專利名稱：球墨鑄鐵用準(zhǔn)晶合金球化劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的技術(shù)方案涉及鑄鐵合金的制造，具體地說是球墨鑄鐵用準(zhǔn)晶合金球化劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
球墨鑄鐵的制備是通過球化和孕育處理得到球狀石墨，從而有效提高鑄鐵的機(jī)械性能，特別是提高塑性和韌性，并得到比碳鋼還高的強(qiáng)度。球墨鑄鐵是一種高強(qiáng)度鑄鐵材料，其綜合性能接近于鋼，有“以鐵代鋼”的美譽(yù)，應(yīng)用十分廣泛。球墨鑄鐵的球化元素是指那些能夠促進(jìn)石墨球狀化和使石墨球生成或增加的元素?，F(xiàn)有技術(shù)中，CN101775457A公開了一種釔稀土鎂復(fù)合球化劑，其組成成分的重量百分比分別為:Si35-55%、Mg4.5-10%,Y0.05-1.2%,BiO-1.0%、Sb0_5%、Ca0.5-5% 和 BaO-5%，其余為鐵及少量雜質(zhì)元素，該球化劑中含有35 50%的硅元素，從而限制了含Si回爐料的添加量，不利于降低生產(chǎn)成本，且該球化劑中含有一定量的鐵元素，制備時(shí)需用中頻感應(yīng)爐進(jìn)行熔煉，增加了熔煉溫度和電力消耗。CN102021467A公開了一種球墨鑄鐵球化劑，其組成成分的重量百分比分別為:Mg36-45%、Re6-10%、Ca2-15%、Si23-40%和Ga2_8%，其余為鐵，該球化劑中含有23 40%的硅元素，從而限制了含Si回爐料的添加量，不利于降低生產(chǎn)成本，且該球化劑要粉碎成粒度小于2mm的顆粒，并用同心鋼管進(jìn)行包裹后使用，增加了使用工藝的復(fù)雜性和球墨鑄鐵生產(chǎn)的成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供球墨鑄鐵用準(zhǔn)晶合金球化劑及其制備方法，首次將鎂基準(zhǔn)晶合金開發(fā)成球墨鑄鐵的球化劑材料，其組成元素熔點(diǎn)低，制備的熔煉過程中可節(jié)省大量電能，且成分中不含硅，可增加回爐料的使用量，降低生產(chǎn)成本，克服了現(xiàn)有技術(shù)工藝復(fù)雜，能耗高，生產(chǎn)成本高的缺點(diǎn)。本發(fā)明解決該技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:球墨鑄鐵用準(zhǔn)晶合金球化劑，是一種鎂基準(zhǔn)晶合金，其組成元素的質(zhì)量百分比為:Mg45% 50%、Zn45%、Y5%和Ce0% 5%，該鎂基準(zhǔn)晶合金的鑄態(tài)組織由五邊形和六邊形混合的塊體準(zhǔn)晶相、α-Mg以及共晶相組成。上述球墨鑄鐵用準(zhǔn)晶合金球化劑，其組成元素的質(zhì)量百分比優(yōu)選為:Mg50%、Zn45%和 Y5%。上述球墨鑄鐵用準(zhǔn)晶合金球化劑，其組成元素的質(zhì)量百分比優(yōu)選為:Mg48%、Zn45%、Y5% 和 Ce2%。上述球墨鑄鐵用準(zhǔn)晶合金球化劑，其組成元素的質(zhì)量百分比優(yōu)選為:Mg45%、Zn45%、Y5% 和 Ce5%。上述球墨鑄鐵用準(zhǔn)晶合金球化劑的制備方法，步驟是:第一步，制備Mg-Zn-Y (-Ce)準(zhǔn)晶合金母合金鑄錠 依據(jù)目標(biāo)合金中各組分元素的質(zhì)量百分比:Mg為45 50%、Zn為45%、Y為5%和Ce為O 5%，以純度99.99%的鎂錠、純度99.99%的鋅錠、釔含量20wt%的Mg-Y中間合金錠和鈰含量20wt%的Mg-Ce中間合金錠為原材料進(jìn)行備料；將稱量好的各金屬錠于780°C下熔煉，熔煉過程中通入體積比為CO2 = SF6 = 100:1的0)2/5 6混合氣體進(jìn)行保護(hù)，待所有原料金屬錠完全熔化后，攪拌I分鐘，除去表面雜質(zhì)，靜置保溫5分鐘后，采用隨爐空冷方式冷卻至室溫，制得Mg-Zn-Y (-Ce)準(zhǔn)晶合金母合金鑄錠，其鑄態(tài)組織由五邊形和六邊形混合的塊體準(zhǔn)晶相、α -Mg以及共晶相組成；第二步，將準(zhǔn)晶合金母合金鑄錠砸成塊體，制得球墨鑄鐵用準(zhǔn)晶合金球化劑產(chǎn)品將第一步制得的Mg-Zn-Y(-Ce)準(zhǔn)晶合金母合金鑄錠用鐵錘砸成尺寸I 2厘米的塊體，即制得球墨鑄鐵用準(zhǔn)晶合金球化劑產(chǎn)品。上述球墨鑄鐵用準(zhǔn)晶合金球化劑的制備方法，所用的原材料和設(shè)備均通過公知的途徑獲得，所用的操作工藝是本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所能掌握的。本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)是:本發(fā)明的球墨鑄鐵用準(zhǔn)晶合金球化劑是一種鎂基準(zhǔn)晶合金，由于鎂的沸點(diǎn)低，加入鐵水中后可使鐵水翻騰，使反應(yīng)充分、均勻。鎂制成合金后，比重增加，可抑制其在鐵水中的上浮，減少燒損。鎂與氧、硫等元素有非常強(qiáng)的親和力，所生成的MgO和MgS密度遠(yuǎn)小于鐵，容易與鐵水分離，因此鎂處理后的鐵水，硫和氧的含量都很低。本發(fā)明球墨鑄鐵用準(zhǔn)晶合金球化劑中的Y和Ce稀土元素對石墨球化有顯著作用。Y和Ce的沸點(diǎn)比鎂高，加入鐵水中時(shí)，有利于鐵水的穩(wěn)定；￥和Ce元素有比鎂更強(qiáng)的脫硫脫氧能力，生成的Y和Ce的硫化物及Y和Ce的氧化物的熔點(diǎn)高，穩(wěn)定性好；Υ和Ce與鐵水中的球化干擾元素也能形成穩(wěn)定的化合物，因此含Y和Ce的球化劑抗干擾能力更強(qiáng)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的顯著進(jìn)步如下:(I)本發(fā)明的球墨鑄鐵用準(zhǔn)晶合金球化劑中不含硅元素，可增加回爐料的使用量，降低生產(chǎn)成本；(2)本發(fā)明的球墨鑄鐵用準(zhǔn)晶合金球化劑中不含鐵等高熔點(diǎn)元素，可以使用常用的坩堝式電阻爐進(jìn)行鑄錠熔煉，降低了設(shè)備復(fù)雜性，減少了電能消耗；(3)本發(fā)明的球墨鑄鐵用準(zhǔn)晶合金球化劑由鎂基準(zhǔn)晶合金組成，錠料硬而脆，便于使用常用工具砸成小塊，且準(zhǔn)晶成分有利于鐵水充分吸收。(4)本發(fā)明的球墨鑄鐵用準(zhǔn)晶合金球化劑方法所需制備設(shè)備價(jià)低，制備工藝操作簡單，能耗低，原料成本低。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖1為實(shí)施例1制得的Mg-45%Zn_5%Y準(zhǔn)晶合金球化劑的100倍光學(xué)顯微鏡照片。圖2為圖1中Mg-45%Zn_5%Y準(zhǔn)晶合金球化劑的大塊準(zhǔn)晶相的電子衍射斑點(diǎn)圖像圖3為實(shí)施例1制得的Mg-45%Zn_5%Y準(zhǔn)晶合金球化劑處理后的球墨鑄鐵的100倍光學(xué)顯微鏡照片。圖4為實(shí)施例2制得的Mg-45%Zn_5%Y-2%Ce準(zhǔn)晶合金球化劑處理后的球墨鑄鐵的100倍光學(xué)顯微鏡照片。圖5為實(shí)施例3制得的Mg-45%Zn-5%Y_5%Ce準(zhǔn)晶合金球化劑處理后的球墨鑄鐵的100倍光學(xué)顯微鏡照片。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1第一步，制備Mg-45%Zn_5%Y準(zhǔn)晶合金母合金鑄錠依據(jù)目標(biāo)合金中各組分元素的質(zhì)量百分比:Mg為50%、Zn為45%和Y為5%，以純度99.99%的鎂錠、純度99.99%的鋅錠和釔含量20wt%的Mg-Y中間合金錠為原材料進(jìn)行備料；將稱量好的各金屬錠于780°C下熔煉，熔煉過程中通入體積比為CO2 = SF6 = 100:1的C02/SF6混合氣體進(jìn)行保護(hù)，待所有原料金屬錠完全熔化后，攪拌I分鐘，除去表面雜質(zhì)，靜置保溫5分鐘后，采用隨爐空冷方式冷卻至室溫，制得Mg-45%Zn-5%Y準(zhǔn)晶合金母合金鑄錠，其鑄態(tài)組織由五邊形和六邊形混合的塊體準(zhǔn)晶相、α-Mg以及共晶相組成。第二步，將準(zhǔn)晶合金母合金鑄錠砸成塊體，制得球墨鑄鐵用準(zhǔn)晶合金球化劑產(chǎn)品將第一步制得的Mg-45%Zn_5%Y準(zhǔn)晶合金母合金鑄錠用鐵錘砸成尺寸1.5厘米的塊體，即制得球墨鑄鐵用準(zhǔn)晶合金球化劑產(chǎn)品。圖1為本實(shí)施例制得的Mg-45%Zn_5%Y準(zhǔn)晶合金球化劑的100倍光學(xué)顯微鏡照片，從Mg-45%Zn-5%Y準(zhǔn)晶合金球化劑的顯微形貌可見，該球化劑的鑄態(tài)組織由五邊形和六邊形混合的塊體準(zhǔn)晶相、α -Mg以及共晶相組成；圖2所示為圖lMg-45%Zn-5%Y準(zhǔn)晶合金球化劑中大塊準(zhǔn)晶相的電子衍射斑點(diǎn)圖像，該圖像呈五次旋轉(zhuǎn)對稱結(jié)構(gòu)，顯示出與晶體材料不同的準(zhǔn)晶體特有的對稱結(jié)構(gòu)，證實(shí)本實(shí)施例制得的球化劑確實(shí)為準(zhǔn)晶合金球化劑。用本實(shí)施例制得的Mg-45%Zn_5%Y準(zhǔn)晶合金球化劑進(jìn)行鐵水球化及孕育處理的過程是:(I)用常規(guī)方法在500Kg中頻感應(yīng)電爐中熔煉鐵水，鐵水出爐溫度為1480°C，成分為:3.94wt%C、l.26wt%S1、0.22wt%Mn、0.03wt%P、0.02wt%S 和其余為 Fe。將本實(shí)施例制得的Mg-45%Zn-5%Y準(zhǔn)晶合金球化劑加入到鐵水中進(jìn)行球化處理，加入量為鐵水質(zhì)量的0.4%。采用二次孕育處理，孕育劑為Fe-75%Si。一次包內(nèi)孕育，孕育劑添加量為鐵水質(zhì)量的0.8%，第二次為隨流孕育，孕育劑加入量為鐵水質(zhì)量的0.15%。(2)鑄件澆注及性能測試:將(I)獲得的鐵水澆注在樹脂砂型中，澆注溫度13400C，制得的Mg-45%Zn-5%Y準(zhǔn)晶合金球化劑處理后的球墨鑄鐵，截取并加工出Φ 14mm的拉伸球墨鑄鐵試棒，測得其抗拉強(qiáng)度為460MPa，延伸率為16.5%。圖3為本實(shí)施例制得的Mg-45%Zn-5%Y準(zhǔn)晶合金球化劑處理后的球墨鑄鐵的100倍光學(xué)顯微鏡照片，從該照片可見，石墨相得到了有效的球化，且球化效果良好，石墨球大小為6級，球化率> 85%。實(shí)施例2
第一步，制備Mg-45%Zn-5%Y_2%Ce準(zhǔn)晶合金母合金鑄錠依據(jù)目標(biāo)合金中各組分元素的質(zhì)量百分比:Mg為48%、Zn為45%、Y為5%和2%Ce，以純度99.99%的鎂錠、純度99.99%的鋅錠、釔含量20%的Mg-Y中間合金錠、鈰含量20%的Mg-Ce中間合金錠為原材料進(jìn)行備料；將稱量好的各金屬錠于780°C下熔煉，熔煉過程中通入體積比為CO2 = SF6 = 100:1的C02/SF6混合氣體進(jìn)行保護(hù)，待所有原料金屬錠完全熔化后，攪拌I分鐘，除去表面雜質(zhì)，靜置保溫5分鐘后，采用隨爐空冷方式冷卻至室溫，制得Mg-45%Zn-5%Y-2%Ce準(zhǔn)晶合金母合金鑄錠，其鑄態(tài)組織由六邊形塊體準(zhǔn)晶相、α -Mg以及共晶相組成。第二步，將準(zhǔn)晶合金母合金鑄錠砸成塊體，制得球墨鑄鐵用準(zhǔn)晶合金球化劑產(chǎn)品將第一步制得的Mg-45%Zn-5%Y_2%Ce準(zhǔn)晶合金母合金鑄錠用鐵錘砸成尺寸I厘米的塊體，即制得球墨鑄鐵用準(zhǔn)晶合金球化劑產(chǎn)品。該球化劑的鑄態(tài)組織由五邊形和六邊形混合的塊體準(zhǔn)晶相、α -Mg以及共晶相組成，大塊準(zhǔn)晶相的電子衍射斑點(diǎn)圖像呈五次旋轉(zhuǎn)對稱結(jié)構(gòu)，顯示出準(zhǔn)晶體特有的對稱結(jié)構(gòu)，證實(shí)該球化劑為準(zhǔn)晶合金球化劑。用本實(shí)施例制得的Mg-45%Zn_5%Y-2%Ce準(zhǔn)晶合金球化劑進(jìn)行鐵水球化及孕育處理的過程是:(I)用常規(guī)方法在500Kg中頻感應(yīng)電爐中熔煉鐵水，鐵水出爐溫度為1480°C，成分為:3.76wt%C、l.31wt%S1、0.24wt%Mn、0.02wt%P、0.02wt%S、其余為 Fe。將本實(shí)施例制得的Mg-45%Zn-5%Y-2%Ce準(zhǔn)晶合金球化劑加入到鐵水中進(jìn)行球化處理，加入量為鐵水質(zhì)量的
0.4%。采用二次孕育處理，孕育劑為Fe-75%Si。一次包內(nèi)孕育，孕育劑添加量為鐵水質(zhì)量的
0.8%，第二次為隨流孕育，孕育劑加入量為鐵水質(zhì)量的0.15%。(2)鑄件澆注及性能測試:將(I)獲得的鐵水澆注在樹脂砂型中，澆注溫度1340°C，制得的Mg-45%Zn-5%Y-2%Ce準(zhǔn)晶合金球化劑處理后的球墨鑄鐵，截取并加工出屮14mm的拉伸球墨鑄鐵試棒，測得其抗拉強(qiáng)度為485MPa，延伸率為19.2%。圖4為本實(shí)施例制得的Mg-45%Zn-5%Y-2%Ce準(zhǔn)晶合金球化劑處理`后的球墨鑄鐵的100倍光學(xué)顯微鏡照片，從該照片可見，石墨相得到有效的球化，且球化效果很好，石墨球大小為6級，球化率> 90%。實(shí)施例3第一步，制備Mg-45%Zn-5%Y_5%Ce準(zhǔn)晶合金母合金鑄錠依據(jù)目標(biāo)合金中各組分元素的質(zhì)量百分比:Mg為45%、Zn為45%、Y為5%和5%Ce，以純度99.99%的鎂錠、純度99.99%的鋅錠、釔含量20%的Mg-Y中間合金錠、鈰含量20%的Mg-Ce中間合金錠為原材料進(jìn)行備料；將稱量好的各金屬錠于780°C下熔煉，熔煉過程中通入體積比為CO2 = SF6 = 100:1的C02/SF6混合氣體進(jìn)行保護(hù)，待所有原料金屬錠完全熔化后，攪拌I分鐘，除去表面雜質(zhì)，靜置保溫5分鐘后，采用隨爐空冷方式冷卻至室溫，制得Mg-45%Zn-5%Y-2%Ce準(zhǔn)晶合金母合金鑄錠，其鑄態(tài)組織由五邊形塊體準(zhǔn)晶相、α -Mg、以及共晶相組成。第二步，將準(zhǔn)晶合金母合金鑄錠砸成塊體，制得球墨鑄鐵用準(zhǔn)晶合金球化劑產(chǎn)品將第一步制得的Mg-45%Zn-5%Y_5%Ce準(zhǔn)晶合金母合金鑄錠用鐵錘砸成尺寸2厘米的塊體，即制得球墨鑄鐵用準(zhǔn)晶合金球化劑產(chǎn)品。該球化劑的鑄態(tài)組織由五邊形和六邊形混合的塊體準(zhǔn)晶相、α -Mg以及共晶相組成，大塊準(zhǔn)晶相的電子衍射斑點(diǎn)圖像呈五次旋轉(zhuǎn)對稱結(jié)構(gòu)，顯示出準(zhǔn)晶體特有的對稱結(jié)構(gòu)，證實(shí)該球化劑為準(zhǔn)晶合金球化劑。用本實(shí)施例制得的Mg-45%Zn_5%Y-5%Ce準(zhǔn)晶合金球化劑進(jìn)行鐵水球化及孕育處理的過程是:(I)用常規(guī)方法在500Kg中頻感應(yīng)電爐中熔煉鐵水，鐵水出爐溫度為1480°C，成分為:3.69wt%C、l.33wt%S1、0.25wt%Mn、0.03wt%P、0.02wt%S、其余為 Fe。將本實(shí)施例制得的Mg-45%Zn-5%Y-5%Ce準(zhǔn)晶合金球化劑加入到鐵水中進(jìn)行球化處理，加入量為鐵水質(zhì)量的0.4%。采用二次孕育處理，孕育劑為Fe-75%Si。一次包內(nèi)孕育，孕育劑添加量為鐵水質(zhì)量的
0.8%，第二次為隨流孕育，孕育劑加入量為鐵水質(zhì)量的0.15%。的0.15%。(2)鑄件澆注及性能測試:將(I)獲得的鐵水澆注在樹脂砂型中，澆注溫度1340°C，制得的Mg-45%Zn-5%Y-5%Ce準(zhǔn)晶合金球化劑處理后的球墨鑄鐵，截取并加工出Ψ14mm的拉伸球墨鑄鐵試棒，測得其抗拉強(qiáng)度為505MPa，延伸率為21.8%。圖5為本實(shí)施例制得的Mg-45%Zn-5%Y-5%Ce準(zhǔn)晶合金球化劑處理后的球墨鑄鐵的100倍光學(xué)顯微鏡照片，從該照片可見，石墨相得到有效的球化，且球化效果非常好，石墨球大小為6級，球化率>90%。上述實(shí)施例中所用的原材料和設(shè)備均通過公知的途徑獲得，所用的操作工藝是本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所 能掌握的。
權(quán)利要求
1.球墨鑄鐵用準(zhǔn)晶合金球化劑，其特征在于:是一種鎂基準(zhǔn)晶合金，其組成元素的質(zhì)量百分比為:Mg45% 50%、Zn45%、Y5%和CeO% 5%，該鎂基準(zhǔn)晶合金的鑄態(tài)組織由五邊形和六邊形混合的塊體準(zhǔn)晶相、α -Mg以及共晶相組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說球墨鑄鐵用準(zhǔn)晶合金球化劑，其特征在于:該球化劑組成元素的質(zhì)量百分比為:Mg50%、Zn45%和Y5%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所說球墨鑄鐵用準(zhǔn)晶合金球化劑，其特征在于:該球化劑組成元素的質(zhì)量百分比優(yōu)選為:Mg48%、Zn45%、Y5%和Ce2%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所說球墨鑄鐵用準(zhǔn)晶合金球化劑，其特征在于:該球化劑組成元素的質(zhì)量百分比優(yōu)選為:Mg45%、Zn45%、Y5%和Ce5%。
5.權(quán)利要求1所說球墨鑄鐵用準(zhǔn)晶合金球化劑的制備方法，其特征在于步驟是: 第一步，制備Mg-Zn-Y (-Ce)準(zhǔn)晶合金母合金鑄錠 依據(jù)目標(biāo)合金中各組分元素的質(zhì)量百分比=Mg為45 50%、Zn為45%、Y為5%和Ce為O 5%，以純度99.99%的鎂錠、純度99.99%的鋅錠、釔含量20wt%的Mg-Y中間合金錠和鈰含量20wt%的Mg-Ce中間合金錠為原材料進(jìn)行備料；將稱量好的各金屬錠于780°C下熔煉，熔煉過程中通入體積比為CO2 = SF6 = 100:1的C02/SF6混合氣體進(jìn)行保護(hù)，待所有原料金屬錠完全熔化后，攪拌I分鐘，除去表面雜質(zhì)，靜置保溫5分鐘后，采用隨爐空冷方式冷卻至室溫，制得Mg-Zn-Y (-Ce)準(zhǔn)晶合金母合金鑄錠，其鑄態(tài)組織由五邊形和六邊形混合的塊體準(zhǔn)晶相、α -Mg以及共晶相組成； 第二步，將準(zhǔn)晶合金母合金鑄錠砸成塊體，制得球墨鑄鐵用準(zhǔn)晶合金球化劑產(chǎn)品 將第一步制得的Mg-Zn-Y(-Ce)準(zhǔn)晶合金母合金鑄錠用鐵錘砸成尺寸I 2厘米的塊體，即制得球墨鑄鐵用準(zhǔn)晶合金球化劑產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明球墨鑄鐵用準(zhǔn)晶合金球化劑及其制備方法，涉及鑄鐵合金的制造，該球化劑是一種鎂基準(zhǔn)晶合金，其組成元素的質(zhì)量百分比為Mg45%～50%、Zn45%、Y5%和Ce0%～5%，該鎂基準(zhǔn)晶合金的鑄態(tài)組織由五邊形和六邊形混合的塊體準(zhǔn)晶相、α-Mg以及共晶相組成；其制備方法是先制備Mg-Zn-Y(-Ce)準(zhǔn)晶合金母合金鑄錠，再將準(zhǔn)晶合金母合金鑄錠砸成塊體，制得球墨鑄鐵用準(zhǔn)晶合金球化劑產(chǎn)品。本發(fā)明球化劑組成元素熔點(diǎn)低，制備的熔煉過程中可節(jié)省大量電能，且成分中不含硅，可增加回爐料的使用量，降低生產(chǎn)成本，克服了現(xiàn)有技術(shù)工藝復(fù)雜，能耗高，生產(chǎn)成本高的缺點(diǎn)。
文檔編號C21C1/10GK103160632SQ20131012584
公開日2013年6月19日 申請日期2013年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月12日
發(fā)明者趙維民, 王志峰, 秦春玲, 夏興川, 薛海濤 申請人:河北工業(yè)大學(xué)