專利名稱：釩鈦蠕墨鑄鐵蠕化處理工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料冶金領(lǐng)域，特別涉及一種蠕墨鑄鐵蠕化處理工藝。
背景技術(shù)：
由于灰鑄鐵具有較好的鑄造性能，被應(yīng)用于多個領(lǐng)域。但是灰鑄鐵制備的產(chǎn)品的 物理力學性能、機械強度、耐低溫性能及抗熱疲勞性能在實用過程中難以令人滿意，且在使 用過程中容易出現(xiàn)熱裂紋和磨損快的現(xiàn)象，造成一定的安全隱患。通過加入合金元素可以 得到高強度合金灰鑄鐵，如英美等國主要采用高C低合金V、Mo灰鑄鐵，俄羅斯等國主要采 用Cr、Ni、Mo合金灰鑄鐵，但由于加入了 Ni、Mo等貴合金元素，使上述合金鑄鐵的生產(chǎn)成本 較高。如國內(nèi)外許多企業(yè)在生產(chǎn)汽車用制動鼓或制動盤時，就主要是采用低合金灰鑄鐵材 質(zhì)。因此，從運營成本及安全性角度出發(fā)，開發(fā)具有機械強度高，導(dǎo)熱性能好，抗熱疲 勞性能優(yōu)良、不易出現(xiàn)熱裂紋、耐低溫等綜合性能優(yōu)良的新型材料來代替灰鑄鐵材料具有 重要的工程應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義。目前鑄鐵的熔煉方法是采用高爐生產(chǎn)鑄造生鐵，然后用沖天爐或電爐二次熔化生 產(chǎn)鑄鐵。在國外，主要采用沖天爐加電爐雙聯(lián)熔煉法，得到優(yōu)質(zhì)鑄造鐵水，形成大批量生產(chǎn)。 在國內(nèi)，大型企業(yè)采用了與國外相同的沖天爐加電爐雙聯(lián)熔煉法生產(chǎn)鑄鐵，還有較多的中 小企業(yè)采用單獨沖天爐熔化生產(chǎn)鑄鐵或電爐熔化生產(chǎn)鑄鐵。沖天爐熔化的鐵水溫度低，生 產(chǎn)的鑄鐵質(zhì)量不高；電爐熔化鐵水溫度高，生產(chǎn)的鑄鐵質(zhì)量高，但是能源消耗量大，成本高。 以上國內(nèi)外的生產(chǎn)模式均存在二次熔化過程。蠕化劑類型的選擇和蠕化劑加入量、加入方法是蠕化處理工藝中兩個關(guān)鍵性問 題。目前使用的蠕化劑主要有鎂系蠕化劑、稀土系蠕化劑和鈣系蠕化劑。鎂系蠕化劑蠕化 能力最強，有自沸騰能力，但其加入范圍較小，且吸收率低；鈣系蠕化劑蠕化能力最弱，其加 入范圍較寬，但反應(yīng)較慢，無自沸騰能力；稀土系蠕化劑的蠕化能力和反應(yīng)速度介于鎂系蠕 化劑和鈣系蠕化劑之間，蠕化能力適中，但無自沸騰能力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種釩鈦蠕墨鑄鐵蠕化處理工藝，利用釩鈦磁鐵礦熔化后 獲得的1320°C 1350°C高溫鐵水直接轉(zhuǎn)入中頻爐進行熔煉，熔煉溫度大于1500°C，節(jié)省了 二次熔化過程，提高了鐵水的質(zhì)量，極大地節(jié)省了能源。且本發(fā)明利用攀枝花的生鐵富含V、 Ti元素的特點，在不加入其它合金元素的情況下，即可制備綜合性能優(yōu)于加入Ni、Mo等合 金元素的鑄造產(chǎn)品，成本相對降低。本發(fā)明中涉及的混合蠕化劑兼有鎂系蠕化劑和稀土蠕 化劑的優(yōu)點，既有自沸騰功能，蠕化劑的加入量范圍也較寬，當含硫量在一定范圍內(nèi)波動時 仍能獲得蠕化率較高的釩鈦蠕墨鑄鐵。本發(fā)明中的蠕化劑加入方法簡單，蠕化工藝穩(wěn)定，效 果顯著。應(yīng)用本發(fā)明蠕化處理工藝生產(chǎn)的釩鈦蠕墨鑄鐵產(chǎn)品性能穩(wěn)定，優(yōu)于普通灰鑄鐵、合 金灰鑄鐵產(chǎn)品的性能。
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根據(jù)本發(fā)明所述的釩鈦蠕墨鑄鐵蠕化處理工藝，包括以下步驟a制備原料，將原料按重量百分比配置為以下組分碳為3. 4 3.9%，硅為2. 1 2. 8%，錳為 0. 5 0. 9%，磷彡 0. 10%，硫彡 0. 07%，釩為 0. 10 0. ；35%，鈦為 0. 10 0. 25%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)；b將釩鈦磁鐵礦熔化后獲得的1320°C 1350°C高溫鐵水直接轉(zhuǎn)入中頻爐進行熔 煉，熔煉溫度大于1500°C ；C鐵水出爐前，將澆注處理包在300 450°C進行烘烤，然后將蠕化劑、2/3孕育劑 和覆蓋劑置于包底搗實；d鐵水爐前成分化驗合格后，于1450°C 1480°C出爐，采用沖入法將鐵水倒入澆 注處理包進行蠕化處理和孕育處理；e蠕化處理時將爐內(nèi)鐵水倒入澆注處理包，先倒入澆注包容量2/3的鐵水，待攪拌 處理均勻后再倒入澆注包容量1/3的鐵水，同時將剩余的1/3孕育劑隨流加入，之后加入覆 蓋劑于鐵水表面，靜置2-aiiin后可用于澆注，澆注溫度為1340°C 1380°C。根據(jù)本發(fā)明所述的釩鈦蠕墨鑄鐵蠕化處理工藝，其中，所述蠕化劑為稀土鎂硅鐵 和稀土硅鐵的混合物，且所述蠕化劑的加入量為鐵水重量的1. 2% 1. 8%。根據(jù)本發(fā)明所述的釩鈦蠕墨鑄鐵蠕化處理工藝，其中，所述蠕化劑由稀土鎂硅鐵 和稀土硅鐵混合而成，其中稀土硅鐵的重量百分比為60% 80%。稀土硅鐵和稀土鎂硅 鐵以細小顆粒狀加入，稀土硅鐵顆粒的粒度為5 10mm，稀土鎂硅鐵顆粒的粒度為10 15mm0根據(jù)本發(fā)明所述的釩鈦蠕墨鑄鐵蠕化處理工藝，其中，所述孕育劑為75SWe，且所 述孕育劑的加入量為鐵水重量的0. 6% 1. 2%。根據(jù)本發(fā)明所述的釩鈦蠕墨鑄鐵蠕化處理工藝，其中，所述覆蓋劑為聚渣覆蓋劑 或草木灰。根據(jù)本發(fā)明所述的釩鈦蠕墨鑄鐵蠕化處理工藝，其中，所述75SWe的粒度為5 IOmm0根據(jù)本發(fā)明所述的釩鈦蠕墨鑄鐵蠕化處理工藝，其中，所述b步驟的熔煉溫度為 1500°C 1560 。
具體實施例方式本發(fā)明的原料按重量百分比配置為以下組分碳為3.4 3.9%，硅為2. 1 2. 8%，錳為 0. 5 0. 9%，磷彡 0. 10%，硫彡 0. 07%，釩為 0. 10 0. ；35 % ；鈦為 0. 10 0. 25%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。其中碳和硅都是強烈促進石墨化的元素。碳和硅含量高，鑄件組織中石墨數(shù)量多。 對耐熱、耐磨性能要求較高的汽車制動鼓等特殊鑄件，組織中要求有一定數(shù)量的石墨，即有 較高碳當量CE，其中CE = C+l/3(Si+P)。提高碳當量有助于減小白口傾向，但是碳當量CE 不能過高，否則組織中的珠光體數(shù)量不足，鐵素體含量增加，使力學性能(強度和硬度)降 低，從而達不到制品所要求的力學性能，因此蠕墨鑄鐵的CE = 4. 3% 4. 8%。碳的含量一般取3. 0% 4. 0%，在生產(chǎn)中一般將碳含量控制在3. 4 3. 9%范圍 內(nèi)，該范圍內(nèi)可使鐵水流動性好，易補縮，收縮小，可獲得優(yōu)良的鑄造性能。
硅對基體影響十分顯著，主要用來防止白口，控制基體中珠光體數(shù)量。隨著硅量增 加，基體中珠光體量逐漸減少，鐵素體量增加。為了獲得較高的性能要求，需獲得珠光體基 體的蠕墨鑄鐵，此時，可以適當減少硅量。由于蠕化劑中一般含有大量的硅，故配料時，原鐵 水必須低硅。硅的最終含量可控制在2. 1 2. 8 %，最優(yōu)含量控制在2. 3 2. 7%。錳在常規(guī)含量內(nèi)對石墨蠕化無影響。錳在蠕墨鑄鐵中起穩(wěn)定珠光體的作用，由于 蠕墨鑄鐵中石墨分枝繁多導(dǎo)致錳的作用減弱。如果要求獲得韌性較高的鐵素體基體蠕墨鑄 鐵，則錳含量應(yīng)小于0.4%。在本發(fā)明中，為了適應(yīng)所需的強度性能要求，且基體中珠光體 的含量應(yīng)該在50%以上，因此選定錳含量范圍為0. 5% 0. 9 %，以便獲得較多的珠光體基 體。硫和所有蠕化元素(主要為鎂和稀土 )都有很大親和力，蠕化元素加入鐵液中首 先消耗于脫硫和脫氧，將鐵液中硫含量降至小于0. 03%，剩余蠕化元素才使石墨蠕化。原鐵 液含硫越多，消耗蠕化劑也越多。蠕化劑加入量越多，形成的硫化夾渣也越多，既不經(jīng)濟，又 危害材質(zhì)的性能，加速蠕化衰退。但是，硫在一定范圍內(nèi)有擴大蠕化劑加入量的作用，即在 較寬的蠕化劑加入量范圍內(nèi)均可獲得蠕墨鑄鐵。這是硫?qū)θ淠T鐵生產(chǎn)有利的一方面。綜 合考慮后本發(fā)明中硫含量控制在< 0. 07%。磷含量過高會形成磷共晶體，它降低沖擊韌度，提高脆性轉(zhuǎn)變溫度，使鑄件易出現(xiàn) 縮松和冷裂。因此磷的含量一般宜控制在0. 08%以下。但一定量的磷所形成的磷共晶體彌 散分布有助于提高硬度，耐磨性能提高，故對于耐磨件可適當提高磷的含量。綜合考慮后本 發(fā)明中磷含量控制在< 0. 10%。本發(fā)明所用原料中含有0. 3%左右的V和0. 25%左右的Ti，這有效地細化、穩(wěn)定 珠光體，同時V和Ti與碳、氮有高的親和力而形成顯微硬度極高的硬化相釩鈦碳氮化合物， 提高強度、耐磨性能和耐熱疲勞性能。另外，V、Ti增加了白口傾向，Ti屬于干擾元素即反 球化元素，可以適當拓寬蠕化范圍，有利于蠕化處理，因此本發(fā)明中釩的含量為0. 10% 0. 35%，鈦的含量為0. 10% 0. 25%。若釩鈦含量低于0. 10%，形成的碳氮化合物很少，起 不到提高強度和耐磨性的作用。當釩鈦含量高于上限時，形成的釩鈦碳氮化合物過多，強度 硬度值過高，不易加工，且反球化作用過強，不利于蠕化處理。本發(fā)明直接利用釩鈦磁鐵礦熔煉后的高溫鐵水經(jīng)電爐調(diào)整成分獲得釩鈦蠕墨鑄 鐵，避免了二次熔煉過程，節(jié)約了能源。本發(fā)明充分利用富含V、Ti元素的生鐵，如攀枝花等 釩鈦基地生產(chǎn)的富含釩鈦的生鐵；本發(fā)明的釩鈦蠕墨鑄鐵經(jīng)蠕化處理，提高了鑄鐵材料的 抗拉強度和耐磨性能，可廣泛應(yīng)用于綜合性能要求較高的鑄鐵產(chǎn)品。如用來生產(chǎn)汽車用制 動鼓、制動盤，以及發(fā)動機缸體缸蓋、排氣歧管等，使這些產(chǎn)品的綜合性能得到很大提高。目前市場上的稀土鎂硅鐵合金蠕化劑兼有了鎂系蠕化劑和稀土系蠕化劑的優(yōu)點， 由于本發(fā)明采用的高溫釩鈦鐵水中除含有普通反球化元素硫外，還含有鈦等反球化元素， 而國家標準中沒有稀土與鎂比例合適的稀土鎂硅鐵合金蠕化劑可以作為高溫釩鈦鐵水的 蠕化劑，如使用國家標準中的單一稀土鎂硅鐵合金蠕化劑，則蠕化效果差且不穩(wěn)定，因此最 終采用本發(fā)明中的混合蠕化劑。采用本發(fā)明中提及的混合蠕化劑兼有鎂系蠕化劑和稀土蠕 化劑的優(yōu)點，既有自沸騰功能，蠕化劑的加入量范圍也較寬，當含硫量在一定范圍內(nèi)波動時 仍能獲得蠕化率較高的釩鈦蠕墨鑄鐵。本發(fā)明中的蠕化劑加入方法簡單，蠕化工藝穩(wěn)定，效 果顯著。
本發(fā)明所述釩鈦蠕墨鑄鐵蠕化處理工藝，包括以下步驟制備原料，將原料按重 量百分比配置為以下組分碳為3. 4 3.9%，硅為2. 1 2.8%，錳為0. 5 0.9%，磷 彡0. 10%，硫彡0. 07%，釩為0. 10 0. ；35%，鈦為0. 10 0. 25 %，余量為鐵和不可避免 的雜質(zhì)；將釩鈦磁鐵礦熔化后獲得的1320°C 1350°C高溫鐵水直接轉(zhuǎn)入中頻爐進行熔煉， 熔煉溫度大于1500°C，最優(yōu)為1500 1560°C ；上述鐵水出爐前，將澆注處理包在300°C 450°C進行烘烤，然后將蠕化劑、2/3孕育劑和覆蓋劑置于包底搗實；上述鐵水爐前成分化 驗合格后，于1450°C 1480°C出爐，采用沖入法將鐵水倒入澆注處理包進行蠕化處理和孕 育處理；蠕化處理時將爐內(nèi)鐵水倒入澆注處理包，先倒入澆注包容量2/3的鐵水，待攪拌處 理均勻后再倒入澆注包容量1/3的鐵水，同時將剩余的1/3孕育劑隨流加入，之后加入覆蓋 劑于鐵水表面，靜置2-aiiin后可用于澆注，澆注溫度為1340°C 1380°C。根據(jù)本發(fā)明所述的釩鈦蠕墨鑄鐵蠕化處理工藝，其中，所述蠕化劑為稀土鎂硅鐵 和稀土硅鐵的混合物，且所述蠕化劑的加入量為鐵水重量的1. 2% 1. 8%。所述蠕化劑由 稀土鎂硅鐵和稀土硅鐵混合而成，其中稀土硅鐵的重量百分比為60% 80%。稀土硅鐵和 稀土鎂硅鐵以細小顆粒狀加入，稀土硅鐵顆粒的粒度為5 10mm，稀土鎂硅鐵顆粒的粒度 為 10 15mm0根據(jù)本發(fā)明所述的釩鈦蠕墨鑄鐵蠕化處理工藝，其中，所述孕育劑為75SWe，所述 75SiFe的粒度為5 10mm，且所述孕育劑的加入量為鐵水重量的0. 6% 1. 2%。根據(jù)本發(fā)明所述的釩鈦蠕墨鑄鐵蠕化處理工藝，其中，所述覆蓋劑為聚渣覆蓋劑 或草木灰。實施例1本實施例用于制備汽車發(fā)動機缸蓋。本實施例的原料按重量百分比配置為以下組 分碳為 3.4%，硅為 2.8%，錳為 0. 9%，磷 0. 10%，硫 0. 07%，釩為 0. 10% ；鈦為 0. 10%, 余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。將釩鈦磁鐵礦熔化后獲得的1320°C高溫鐵水直接轉(zhuǎn)入中頻 爐進行熔煉，熔煉溫度為1560°C。鐵水出爐前，將澆注處理包在300°C進行烘烤，然后將蠕 化劑、2/3的75SWe和聚渣劑置于包底搗實；其中蠕化劑為稀土硅鐵(牌號及化學成分見 表1)和稀土鎂硅鐵(牌號及化學成分見表幻的混合物，其中稀土硅鐵加入重量百分比為 60%，稀土硅鐵與稀土鎂硅鐵的具體成分如表1和表2所示，所述蠕化劑加入量為鐵液重量 的1. 8% ；孕育劑為75SiFe，加入量為鐵液重量的0. 6%。稀土硅鐵和稀土鎂硅鐵以細小顆 粒狀加入，稀土硅鐵顆粒的粒度為5mm，稀土鎂硅鐵顆粒的粒度為10mm。鐵水爐前成分化驗 合格后，于1480°C出爐，采用沖入法將鐵水倒入澆注處理包進行蠕化處理和孕育處理；蠕 化處理時將爐內(nèi)鐵水倒入澆注處理包，先倒入澆注包容量2/3的鐵水，待攪拌處理均勻后 再倒入澆注包容量1/3的鐵水，同時將剩余的1/3孕育劑隨流加入，之后加入聚渣覆蓋劑于 鐵水表面，靜置anin后可用于澆注，澆注溫度為1380°C。對于汽車發(fā)動機缸蓋，目前市場上其材料主要有HT200，HT250以及鋁合金等，一 般要求缸蓋本體強度大于200Mpa，硬度大于180HBS。本實施例制備的汽車發(fā)動機缸蓋的性 能如表3所示，由表3可知，本實施例制備的汽車發(fā)動機缸蓋的性能遠遠優(yōu)于其它材料的汽 車發(fā)動機缸蓋。表1稀土硅鐵合金牌號及化學成分(按照GB/T 4137-2004執(zhí)行)
權(quán)利要求
1.一種釩鈦蠕墨鑄鐵蠕化處理工藝，其特征在于包括以下步驟a制備原料，將原料按重量百分比配置為以下組分碳為3.4 3.9%，硅為2. 1 2. 8%，錳為 0. 5 0. 9%，磷彡 0. 10%，硫彡 0. 07%，釩為 0. 10 0. ；35%，鈦為 0. 10 0. 25%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)；b將釩鈦磁鐵礦熔化后獲得的1320°C 1350°C高溫鐵水直接轉(zhuǎn)入中頻爐進行熔煉，熔 煉溫度大于1500°C ；c上述鐵水出爐前，將澆注處理包在30(TC 450°C進行烘烤，然后將蠕化劑、2/3孕育 劑和覆蓋劑置于包底搗實；d上述鐵水爐前成分化驗合格后，于1450°C 1480°C出爐，采用沖入法將鐵水倒入澆 注處理包進行蠕化處理和孕育處理；e蠕化處理時將爐內(nèi)鐵水倒入澆注處理包，先倒入澆注包容量2/3的鐵水，待攪拌處理 均勻后再倒入澆注包容量1/3的鐵水，同時將剩余的1/3孕育劑隨流加入，之后加入覆蓋劑 于鐵水表面，靜置2-aiiin后可用于澆注，澆注溫度為1340°C 1380°C。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釩鈦蠕墨鑄鐵蠕化處理工藝，其特征在于所述蠕化劑為稀土 鎂硅鐵和稀土硅鐵的混合物，且所述蠕化劑的加入量為鐵水重量的1. 2% 1. 8%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的釩鈦蠕墨鑄鐵蠕化處理工藝，其特征在于所述蠕化劑由 稀土鎂硅鐵和稀土硅鐵混合而成，其中稀土硅鐵的重量百分比為60% 80%，稀土硅鐵和 稀土鎂硅鐵以細小顆粒狀加入，稀土硅鐵顆粒的粒度為5 10mm，稀土鎂硅鐵顆粒的粒度 為 10 15mm0
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釩鈦蠕墨鑄鐵蠕化處理工藝，其特征在于所述孕育劑為 75Sii^e，且所述孕育劑的加入量為鐵水重量的0. 6% 1. 2%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釩鈦蠕墨鑄鐵蠕化處理工藝，其特征在于所述覆蓋劑為聚渣 覆蓋劑或草木灰。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的釩鈦蠕墨鑄鐵蠕化處理工藝，其特征在于所述75SWe的 粒度為5 IOmm0
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釩鈦蠕墨鑄鐵蠕化處理工藝，其特征在于所述b步驟的熔煉 溫度為 1500°C 1560°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種釩鈦蠕墨鑄鐵蠕化處理工藝，包括以下步驟將原料按重量百分比配置為以下組分碳為3.4～3.9％，硅為2.1～2.8％，錳為0.5～0.9％，磷≤0.10％，硫≤0.07％，釩為0.10～0.35％，鈦為0.1～0.25％，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。將釩鈦磁鐵礦熔化后獲得的1320℃～1350℃的高溫鐵水直接轉(zhuǎn)入中頻電爐進行熔煉，鐵水爐前成分化驗合格后，于1450℃～1480℃出爐，采用沖入法將鐵水倒入澆注處理包進行蠕化處理和孕育處理，處理完成后靜置2-3min可用于澆注。發(fā)明所述工藝流程簡單，能耗低，且用本發(fā)明所述的工藝制備得到的釩鈦蠕墨鑄鐵性能優(yōu)越，各方面的指標都滿足要求。
文檔編號C22C33/08GK102071351SQ201110009098
公開日2011年5月25日 申請日期2011年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月17日
發(fā)明者劉寧, 宋東波, 李華基, 薛寒松, 饒勁松, 馬昌恒 申請人:攀枝花市大西南實業(yè)有限公司, 重慶大學