[發明專利]改變灰鑄鐵初生奧氏體生長形貌的變質劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201210401649.5
• 申請日: 2012-10-21
• 公開（公告）號: CN102888485A
• 公開（公告）日: 2013-01-23
• 發明（設計）人: 王金國;姜啟川;逄偉;杭新;劉國懿;張鳳山;侯駿
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: C21C1/08
• 分類號: C21C1/08;C22C33/08
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 朱世林;王壽珍

技術領域

本發明涉及一種改變灰鑄鐵初生奧氏體生長形貌的變質劑，用于改變亞共晶灰鑄鐵在凝固過程中析出初生奧氏體的生長方式，得到縱橫交錯的空間網絡狀初生奧氏體，從而達到制約灰鑄鐵共晶凝固的發展，得到細小彎曲的石墨組織，以提高灰鑄鐵的力學性能。

背景技術

由于灰鑄鐵有良好的耐磨性、減震性以及切削加工性能，其在鑄造生產中有著非常廣泛的應用，尤其是在汽車行業的應用。大馬力發動機的缸體以及缸蓋大多使用高強度灰鑄鐵為材質，而一般發動機材質也大量使用灰鑄鐵，據統計，1995年世界主要汽車公司生產的265.2萬噸發動機缸體以及缸蓋鑄件中，灰鑄鐵材質的缸體鑄件占93.4％。2006年世界9136.8萬噸鑄鐵鑄件中，灰鑄鐵鑄件產量為4253.9萬噸，我國生產的灰鑄鐵鑄件占世界總量的32.7％。可見，雖然灰鑄鐵由于強度等問題，受到球墨、蠕墨鑄鐵、有色金屬以及塑料等的強力競爭，但是需求量依然很大。

長期以來，國內外學者和專家為了提高灰鑄鐵的強度開展了大量、系統的研究工作，其途徑如下：(1)降低碳當量，提高灰鑄鐵抗拉強度。但存在鑄造工藝性能變差；白口傾向增大，難以加工；應力大，容易產生裂紋；鐵液收縮大，易產生縮松，造成滲漏；鑄件斷面敏感性高，容易產生廢品等關鍵理論與技術難題。(2)對高碳當量灰鑄鐵進行合金化(加入Mo、Ni等)，但由于世界范圍內Mo、Ni等價格的快速升高，存在成本高和加工性能較差的關鍵理論與技術難題，制約了產品在市場中的競爭力。

普遍認為，灰鑄鐵組織中的石墨形態、尺寸、數量等特征對灰鑄鐵的力學性能、切削加工性能有著至關重要的影響，控制灰鑄鐵組織中的石墨特征即能夠獲得所需的灰鑄鐵性能。

對于亞共晶灰鑄鐵，其凝固過程首先在液態中析出初生奧氏體，隨著凝固溫度的降低，初生奧氏體枝晶不斷長大，當溫度降低到共晶溫度時，尚未凝固的液相開始發生石墨與共晶奧氏體的共晶反應，凝固組織為石墨與共晶奧氏體所組成的共晶團。此時的凝固組織為初生奧氏體+共晶奧氏體+石墨。隨著溫度的繼續降低，灰鑄鐵組織中的奧氏體轉變為珠光體或珠光體+鐵素體。

如果在灰鑄鐵凝固過程中控制初生奧氏體的生長，使初生奧氏體呈空間網絡發展，則能夠限制共晶凝固過程中石墨的生長，有利于獲得形狀彎曲、尺寸細小的石墨，從而達到提高灰鑄鐵力學性能的目的。

發明內容

本發明的目的是提供一種加入量少、成本低、工藝簡單的改變灰鑄鐵初生奧氏體生長形貌的變質劑，此種變質劑采用澆包內變質方法，能夠改變亞共晶灰鑄鐵凝固過程中初生奧氏體的生長形貌，形成空間結構復雜的網絡，達到限制共晶石墨的生長空間，得到細小、彎曲的石墨組織，從而提高亞共晶灰鑄鐵強度的目的。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種用于改變灰鑄鐵初生奧氏體生長形貌的變質劑，包括質量百分比10％～20％的釩、3％～5％的氮、10％～20％的硅、2％～5％的鈣、2％～5％的鉻，余量為鐵。

一種用于改變灰鑄鐵初生奧氏體生長形貌的變質劑的制備方法，是將含有釩、氮、鉻、硅、鈣元素的鐵合金混合、熔煉、冷卻后破碎成4～8毫米尺寸的顆粒，采用澆包內變質方法加入灰鑄鐵溶液中。

采用所述的變質劑處理易加工高強度灰鑄鐵，合金成分按質量百分比計：3.19～3.35C、1.90～2.06Si、0.31～0.48Mn、0.013～0.03P、0.075～0.09S、0.46～0.66Cu、0.18～0.35Cr，采用500Kg工頻熔煉爐熔煉，熱電偶測溫，鐵水出爐溫度1530℃，澆包內孕育及變質，充分攪拌后在樹脂砂型中澆注抗拉強度測定及組織分析試樣，試樣尺寸Φ30mm×300mm，變質劑加入量為0.45～0.8％。

圖例說明

圖1實施例1試驗灰鑄鐵A初生奧氏體組織。

圖2實施例1試驗灰鑄鐵B初生奧氏體組織。

圖3實施例1試驗灰鑄鐵C初生奧氏體組織。

圖4實施例1試驗灰鑄鐵D初生奧氏體組織。

圖5實施例2試驗灰鑄鐵A石墨組織。

圖6實施例2試驗灰鑄鐵B石墨組織。

圖7實施例2試驗灰鑄鐵C石墨組織。

圖8實施例2試驗灰鑄鐵階梯試樣試樣厚度與硬度的關系

具體實施方式

1、采用500Kg工頻熔煉爐熔煉，熱電偶測溫，鐵水出爐溫度1530℃，澆包內孕育及變質，充分攪拌后在樹脂砂型中澆注抗拉強度測定及組織分析試樣，試樣尺寸Φ30mm×300mm。變質劑加入量為0.3％～0.6％。試驗合金成分如表1所示。