專利名稱：含鉍和稀土族的孕育劑產(chǎn)品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于制造薄鑄件的液態(tài)鑄鐵的處理方法，為制造該鑄件需要得到一種不含碳化鐵結(jié)構(gòu)。本發(fā)明具體涉及一種孕育劑產(chǎn)品，該產(chǎn)品以硅鐵為基礎(chǔ)，并含有鉍、鉛和/或銻，以及稀土金屬。
背景技術(shù)：
鑄鐵是一種鑄件制造中常見并廣泛運(yùn)用的鐵碳合金。為使這些鑄件獲得良好機(jī)械性能，需在最后階段得到一種鐵/石墨結(jié)構(gòu)，盡可能避免形成能使合金脆化的Fe3C形式的碳化鐵。
鑄鐵鑄件中的石墨可以任一種以下形式存在層狀形式(灰鑄或?qū)訝钍T鐵，稱為L(zhǎng)G鑄鐵)或球狀形式(球狀石墨鑄鐵或SG鑄鐵)。灰鑄已知時(shí)間最久，用于鑄件制造。由于灰鑄中存在層狀石墨而帶來的低韌性，灰鑄只能用于所受應(yīng)力不高的鑄件；而球狀石墨鑄鐵自1945年發(fā)明后較多應(yīng)用于受較高應(yīng)力的機(jī)械部位。
無論使用LG鑄鐵還是SG鑄鐵，鑄造工的技術(shù)目的是為了促進(jìn)在液體鑄鐵固化時(shí)其中石墨的出現(xiàn)，眾所周知，鑄鐵固化越快，鑄鐵中所含碳以碳化鐵Fe3C形式出現(xiàn)的機(jī)率越大。這樣就解釋了在制造碳化鐵含量低的薄鑄鐵時(shí)遇到的困難。
為了解決這一問題，液體鑄鐵必須通過添加一種鐵合金經(jīng)受稱為“孕育”的處理。所述的鐵合金(一般為硅鐵)一旦溶解，能引起局部出現(xiàn)瞬間結(jié)晶核，這些核體促進(jìn)稱作“初生石墨”物質(zhì)的沉淀，因?yàn)檫@是液體介質(zhì)中首先出現(xiàn)的固體。
孕育劑的效力可以通過在標(biāo)準(zhǔn)化淬火硬化試件上測(cè)得的淬火硬化深度，或通過液體鑄鐵中生成的結(jié)晶核的密度來確定。該密度的測(cè)定可通過使鑄鐵經(jīng)受球化處理，從而在固化作用中石墨以球狀形式出現(xiàn)，對(duì)所得鑄件進(jìn)行顯微鏡鏡檢，就能給出與核密度相應(yīng)的石墨球密度。
現(xiàn)有技術(shù)中最有效的孕育劑中，尤其要提到以“Sphérix”品名銷售的合金，公開于法國(guó)專利FR2511044(Nobel-Bozel)和歐洲專利EP0816522(以本申請(qǐng)人名義)。這些合金大約含72％硅、0.8-1.3％鉍、0.4-0.7％稀土族，1.5％鈣和1％鋁，余量為鐵。
這些合金尤其較好地適用于處理用于制造具厚度較小部位的鑄件的鑄鐵；然而我們發(fā)現(xiàn)在薄的部位石墨球密度有所增加，這會(huì)損害鑄件的結(jié)構(gòu)均一性。
而這類合金的機(jī)械性能和穩(wěn)定性可能產(chǎn)生一些問題。這是因?yàn)?，固態(tài)中這類合金不可避免地具有Bi2Ca3相，該相在FeSi相的晶界聚集。由于該相是一種金屬間復(fù)合物并且接觸水時(shí)會(huì)反應(yīng)，所以該相易在合金接觸濕氣時(shí)分解。于是觀察到合金的晶粒分解伴隨著許多細(xì)小晶粒的產(chǎn)生，一般粒徑小于200微米。對(duì)于合金或可添加的鍶或鋇，只會(huì)增加這種趨勢(shì)。
歐洲專利EP0816522通過對(duì)合金添加0.3-3％鎂，提供了一種解決這個(gè)問題的方法，具有使鉍進(jìn)入鉍-鈣-鎂三元相的效果，該三元相遇水時(shí)比Bi2Ca3相更為穩(wěn)定。已有實(shí)驗(yàn)證實(shí)，添加了鎂的“Sphérix”型合金與不含鎂的合金相比，其晶粒穩(wěn)定性確實(shí)較佳。但是也遇到晶粒穩(wěn)定性隨著時(shí)間變差的情況，其具體原因尚不清楚。
本發(fā)明的目的是為了彌補(bǔ)這些缺點(diǎn)，并提供較現(xiàn)有技術(shù)中的孕育劑更為有效、隨著時(shí)間呈現(xiàn)出更好晶粒穩(wěn)定性的孕育劑。
發(fā)明主題本發(fā)明的主題是一種用于處理液體鑄鐵的孕育劑混合物，含有5-75％的至少一種的硅鐵基A型合金，其中Si/Fe＞2，含0.005-3％的稀土族(RE)，0.005-3％鉍、鉛和/或銻，以及少于3％的鈣，其中(Bi+Pb+Sb)/RE比值在0.9-2.2；含有25-95％B型金屬的至少一種，其根據(jù)硅或硅鐵計(jì)算Si/Fe＞2，其所含的含鈣使得混合物中鈣的總量為0.3-3％。
合金A也可含有鎂，含量在0.3％到3％之間。合金A的鉍含量?jī)?yōu)選0.2％到0.6％，鈣含量?jī)?yōu)選小于2％，更優(yōu)選小于0.8％。優(yōu)選鑭占合金A中稀土族總量的70％以上。優(yōu)選合金B(yǎng)含有小于0.01％的鉍、鉛和/或銻?；旌衔锏目傗}量?jī)?yōu)選有75-95％，更優(yōu)選80-90％來自合金B(yǎng)?；旌衔锏目傘G含量?jī)?yōu)選為0.05-0.3％，其稀土族總含量為0.04-0.15％，其氧的總含量小于0.2％。
發(fā)明詳述為了提高產(chǎn)品的晶粒穩(wěn)定性和隨著時(shí)間所展現(xiàn)的特性，本發(fā)明申請(qǐng)人所進(jìn)行的試驗(yàn)顯示，用一種合金混合物替代“Sphérix”型合金的益處在于得到一種幾乎相同的總體組合物，該合金混合物含第一，同類的合金A，優(yōu)選更低的含鈣量，一般小于2％或甚至小于0.8％；以及第二，硅鐵基的合金B(yǎng)，其硅含量?jī)?yōu)選70％到80％之間，幾乎不含鉍(一般小于0.01％)，但卻具有更高的鈣含量，使得這兩種合金的混合物重新是常規(guī)合金的組成。
合金B(yǎng)可以是一種硅鈣合金，硅含量為54-68％，鈣含量為25-42％。
此混合物合金的晶?？梢孕∮?毫米，或是顆粒粒徑小于2.2毫米的粉末。
關(guān)于晶粒穩(wěn)定性，這類混合物已經(jīng)證明是比EP0816522中公開的合金更為有效的解決方式，因?yàn)樗艽_保鑄件晶粒隨著時(shí)間是穩(wěn)定的。具體是可以確保晶粒分解因子，定義為在鑄件接觸水24小時(shí)后，產(chǎn)生小于200微米的晶粒所占的重量百分?jǐn)?shù)小于10％并優(yōu)選小于5％，甚至在保存時(shí)間超過一年后，仍然為此，該性能是現(xiàn)有技術(shù)的合金絕對(duì)無法達(dá)到的。
此外，意外地發(fā)現(xiàn)該混合物的孕育性略高于對(duì)應(yīng)組成的合金，以至于鑄鐵的添加孕育劑處理可以以活性成份——即鉍和稀土族——比常規(guī)合金作為孕育劑時(shí)略低的量來進(jìn)行。還觀察到，鉍含量越低，混合物和對(duì)應(yīng)組成合金的孕育性能越是不同。
于是，由于“Sphérix”型合金特別是以往用來處理用于制造薄鑄件的鑄鐵，因此使用一種具有相對(duì)較低鉍含量的合金而避免增加薄的區(qū)域的石墨球密度、同時(shí)并不減小合金的孕育性能，會(huì)更為有利。
因此，當(dāng)其鉍含量小于0.6％，孕育劑混合物能提供比常規(guī)合金更淺的淬火硬化深度，并能防止鑄件中最薄部位的石墨球密度過分增高。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1制備了10爐批“Spherix”型孕育劑合金，其組成(按％計(jì))列入表1，晶粒范圍為0.2-0.7毫米
表1

這些產(chǎn)品用來制備下列孕育劑混合物-孕育劑混合物K，含有500克E和500克I；-孕育劑混合物L(fēng)，含有250克E和750克H；-孕育劑混合物M，含有125克E和875克H；-孕育劑混合物N，含有50克E和950克H；-孕育劑混合物O，含有125克E和875克J；-孕育劑混合物P，含有50克E和950克I。
實(shí)施例2對(duì)來自爐批A至F、K和L的樣品在20℃直接接觸水24小時(shí)的前后，分別進(jìn)行小于200微米的晶粒粒徑重量百分?jǐn)?shù)測(cè)定。
結(jié)果列入表2表2

實(shí)施例3將一批新鮮鑄鐵的爐料在感應(yīng)爐內(nèi)熔化，并使用含5％鎂、1％鈣和0.56％稀土族的FeSiMg合金，該合金加入量為鑄鐵1600千克中加入25千克，用Tundish Cover法進(jìn)行處理。
該液體鑄鐵組成如下C＝3.5％；Si＝1.7％；Mn＝0.08％；P＝0.02％；S＝0.003％。
該鑄鐵通過每噸鑄鐵使用1千克用量的合金B(yǎng)進(jìn)行噴射法施加孕育劑處理。它用于制造一塊24毫米厚度的板，在其垂直位置具有6枚翼層，厚度2毫米。
觀測(cè)到的石墨球密度在24毫米厚度區(qū)域內(nèi)部為487/毫米2，在6毫米厚度區(qū)域內(nèi)部為1076/毫米2，在2毫米厚度區(qū)域內(nèi)部為1283/毫米2。
實(shí)施例4重復(fù)前面的實(shí)施例，通過對(duì)每噸鑄鐵使用1千克用量的合金B(yǎng)進(jìn)行噴射法施加孕育劑處理。
這種液體鑄鐵用于制造一個(gè)24毫米厚度的板塊，其垂直位置具有6枚翼層，厚度2毫米。
觀測(cè)到的石墨球密度在24毫米厚度區(qū)域內(nèi)部為304/毫米2，在6毫米厚度區(qū)域內(nèi)部為631/毫米2，在2毫米厚度區(qū)域內(nèi)部為742/毫米2。
實(shí)施例5實(shí)施例3的試驗(yàn)在同樣條件下重復(fù)，但鑄鐵通過每噸鑄鐵使用1千克用量的合金G進(jìn)行噴射法施加孕育劑處理。
這種液體鑄鐵用于制造一個(gè)24毫米厚度的板塊，其垂直位置具有6枚翼層，厚度2毫米。
觀測(cè)到的石墨球密度在24毫米厚度區(qū)域內(nèi)部為209/毫米2，在6毫米厚度區(qū)域內(nèi)部為405/毫米2，在2毫米厚度區(qū)域內(nèi)部為470/毫米2。
在實(shí)施例3、4和5中發(fā)現(xiàn)，孕育劑效力隨著其鉍含量而迅速下降，且所得鑄鐵在薄的部位結(jié)構(gòu)總是更細(xì)致。
實(shí)施例6
實(shí)施例3的試驗(yàn)在同樣條件下重復(fù)，但鑄鐵通過每噸鑄鐵使用1千克用量的孕育劑混合物K進(jìn)行噴射法施加孕育劑處理。
這種液體鑄鐵用于制造一個(gè)24毫米厚度的板塊，其垂直位置具有6枚翼層，厚度2毫米。
觀測(cè)到的石墨球密度在24毫米厚度區(qū)域內(nèi)部為343/毫米2，在6毫米厚度區(qū)域內(nèi)部為705/毫米2，在2毫米厚度區(qū)域內(nèi)部為828/毫米2。
實(shí)施例7實(shí)施例4的試驗(yàn)在同樣條件下重復(fù)，但鑄鐵通過每噸鑄鐵使用1千克用量的孕育劑混合物L(fēng)進(jìn)行噴射法施加孕育劑處理。
這種液體鑄鐵用于制造一個(gè)24毫米厚度的板塊，其垂直位置具有6枚翼層，厚度2毫米。
觀測(cè)到的石墨球密度在24毫米厚度區(qū)域內(nèi)部為269/毫米2，在6毫米厚度區(qū)域內(nèi)部為518/毫米2，在2毫米厚度區(qū)域內(nèi)部為600/毫米2。
實(shí)施例8實(shí)施例5的試驗(yàn)在同樣條件下重復(fù)，但鑄鐵通過每噸鑄鐵使用1千克用量的孕育劑混合物M進(jìn)行噴射法施加孕育劑處理。
實(shí)施例6的試驗(yàn)在同樣條件下重復(fù)，但鑄鐵通過每噸鑄鐵使用1千克用量的孕育劑混合物M代替孕育劑混合物L(fēng)進(jìn)行噴射法施加孕育劑處理。
這種液體鑄鐵用于制造一個(gè)24毫米厚度的板塊，其垂直位置具有6枚翼層，厚度2毫米。
觀測(cè)到的石墨球密度在24毫米厚度區(qū)域內(nèi)部為234/毫米2，在6毫米厚度區(qū)域內(nèi)部為425/毫米2，在2毫米厚度區(qū)域內(nèi)部為486/毫米2。
實(shí)施例3、4、5和實(shí)施例6、7、8的對(duì)照列入表3。
表3

該表顯示1)混合物效力隨鉍含量而下降，但較同樣組成的合金更緩慢；2)在薄部位每平方毫米增加的球數(shù)量(合金情況下十分高)在混合物的情況下少得多。
實(shí)施例9重復(fù)實(shí)施例7的試驗(yàn)，每噸鑄鐵使用1.5千克用量的孕育劑混合物L(fēng)進(jìn)行噴射法施加孕育劑處理。
這種液體鑄鐵用于制造一個(gè)24毫米厚度的板塊，其垂直位置具有6枚翼層，厚度2毫米。
觀測(cè)到的石墨球密度在24毫米厚度區(qū)域內(nèi)部為309/毫米2，在6毫米厚度區(qū)域內(nèi)部為536/毫米2，在2毫米厚度區(qū)域內(nèi)部為607/毫米2。
實(shí)施例10實(shí)施例8的試驗(yàn)，每噸鑄鐵使用1.5千克用量的孕育劑混合物M進(jìn)行噴射法施加孕育劑處理。
這種液體鑄鐵用于制造一個(gè)24毫米厚度的板塊，其垂直位置具有6枚翼層，厚度2毫米。
觀測(cè)到的石墨球密度在24毫米厚度區(qū)域內(nèi)部為266/毫米2，在6毫米厚度區(qū)域內(nèi)部為440/毫米2，在2毫米厚度區(qū)域內(nèi)部為491/毫米2。
實(shí)施例11重復(fù)實(shí)施例9的試驗(yàn)每噸鑄鐵使用1.5千克用量的孕育劑混合物N進(jìn)行噴射法施加孕育劑處理。
這種液體鑄鐵用于制造一個(gè)24毫米厚度的板塊，其垂直位置具有6枚翼層，厚度2毫米。
觀測(cè)到的石墨球密度在24毫米厚度區(qū)域內(nèi)部為247/毫米2，在6毫米厚度區(qū)域內(nèi)部為383/毫米2，在2毫米厚度區(qū)域內(nèi)部為422/毫米2。
實(shí)施例6、7、8、9和實(shí)施例10和11的比較列入表4。
表4

該表顯示1)在采用更小鉍用量的同時(shí)，增加孕育劑用量，至少能部分補(bǔ)償孕育劑中鉍含量所降低的效力；2)使用更小鉍含量的更多孕育劑，也減小了相對(duì)鑄件厚度每平方毫米石墨球數(shù)量的靈敏度。
實(shí)施例12重復(fù)實(shí)施例10的試驗(yàn)每噸鑄鐵使用1.5千克用量的孕育劑混合物0進(jìn)行噴射法施加孕育劑處理。
這種液體鑄鐵用于制造一個(gè)24毫米厚度的板塊，其垂直位置具有6枚翼層，厚度2毫米。
觀測(cè)到的石墨球密度在24毫米厚度區(qū)域內(nèi)部為273/毫米2，在6毫米厚度區(qū)域內(nèi)部為457/毫米2，在2毫米厚度區(qū)域內(nèi)部為517/毫米2。
實(shí)施例13重復(fù)實(shí)施例11的試驗(yàn)每噸鑄鐵使用1.5千克用量的孕育劑混合物P進(jìn)行噴射法施加孕育劑處理。
這種液體鑄鐵用于制造一個(gè)24毫米厚度的板塊，其垂直位置具有6枚翼層，厚度2毫米。
觀測(cè)到的石墨球密度在24毫米厚度區(qū)域內(nèi)部為260/毫米2，在6毫米厚度區(qū)域內(nèi)部為410/毫米2，在2毫米厚度區(qū)域內(nèi)部為459/毫米2。
實(shí)施例12和13顯示，在一個(gè)混合使用多種孕育劑，包括甚至鉍含量少的孕育劑，能相當(dāng)程度地降低由于鑄鐵鑄件具有厚度十分不同的部位而導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)不一致性。
權(quán)利要求
1.一種孕育劑混合料，用于處理鑄鐵，含5-75％質(zhì)量、至少一種的A型合金，根據(jù)硅鐵計(jì)算Si/Fe＞2，含0.005-3％質(zhì)量的稀土族(RE)，0.05至3％鉍，鉛和/或銻，以及少于3％的鈣；25-95％B型金屬的至少一種，其中(Bi+Pb+Sb)/RE比值在0.9-2.2，根據(jù)硅或硅鐵計(jì)算，Si/Fe＞2，含鈣量為該混合料總鈣含量在0.3-3％之間。
2.如權(quán)利要求1所述的孕育劑混合料，其特征在于所述混合料的晶粒為粒徑小于7mm，或是粒徑小于2.2mm的粉末。
3.如權(quán)利要求1和2中任一項(xiàng)所述的孕育劑混合料，其特征在于合金A含0.3-3％的鎂。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的孕育劑混合料，其特征在于合金A含0.2-0.6％的鉍。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的孕育劑混合料，其特征在于合金A含少于2％的鈣。
6.如權(quán)利要求5所述的孕育劑混合料，其特征在于合金A含少于0.8％的鈣。
7.如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的孕育劑混合料，其特征在于鑭占合金A稀土族中的70％以上。
8.如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的孕育劑混合料，其特征在于合金B(yǎng)含鉍、鉛和/或銻少于0.01％。
9.如權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的孕育劑混合料，其特征在于其鈣總含量的75-95％是由合金B(yǎng)提供的。
10.如權(quán)利要求9所述的孕育劑混合料，其特征在于其鈣總含量的80-90％是由合金B(yǎng)提供的。
11.如權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的孕育劑混合料，其特征在于其鉍總含量為0.05-0.3％。
12.如權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)所述的孕育劑混合料，其特征在于其稀土族總含量為0.04-0.15％。
13.如權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)所述的孕育劑混合料，其特征在于其氧總含量少于0.2％。
14.如權(quán)利要求1-13中任一項(xiàng)所述的孕育劑混合料，其特征在于其產(chǎn)生的鑄件中晶粒分解因子小于10％，該晶粒分解因子定義為接觸20℃水24小時(shí)后出現(xiàn)在0-200微米范圍的晶粒的重量百分?jǐn)?shù)。
15.如權(quán)利要求14所述的孕育劑混合料，其特征在于它的晶粒分解因子小于5％。
16.如權(quán)利要求1-15中任一項(xiàng)所述的孕育劑混合料，其特征在于合金B(yǎng)或合金B(yǎng)中的一種是硅鐵基的，其硅含量為70-80％。
17.如權(quán)利要求1-15中任一項(xiàng)所述的孕育劑混合料，其特征在于合金B(yǎng)中的一種是硅化鈣合金，其硅含量為54-68％，鈣含量為25-42％。
18.如權(quán)利要求1-17中任一項(xiàng)所述孕育劑混合料的用法，用來制造具有厚度小于6毫米的部位的鑄鐵鑄件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于處理熔融鑄鐵的孕育劑混合物，含有5－75％硅鐵基的A型合金，其中Si/Fe＞2，含0.005－3％質(zhì)量的稀土族，0.005－3％鉍、鉛和/或銻，以及少于3％的鈣，其中(Bi+Pb+Sb)/TE比值在0.9－2.2；含有25－95％硅基或硅鐵基B型合金的至少一種，其中根據(jù)硅或硅鐵計(jì)算Si/Fe＞2，含鈣量使得混合物中鈣的總含量占0.3－3％。上述混合物具有良好的晶粒的時(shí)間穩(wěn)定性，能對(duì)鑄件進(jìn)行高效的孕育處理，尤其是對(duì)薄鑄件。
文檔編號(hào)C21C1/00GK1833041SQ200480012964
公開日2006年9月13日 申請(qǐng)日期2004年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月20日
發(fā)明者T·馬爾加里亞, R·西克拉里 申請(qǐng)人:皮奇尼電冶公司