專利名稱：球墨鑄鐵型內(nèi)孕育塊及其生產(chǎn)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料及工藝，涉及球墨鑄鐵型內(nèi)孕育塊及其生產(chǎn)工藝。
背景技術(shù)：
孕育處理技術(shù)在鑄鐵生產(chǎn)中的重要性早已被人們所認(rèn)識(shí)，它已經(jīng)成為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鑄鐵件的重要環(huán)節(jié)，也是生產(chǎn)薄壁、復(fù)雜、高強(qiáng)度鑄鐵及改善鑄件加工性能的有效措施。孕育劑的作用具有時(shí)效性，即孕育效果隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而減弱，因此孕育劑加入鐵液的時(shí)間越接近鐵液凝固的時(shí)間，其效果就越好，通常采用的孕育技術(shù)為隨流孕育和型內(nèi)孕育。型內(nèi)孕育屬于瞬時(shí)孕育，由于其效果好、操作簡(jiǎn)便、適合于流水線生產(chǎn)而廣泛應(yīng)用。型內(nèi)孕育時(shí)，孕育劑是以孕育塊的形式方在鑄型內(nèi)，在澆注時(shí)隨鐵水的流入而逐漸熔化，溶解在鐵水中起到孕育作用。型內(nèi)孕育工藝所使用的孕育塊，有粘結(jié)成型、粉末冶金成型和鑄造成型三大類，各種成型工藝各有優(yōu)缺點(diǎn)。
粘結(jié)成型的孕育塊采用顆粒狀的孕育劑，具有成型工藝簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。在成型過(guò)程中多采用有機(jī)粘結(jié)劑，如石蠟、聚乙烯醇(PVA)、硬脂酸等，實(shí)驗(yàn)證明，在澆注過(guò)程中，有機(jī)粘結(jié)劑或分解汽化，使孕育塊強(qiáng)度降低，容易在鐵水的沖刷作用下潰散，造成溶解不均勻，產(chǎn)生“亮點(diǎn)”缺陷；或在孕育劑顆粒表面形成碳化層，阻礙金屬液與孕育塊的反應(yīng)，造成不孕育。有的采用無(wú)機(jī)粘結(jié)劑，如水玻璃，在成型過(guò)程中，水玻璃易與硅鐵顆粒反應(yīng)，形成化合物層，阻礙先充型的鐵水與孕育劑的反應(yīng)，造成孕育滯后。
普通鑄造孕育塊是硅鐵液經(jīng)過(guò)高溫熔煉和凝固過(guò)程形成的，組織致密，其優(yōu)點(diǎn)是便于調(diào)整孕育塊的化學(xué)成分，適合不同孕育生產(chǎn)的要求。但在成型過(guò)程中，在孕育塊的表面容易形成一層致密的氧化層。在孕育過(guò)程中，氧化層阻礙了金屬液與內(nèi)部的硅鐵發(fā)生反應(yīng)，造成先充型的金屬液得不到孕育，造成孕育滯后；而當(dāng)氧化層破壞后，內(nèi)部新鮮致密的硅鐵表面與金屬液反應(yīng)速度較快，使金屬液的孕育程度增大，當(dāng)澆注時(shí)間較長(zhǎng)的情況下，后續(xù)的金屬液可能由于孕育塊已溶解完畢而造成孕育不足，從而使鑄件不同澆注時(shí)間充型的金屬液孕育不均勻。
粉末冶金成型的孕育塊具有良好的孕育效果，但成本較高，在生產(chǎn)中應(yīng)用較少。
為了保證孕育的均勻性，滿足生產(chǎn)的需要，必須合理設(shè)計(jì)孕育塊的化學(xué)成分，降低致密度，表面無(wú)氧化膜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的孕育塊熔點(diǎn)高、致密度高、孕育不均勻或是不孕育的問(wèn)題，提出一種用于鑄態(tài)鐵素體球鐵生產(chǎn)的溶解均勻的孕育塊及其制造方法。
一種球墨鑄鐵型內(nèi)孕育塊，主要原材料為硅鐵，同時(shí)加入稀土及低熔點(diǎn)元素，其特征在于所述組分的重量百分比為Si占55～70％；RE占0.5～5％；低熔點(diǎn)元素占2～10％；其余為鐵。其生產(chǎn)工藝為A、采用中頻感應(yīng)電爐熔煉，將物料按相應(yīng)的比例稱重并順序加入進(jìn)行熔煉，熔煉溫度在1600～1650℃；B、采用濕型粘土砂疊箱立澆造型；C、用珍珠巖擋渣，快澆；D、澆注完后，待孕育塊冷卻到300～500℃后，打箱清理孕育塊，進(jìn)行表面噴丸(砂)處理。
本發(fā)明合理設(shè)計(jì)孕育塊化學(xué)成分，在孕育塊中加入稀土、鎂、鋁等元素，降低了孕育塊的熔點(diǎn)，有利于孕育塊與鐵水的反應(yīng)，并在孕育過(guò)程中防止球化衰退；采用砂型砂疊箱造型，既滿足批量生產(chǎn)的要求，而且降低孕育塊的致密度，使孕育塊在反應(yīng)過(guò)程中逐層溶解，孕育均勻；采用噴丸處理，除去孕育塊表面的高溫氧化膜，減少了鐵水與孕育塊接觸反應(yīng)時(shí)間，保證先充型的鐵水得到充分孕育；適用于鑄態(tài)鐵素體球鐵生產(chǎn)，可以直接生產(chǎn)鑄態(tài)鐵素體球鐵件，而不用熱處理。


圖1為應(yīng)用本發(fā)明制作的孕育塊生產(chǎn)鑄件的金相組織照片。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的球墨鑄鐵型內(nèi)孕育塊，主要原材料為硅鐵，同時(shí)加入稀土及低熔點(diǎn)元素，其中各組分的重量百分比為Si占55～70％；RE占0.5～5％；低熔點(diǎn)元素占2～10％；其余為鐵。由于通常采用的孕育劑的主要原材料為硅鐵，其熔點(diǎn)在1310～1330℃，而工業(yè)生產(chǎn)中鐵水的澆注溫度一般在1330～1380℃，這樣由于硅鐵的熔點(diǎn)較高而不利于硅鐵熔化，從而影響孕育效果。降低硅鐵合金的熔點(diǎn)是保證孕育均勻的一個(gè)重要措施。在硅鐵的基礎(chǔ)上，加入稀土和低熔點(diǎn)元素到孕育劑中可以降低硅鐵合金的熔點(diǎn)，有利于孕育劑的熔化，其中低熔點(diǎn)元素包括鎂、鋁等元素。在低熔點(diǎn)元素選用鎂、鋁時(shí)的具體成分如下(重量百分?jǐn)?shù))Si為55～70％；Al為1.5～5％；RE為0.5～5％；Mg為0.5～5％；其余為鐵。
按上述配比，采用鑄造成型工藝，并按照以下工藝步驟進(jìn)行A、熔煉采用中頻感應(yīng)電爐熔煉，將物料按相應(yīng)的比例稱重并順序加入進(jìn)行熔煉，熔煉溫度在1600～1650℃。
原材料75硅鐵——按GB2277-87要求稀土鎂硅鐵——含43.2％Si，5～18％RE，7～19％Mg，2％Ca，其余為鐵工業(yè)純鋁——工業(yè)純生鐵——按GB 718-82要求，選用T10生鐵將75硅鐵、稀土鎂硅鐵、工業(yè)純鋁、生鐵按100∶8～12∶2～6∶0.5～3的比例加入，物料加入順序先加入75硅鐵進(jìn)行熔煉，在75硅鐵完全熔化后加入稀土鎂硅鐵加熱熔化后再加入工業(yè)鋁和生鐵調(diào)整成分。
在物料熔化后，要注意將熔渣扒凈。
B、造型采用濕型粘土砂疊箱立澆造型，這樣由于砂型強(qiáng)度較低，并且砂型中含有水分，在金屬液充型、凝固過(guò)程中，砂型中的水分在高溫下汽化分解，進(jìn)入到金屬液中，使孕育塊中氣孔增多，致密度降低，增加硅鐵表面，在與鐵水反應(yīng)時(shí)不至于非常劇烈，從而保證溶解過(guò)程均勻性。
C、澆注由于硅鐵液的流動(dòng)性較差，在澆注時(shí)應(yīng)采用快澆，以保證金屬液充型完整，同時(shí)避免金屬與空氣的接觸，以減少氧化。在澆注過(guò)程中采用珍珠巖擋渣，阻止包內(nèi)硅鐵液表面的氧化物進(jìn)入型腔。
D、清理澆注完后，待孕育塊冷卻到300～500℃后，打箱清理孕育塊。然后將清理出的孕育塊進(jìn)行表面噴丸(砂)處理，通過(guò)表面噴丸，孕育塊表面的致密的高溫氧化膜被除去，這樣在型內(nèi)孕育過(guò)程中，鐵水不需要破壞孕育塊表面的氧化膜就可以直接與硅鐵反應(yīng)，縮短了孕育塊與鐵水接觸反應(yīng)時(shí)間，保證先充型的鐵水得到充分孕育。
下面結(jié)合具體實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明零件為鋼板彈簧支架要求鐵素體的含量不小于85％，其化學(xué)成分為C為3.6～3.8％，Si為2.4～2.6％，Mn＜0.3％，S、P＜0.05％。
采用隨流孕育，鑄件需要進(jìn)行熱處理才能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但廢品率較高。
采用3噸沖天爐熔煉鐵水，出爐溫度1460～1480℃，采用250公斤澆包，進(jìn)行沖入法包內(nèi)球化，使用稀土鎂球化劑(Mg5～8％，RE3～5％，Si40.3％)，球化劑加入量占鐵水重量的1.7％；采用二次孕育工藝，在轉(zhuǎn)包時(shí)加入占鐵水重量的0.3％的75硅鐵孕育，澆注時(shí)采用本發(fā)明的孕育塊進(jìn)行型內(nèi)孕育，孕育塊重量為70克，占鑄型鐵水重量的0.125％，孕育塊的化學(xué)成分為(重量百分?jǐn)?shù))55～70％的Si，1.5～5％的Al，0.5～5％的RE，0.5～5％的Mg，其余為鐵。澆注時(shí)間為8～12秒，共計(jì)澆注了17000箱鑄件，均無(wú)白口，鑄件硬度小于HB200，鑄態(tài)鐵素體含量大于85％，金相組織照片如圖1。在生產(chǎn)工藝中減少了熱處理工序。
權(quán)利要求
1.一種球墨鑄鐵型內(nèi)孕育塊，主要原材料為硅鐵，同時(shí)加入稀土及低熔點(diǎn)元素，其特征在于所述組分的重量百分比為Si占55～70％； RE占0.5～5％；低熔點(diǎn)元素占2～10％；其余為鐵。
2.如權(quán)利要求1所述的球墨鑄鐵型內(nèi)孕育塊，其特征在于所述低熔點(diǎn)元素包括鎂、鋁等元素。
3.如權(quán)利要求2所述的球墨鑄鐵型內(nèi)孕育塊，其特征在于所述低熔點(diǎn)元素為鎂、鋁時(shí)各組分重量百分比為Si為55～70％；Al為1.5～5％；RE為0.5～5％；Mg為0.5～5％；其余為鐵。
4.如權(quán)利要求1所述的球墨鑄鐵型內(nèi)孕育塊的生產(chǎn)工藝為A、采用中頻感應(yīng)電爐熔煉，將物料按相應(yīng)的比例稱重并順序加入進(jìn)行熔煉，熔煉溫度在1600～1650℃；B、采用濕型粘土砂疊箱立澆造型；C、用珍珠巖擋渣，快澆；D、澆注完后，待孕育塊冷卻到300～500℃后，打箱清理孕育塊，進(jìn)行表面噴丸(砂)處理。
5.如權(quán)利要求4所述的球墨鑄鐵型內(nèi)孕育塊的生產(chǎn)工藝，其特征在于所述物料的比例為75硅鐵、稀土鎂硅鐵、工業(yè)純鋁、生鐵按100∶8～12∶2～6∶0.5～3的比例加入。
6.如權(quán)利要求4所述的球墨鑄鐵型內(nèi)孕育塊的生產(chǎn)工藝，其特征在于所述物料加入順序是先加入75硅鐵進(jìn)行熔煉，在75硅鐵完全熔化后加入稀土鎂硅鐵加熱熔化后再加入工業(yè)鋁和生鐵調(diào)整成分。
全文摘要
本發(fā)明屬于金屬材料及工藝，涉及球墨鑄鐵型內(nèi)孕育塊及其生產(chǎn)工藝。該球墨鑄鐵型內(nèi)孕育塊，主要原材料為硅鐵，同時(shí)加入稀土及低熔點(diǎn)元素，其特征在于所述組分的重量百分比為Si占55～70％；RE占0.5～5％；低熔點(diǎn)元素占2～10％；其余為鐵。其生產(chǎn)工藝為A、采用中頻感應(yīng)電爐熔煉，將物料按相應(yīng)的比例稱重并順序加入進(jìn)行熔煉，熔煉溫度在1600～1650℃；B、采用濕型粘土砂疊箱立澆造型；C、用珍珠巖擋渣，快澆；D、澆注完后，待孕育塊冷卻到300～500℃后，打箱清理孕育塊，進(jìn)行表面噴丸(砂)處理。該孕育塊熔點(diǎn)低，致密度低，孕育均勻，可以不用熱處理直接生產(chǎn)鑄態(tài)鐵素體球鐵件，適用于鑄態(tài)鐵素體球鐵生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C22C33/00GK1410194SQ02139260
公開(kāi)日2003年4月16日 申請(qǐng)日期2002年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月7日
發(fā)明者曾大新, 張?jiān)? 何漢軍, 賴俊傳, 陳勉己 申請(qǐng)人:湖北汽車工業(yè)學(xué)院