一種球墨鑄鐵的制備方法技術

本發明專利技術涉及一種球墨鑄鐵的制備方法，屬于鑄鐵冶煉技術領域，該制備方法包括將焦炭、石灰石、生鐵、回爐鋼和廢鋼熔煉為鐵液；將球化劑和孕育劑分別制成超微粉體，并分別用鋼板包裹制成球狀球化劑和球狀孕育劑，在球化包底放入第一層球化孕育劑，在第一層球化孕育劑外包覆第一層覆蓋劑，在第一層覆蓋劑上方覆蓋第二層球化孕育劑，在第二層球化孕育劑外包覆第二層覆蓋劑，在第二層覆蓋劑的上方覆蓋第三層孕育劑，澆入鐵液進行球化和孕育處理；然后對鐵液進行澆注和熱處理即得球墨鑄鐵。本發明專利技術操作方便，效率高，無污染，制得的球墨鑄鐵變形小，表面強度高，耐磨性好，而心部的韌性好，可用于鑄造如傳動軸等在工件表面承受著比心部更高應力的零件。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于鑄鐵冶煉
，涉及。
技術介紹
球墨鑄鐵是通過球化和孕育處理得到球狀石墨，其綜合性能接近于鋼，基于其優 異的性能，已成功地用于鑄造一些受力復雜，強度、韌性、耐磨性要求較高的零件。 為使鑄鐵中的白墨結晶成球狀，在熔煉鐵液時需加入球化劑。目前，在工業生產領 域，主要的球化劑是Mg、稀土元素和Ca，Mg是球化能力最強的元素，也是應用最廣泛的球化 劑，但是因為Mg的沸點比鐵液溫度低得多，單獨使用時會猛烈氣化，導致Mg的吸收率低，而 且生產不安全，惡化環境，RE在鑄鐵中反應動力學條件不佳，不易均勻分布，所以一般將Mg 與RE結合使用，以彌補彼此的缺點。 球化處理的方法很多，如沖入法、蓋包法、喂絲法、壓力加鎂法、轉包法、鎂焦炭法、 型內球化法和密封流動法，前兩種方法尤其是沖入法是迄今工業上應用最廣泛的球化處理 方法。球化處理時，一般是將球化劑裝入到球化包底部的一側，上面覆蓋硅鐵合金，稍加緊 實，然后再覆蓋無銹鐵肩或草灰、蘇打等覆蓋劑。鐵液溫度過高時可蓋鐵（鋼）板，處理時， 盡可能地將鐵液一次沖入球化包的另一側，一般先注入鐵液總量的2/3或3/4,等反應基本 結束后，再補加余量鐵液，同時進行隨流孕育，然后將渣扒除。該方法球化劑表面覆蓋的無 銹鐵肩或草灰、蘇打等覆蓋劑容易被熔化，覆蓋的鐵（鋼）板塊度大，彼此間有很大的縫隙， 鐵液透過鐵（鋼）板之間的縫隙很容易與球化劑反應的起爆時間短，球化劑吸收率低，鎂 的吸收率一般只有30%-50%。而且球化處理中鎂光、煙塵污染較嚴重。為了減緩鐵液和 鎂之間反應的激烈強度以及減少鎂蒸汽的揮發速率，一般采用含鎂量較低的合金球化劑， 這樣一定程度上降低了球化效率。 鐵液進行澆注完成后，需輔以正確的熱處理，才能保證鑄鐵的性能和使用壽命。傳 統工藝常采用鹽浴等溫淬火來獲得強韌性和耐磨性能優良的貝氏體球鐵，采用鹽浴分級淬 火來獲得高強度和高耐磨性的馬氏體球鐵。但是傳統的淬火工藝，處理時間較長，工藝和操 作復雜，淬火質量難以保證，淬火后工件內應力較大，易發生變形，甚至開裂，需要后續熱處 理來改善其性能，一般適用于較大的零件，工作環境較差，材料的消耗量較大，零件的使用 壽命也較低。往往由于材料的硬度較低，或者不合適的硬度和韌性匹配導致脆性斷裂、疲勞 斷裂、耐磨性差，從而造成很大的損失。傳統的等溫淬火和分級淬火工藝因內部熱應力、組 織應力和相變應力的變化導致變形較大，難以壓鑄尺寸較為精準的鑄件。傳動軸、傳動齒輪 等很多零部件在扭轉、彎曲等交變載荷下工作，有時表面需要受到摩擦，承受交變或脈動接 觸應力，有時還承受沖擊。這些工件表面承受著比心部更高的應力，要求在工件表面的有限 深度范圍內有高的強度、硬度和耐磨性，而其心部又有足夠的塑性和韌性，以承受一定的沖 擊功。在這種情況下，僅用普通淬火和回火工藝是無法達到目的。
技術實現思路
本專利技術的目的是針對現有技術存在的上述問題，提出了一種球墨鑄鐵的制備方 法，該制備方法操作方便，效率高，無污染，制得的球墨鑄鐵變形小，表面強度高，耐磨性好， 而心部的韌性好，可用于鑄造如傳動軸、傳動齒輪等在工件表面承受著比心部更高應力的 零件。 本專利技術的目的可通過下列技術方案來實現：，所述制備 方法包括如下步驟， 熔煉：將質量比為100:30: (60-65) : (22-26) : (12-15)的焦炭、石灰石、生鐵、回爐 鋼和廢鋼加入到熔煉爐中熔煉為鐵液； 球化孕育處理：先將球化劑和孕育劑分別制成粒徑5-30μm的超微粉體，再將超 微粉體球化劑和超微粉體孕育劑分別用鋼板包裹制成直徑9-15mm的球狀球化劑和球狀孕 育劑，然后在球化包底一側放入第一層球化孕育劑，在第一層球化孕育劑外包覆第一層覆 蓋劑，在第一層覆蓋劑上方覆蓋第二層球化孕育劑，在第二層球化孕育劑外包覆第二層覆 蓋劑，在第二層覆蓋劑的上方覆蓋第三層孕育劑，從球化包遠離球化孕育劑的一側澆入鐵 液進行球化和孕育處理； 澆注：球化孕育處理后的鐵液經檢驗合格后澆注為球墨鑄鐵半成品，若檢驗不 合格，需及時進行調整，控制鐵液中C的質量百分比為3. 5-3. 7%，Si的質量百分比為 1. 9-2. 5% ； 熱處理：采用表面淬火的方式進行熱處理，最后制得本專利技術球墨鑄鐵。 本專利技術采用配伍合理的原料進行鐵液的熔煉，可獲得元素配比合理，結構較好的 鑄鐵，所采用的原料焦炭、石灰石、生鐵、回爐鋼和廢鋼容易獲得，并循環使用回爐鋼，降低 生產成本。在球化孕育處理時對傳統沖入法進行了改進，將傳統使用的塊狀球化劑和塊狀 孕育劑制成超微粉體使用，試驗表明，使用相同劑量的粉超微粉體球化劑較塊狀球化劑而 言，石墨的球化效果更好，石墨大部分呈球狀分布，只有很少量呈團狀，石墨球細小均勻，圓 整度和分散性有明顯改善，從而球墨鑄鐵的各項力學性能也得到顯著提高。但是由于球化 劑和孕育劑本身密度較小，制成超微粉體后，反應中更容易上浮，并且粉體球化劑在鐵液中 更容易劇烈燃燒，為了讓粉體球化劑和粉體孕育劑能夠在鐵液中均勻吸收并減緩溶解速 度，采用鋼板對粉體球化劑和粉體孕育劑進行包裹制成球狀球化劑和球狀孕育劑。作為優 選，上述鋼板選用冷乳低碳鋼，因為冷乳低碳鋼不會影響鐵液的化學成分，也不會對球化孕 育處理過程中的球化孕育效果造成影響。 本專利技術在進行球化孕育處理時，因為球化劑和孕育劑超微粉體的特性，其吸收率 顯著提高，球化劑和孕育劑的使用量較塊狀球化劑有很大幅度的減少，可大幅節省生產成 本，并且大大減少了鎂的燒損和球化處理中的閃光與煙霧，顯著改善工作環境，保障操作工 人的身體健康。 為了進一步提高球化和孕育效果，本專利技術改進了球化劑和孕育劑的放置方法，從 下到上形成第一層球化孕育劑-第二層球化孕育劑-第三層孕育劑的形式，在下面兩層孕 育劑和球化劑同層放置，使球化和孕育處理基本上同時進行，提高了處理效果。并且球化劑 和孕育劑一次性放入，操作方便。本專利技術在第一層球化孕育劑和第二層球化孕育劑上包覆 有一層特殊的覆蓋劑，因為鐵液熔化覆蓋劑需要一定的時間，所以延緩了球化劑的起爆時 間，使鐵液的液面得以上升，球化劑和孕育劑上浮的路徑延長，在上浮過程中反應的時間較 長，從而提高球化劑的吸收率。由于覆蓋劑延緩作用，鐵液也可一次性澆入球化包，操作更 加方便簡單，避免了傳統沖入法對于工人的操作技能要求高，如果出鐵溫度高或者鐵液直 接沖在球化劑上，很容易造成球化不良的缺點；另外取消了灰鐵鐵肩的覆蓋，由于覆蓋所用 灰鐵轉肩往往含錳、磷、硫及其它微量元素較高，可導致球化衰退和性能不穩定。 作為優選，所述球化劑包括以下質量百分比的組分：42-44%Si，7. 5-8. 0%Mg， 5-10%0&，1-3%1?，其余為？6及不可避免的微量元素。孕育劑采用硅鐵合金孕育劑。本 專利技術根據上述鑄鐵原料選用配比合理高效的球化元素制成復配球化劑，球化劑中Mg含量 較高，可有效去除鐵液中的氧、硫元素，輔以稀土元素和Ca元素，可緩解Mg過于激烈的反 應。由于本專利技術采用上述特殊的球化處理方法，因此可選用較低配比的稀土含量，有利于降 低成本。 作為優選，所述球狀球化劑和球狀孕育劑中包裹超微粉體的鋼板的厚度不一，其 厚度范圍為3-9mm。本專利技術所使用的球狀球化劑和球狀孕育劑本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種球墨鑄鐵的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟，熔煉：將質量比為100:30:(60?65):(22?26):(12?15)的焦炭、石灰石、生鐵、回爐鋼和廢鋼加入到熔煉爐中熔煉為鐵液；球化孕育處理：先將球化劑和孕育劑分別制成粒徑5?30μm的超微粉體，再將超微粉體球化劑和超微粉體孕育劑分別用鋼板包裹制成直徑9?15mm的球狀球化劑和球狀孕育劑，然后在球化包底一側放入第一層球化孕育劑，在第一層球化孕育劑外包覆第一層覆蓋劑，在第一層覆蓋劑上方覆蓋第二層球化孕育劑，在第二層球化孕育劑外包覆第二層覆蓋劑，在第二層覆蓋劑的上方覆蓋第三層孕育劑，澆入鐵液進行球化和孕育處理；澆注：將球化孕育處理后的鐵液澆注為球墨鑄鐵半成品；熱處理：采用表面淬火的方式對球墨鑄鐵半成品進行熱處理，即可制得球墨鑄鐵。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：俞光杰，李建國，劉銳，
申請(專利權)人：寧波康發鑄造有限公司，
類型：發明
國別省市：浙江;33