸造领域，具体地，涉及一种快速确定铁液成分窗口方法以用于优质球铁件的生产。

技术背景

球墨铸铁具有较好的强韧性，其最高抗拉强度可达1600MPa，最大延伸率高达24％，与钢材相比，还具有铸造性能好、生产工艺及设备简单，且生产成本底，仅为铸钢或锻钢件的1/3～1/2。因此，球墨铸铁的应用范围广、产量高，业已成功代替部分锻钢件和铸钢件，成为具有广阔应用前景之一的金属结构材料。球墨铸铁的生产常需历经配比炉料、球化与孕育处理，在此工艺过程中铁水内发生复杂的物理、化学过程，易造成孕育及球化的活性元素镁或硅的烧损或损耗，致使铁液质量降低，成型后球墨铸铁凝固组织石墨球形度、球化率低，材料力学性能差，产品品质劣.即便是通过二次孕育或球化可补充活性元素，以改善铁液质量，但球化剂或孕育剂的添加量难以精确把控，造成铁液品质的一致性较差，难以获得工艺稳定性的球墨铸铁制件，这不利于球铁生产率与制件品质的提升。因此，出炉前适宜铁液的成分窗口尤为重要，直接关系到球墨铸铁制件品质与生产的工艺稳定性，遗憾的是当前尚无相关面向优质球墨铸铁件生产的适宜铁液成分窗口的快速确定方法，这极大的影响了球墨铸铁件的合格率与工艺稳定性，也不利于规模化生产。

发明内容

鉴于行业上述现状，本发明的目的在于提供一种用于生产优质球铁件的铁液成分窗口快速确定方法，以快速确定适宜于实际生产与工艺条件下的铁液成分窗口，实现具有高球化率、高球形度组织特征且力学性能优异的铸铁件生产。本发明技术方案的实现包括以下步骤：

1)考虑孕育剂与球化剂的添加当量、球化剂活性元素随保温温度与时间的烧损量的函数关系，对出炉铁液进行成分高通量材料热力学与凝固特性计算：

2)基于步骤1)建立不同铁液成分凝固特性数据库：

3)基于步骤2)结合实际生产浇注条件开发优质铁液成分刷选算法：

4)基于步骤3)计算获取优质铸铁件铁液成分，形成适宜于生产浇注工艺条件成分窗口。

优选地，一种用于生产优质球铁件的铁液成分窗口快速确定方法，所述孕育剂为含Si体系，所述球化剂为含Mg体系，所述球化剂、孕育剂的添加量满足质量关系：球化剂/铁液×100＝0.5～2％，孕育剂/铁液×100＝0.6～1.5％。

优选地，一种用于生产优质球铁件的铁液成分窗口快速确定方法，所述凝固特性数据库包含以下参量：初晶奥氏体温度、石墨起始形成温度、Fe-C共晶平衡温度、结晶潜热、凝固曲线。

优选地，一种用于生产优质球铁件的铁液成分窗口快速确定方法，所述生产浇注条件，包括铁液质量、保温工艺、浇注温度、冷却速度信息。

优选地，一种用于生产优质球铁件的铁液成分窗口快速确定方法，所述优质铁液成分刷选算法基于凝固特性数据库及生产浇注条件构建的凝固冷却曲线，优选准则为：

1)孕育指数：αINO＝SU∶SEI∶SE2∈{(16～30)∶(15～28)∶(15∶21)}，SU为过最高共晶温度点水平线与凝固冷却曲线所围面积，SE1为自起始共晶温度至最高共晶温度凝固冷却曲线与过起始共晶温度水平线、过最高共晶温度垂直线所围面积，SE2为自最高共晶温度至终止共晶温度凝固冷却曲线与过最高共晶温度垂直线、过终止共晶温度水平线所围面积；

2)球化率：β＝-350-50.2·(dT/dt)_max+3.3Δt≥80，Δt为凝固冷却曲线二次微分曲线于凝固结束点波动时间：

3)镁作用指数：