專(zhuān)利名稱(chēng)：用碲化物合金促進(jìn)鑄鐵白口化的制作方法
冷硬鑄鐵和白口鐵因其硬度高、成本低而在耐磨材料中越來(lái)越占有重要位置。廣泛用于礦山、水泥、紡織機(jī)械和各類(lèi)軋輥、輥筒以及要求耐磨的各類(lèi)零、部件。已有的白口鐵和冷硬鑄鐵多是不含碲的，或雖含碲但不是作為一種必備元素加入，而是作為一種補(bǔ)救措施，如生產(chǎn)軋輥時(shí)，在爐前從鐵水中取樣澆注試片，根據(jù)試片上的白口深度判斷鐵水的激冷性能是否符合要求，若白口深度不足，則往鐵水中加碲，增加白口深度。
促進(jìn)白口的元素通常有鎢、錳、鉬、鉻、錫、釩、硫、硼、碲等。其中碲是白口化作用最強(qiáng)的元素，差不多是鉻的150倍，在白口鐵或冷硬鑄鐵中使用碲時(shí)，它的加入量一般也僅為幾十個(gè)PPm。因此，開(kāi)發(fā)含碲鑄鐵是一項(xiàng)很有實(shí)用價(jià)值的工作。在已有技術(shù)中，利用碲促進(jìn)白口化有兩種方法，1、直接加入法;2、鑄滲工藝法?？墒?，碲是一種不但熔點(diǎn)低而且沸點(diǎn)也低的元素，其熔點(diǎn)為453℃，沸點(diǎn)為990℃。因此，用直接加入法向鐵水中加碲生產(chǎn)白口和耐磨鑄件時(shí)，不僅會(huì)因反應(yīng)劇烈造成翻騰和大量氣化、氧化，致使吸收率大大降低，而且還會(huì)因鐵水溫度的波動(dòng)造成吸收率的較大波動(dòng)，使生產(chǎn)難以控制，廢品增加。當(dāng)采用鑄滲工藝方法時(shí)，可較好地解決上述問(wèn)題。它突出的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)平穩(wěn)，吸收率增加。但也存在著不足，這就是由于碲的熔點(diǎn)低，而使其過(guò)早地熔入鐵水，在充型過(guò)程中被流動(dòng)的鐵水帶走，以致產(chǎn)生白口層厚度不均勻。要消除這種不均勻現(xiàn)象，需對(duì)澆注溫度、涂層厚度和加入的碲量嚴(yán)加控制，從而增加了生產(chǎn)控制上的難度。而其它一些熔點(diǎn)較高的促進(jìn)白口元素，如鎢，鉬，鉻等，由于它們的熔點(diǎn)大大提高于鐵水的溫度，常產(chǎn)生不能熔入鐵水等現(xiàn)象，同時(shí)它們又不能作為微量元素起作用，所以上述兩種工藝方法通常不使用這些元素。
本發(fā)明的基本思想是開(kāi)發(fā)一種既能克服碲的熔點(diǎn)低，氧化燒損大，吸收率低且穩(wěn)定，因而不利于生產(chǎn)控制的弱點(diǎn)，又能保持碲的強(qiáng)烈促進(jìn)白口化作用的性能的物質(zhì)。試制成功的碲化物合金能夠滿(mǎn)足上述要求。碲化物合金是以碲與某些金屬元素的化合物為主的合金，其特征在于具有比碲高且比鎢等元素低的熔點(diǎn)，因而在處理鐵水過(guò)程中氧化燒損少，吸收率高且穩(wěn)定;具有比折算等量的碲更強(qiáng)的促進(jìn)白口化作用;促進(jìn)白口化的同時(shí)還能改善鑄件的機(jī)械性能;用于大型鑄件的鑄滲工藝時(shí)。可簡(jiǎn)化工藝，提高成品率。這些碲化物合金如下碲化銻合金，熔點(diǎn)600～620℃;碲化錫合金，熔點(diǎn)770～790℃;碲化銅合金，熔點(diǎn)840～855℃;碲化鋁合金，熔點(diǎn)870～895℃;碲化鈷合金，熔點(diǎn)1000～1010℃，或其它碲化物合金等等。這些碲化物合金除能促進(jìn)白口外，還有其它一些有益的作用，銻和錫是有效的珠光體促進(jìn)元素，能夠提高冷硬鑄鐵灰口組織的機(jī)械性能。銅能增加珠光體的含量，同時(shí)能細(xì)化珠光體及強(qiáng)化珠光體中的鐵素體，因而亦能增加冷硬鑄鐵灰口組織的機(jī)械性能。鋁對(duì)白口層硬度的影響比銅大，它是通過(guò)強(qiáng)化基體而使硬度提高。鈷在鐵中以固溶形式存在，起固溶強(qiáng)化作用，提高強(qiáng)度和硬度。
本發(fā)明的特點(diǎn)如下1、碲化物合金的熔點(diǎn)均高于純碲的熔點(diǎn)，其沸點(diǎn)也比純碲有不同程度的提高，因此熔入鐵水的速度較純碲慢，作用穩(wěn)定。這樣既避免了直接加入鐵水中時(shí)引起的劇烈翻騰和氧化，又避免了過(guò)早地熔入鐵水造成白口厚度不均勻，生產(chǎn)上易控制。熔點(diǎn)越高的碲化物合金，該特點(diǎn)越顯著。通常碲化物合金的熔點(diǎn)在500℃至1300℃范圍之內(nèi)。實(shí)際應(yīng)用證明選擇熔點(diǎn)在1000℃左右的碲化物合金效果最佳。
2、由于提高了碲的吸收率，故碲化物合金在折算含碲的數(shù)量與純碲相等時(shí)，具有比純碲更大的促進(jìn)白口作用。一般可增大作用10～30%3、碲化物合金中與碲形成化合物的金屬元素具有強(qiáng)化組織的作用，故使用碲化物合金時(shí)，不但能有效地促進(jìn)白口，同時(shí)還強(qiáng)化了基體組織，提高了鑄件整體的機(jī)械性能。
4、在用鑄滲工藝法生產(chǎn)大型鑄件時(shí)，如φ650×1700的冷硬鑄鐵軋輥，往往需要在含碲涂料層外覆蓋一層保護(hù)性涂涂料，以防止碲過(guò)早地熔入鐵水，造成軋輥上、下兩端白口偏差超限。但該保護(hù)層極不容易控制，太薄了保護(hù)作用差，太厚了容易產(chǎn)生剝落，或是將碲完全阻擋住熔不出來(lái)，故在實(shí)際生產(chǎn)中問(wèn)題很多。而使用含碲化鈷合金的涂料時(shí)，則不需要覆蓋保護(hù)層，既簡(jiǎn)化了工藝，又提高了成品率。
5、重要的是不論采用直接加入法還是采用鑄滲工藝法，均能收到碲的吸收率高，工藝穩(wěn)定可靠的效果。這對(duì)穩(wěn)定工藝，提高成品率，降低成本，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)耐磨件是極為有利的。
本發(fā)明中碲化物合金使用下述方法制備1、成份配比(各元素含量均按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)算，以下皆同)①碲化銻合金Te58～65%，Sb35～42%②碲化錫合金Te50～56%，Sn44～50%③碲化銅合金Te50～60%，Cu40～50%④碲化鋁合金Te85～90%，Al10～15%⑤碲化鈷合金Te65～75%，Co25～35%2、制備方法(1)分步熔化配制法該熔化在電阻爐內(nèi)進(jìn)行，用氬氣等惰性氣體保護(hù)。
因與碲形成化合物的金屬元素的熔點(diǎn)均較高，如果與碲一起熔化則使碲氧化燒損嚴(yán)重，故先將這些金屬元素熔化，然后將碲加入。碲加入時(shí)將與金屬元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。應(yīng)避免加入過(guò)快使反應(yīng)劇烈造成合金液飛濺。本發(fā)明制備中使用一根石英玻璃管裝入粒度為3～8mm的碲塊，一頭用紙封住。當(dāng)需要向爐內(nèi)加碲時(shí)，將該石英管的紙封住的一端插入坩堝內(nèi)，封紙燒掉后碲塊依次落入坩堝，反應(yīng)較平穩(wěn)，無(wú)飛濺，燒損少。在爐內(nèi)保溫3～5分鐘后出爐。
②同步多次熔化配制法該熔化在脈沖加熱爐內(nèi)進(jìn)行，用氬氣等惰性氣體保護(hù)。
對(duì)于熔點(diǎn)高于碲的沸點(diǎn)的金屬元素，如鈷等，不適用上法配制。本發(fā)明采用同步熔化配制法。脈沖爐給定電壓80～100伏，電流40～50安。熔化步驟如下a)第一次送電4～6秒鐘后，停電2～3秒，b)從第二次熔化到第五次熔化，每次送電3～4秒，每?jī)纱稳刍g停電2～3秒，c)從第六次到第十次熔化，每次送電6～8秒，每?jī)纱稳刍g停電3～4秒，d)從第十一次到第十五次熔化，每次送電10～14秒，兩次熔化之間停電3～4秒。
采用該熔化配制法的目的在于鈷等高熔點(diǎn)金屬元素與碲的充分化合。熔化初期若送電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，熔化了的碲將飛濺出來(lái)，這樣就無(wú)法得到規(guī)定的成份。熔化的次數(shù)少了，高熔點(diǎn)的金屬元素不能全部熔化。如鈷的熔點(diǎn)為1500℃，用本法配制時(shí)，鈷在碲的熔池中一點(diǎn)點(diǎn)熔化并與碲反應(yīng)，所以熔化過(guò)程需反復(fù)多次，一般在十二到十五次。
用于直接加入鐵水的碲化物合金應(yīng)破碎成為3～10mm的粒狀。用于鑄滲工藝的碲化物合金應(yīng)破碎研磨成粉狀，粒度應(yīng)小于0.056mm(過(guò)260目篩)。碲化物合金的粉碎性能很好，破碎和研磨成粉均很容易。
利用碲化物合金促進(jìn)白口化可用下述方法
1、直接加入法這種方法最適宜白口鐵?？梢曡T件壁厚和鐵水成分的差異，每噸鐵水加入量按折合成純碲計(jì)以20～60克為宜。壁厚大于100mm時(shí)取上限，小于50mm時(shí)取下限。鐵水中硅含量大于0.8%(重量百分?jǐn)?shù))時(shí)取上限，小于0.6%時(shí)取下限。以3～10mm的粒狀加入為好。加入時(shí)的鐵水溫度以1280～1300℃為好。在澆注前5～15分鐘加。
對(duì)某些采用鑄滲工藝的冷硬鑄鐵軋輥，當(dāng)鐵水較軟(硅含量在0.8%以上)時(shí)，可向每噸鐵水中加入與10～25克碲相當(dāng)?shù)捻诨锖辖?。切不可多加，以免損害心部灰口組織的強(qiáng)度。
2、鑄滲工藝法這種方法最適宜冷硬鑄鐵。將過(guò)260目篩的碲化物合金調(diào)入高溫性能好的涂料中，涂料配方為(單位克)碲化物中折合純碲炭黑耐火粘土5～710～147～10膨潤(rùn)土糊精CMC2～32～40.2～0.3六偏磷酸鈉水0.5～1.5100～120噴涂和刷涂均可。涂層厚度小于0.2mm，澆注前涂層應(yīng)自然干燥或在80～100℃烘干。涂層中的碲化物合金含量(以純碲計(jì))應(yīng)在4～7mg/cm2。
應(yīng)注意的是，如對(duì)強(qiáng)度和韌性無(wú)特殊要求的普通白口鐵和冷硬鑄鐵，僅考慮提高硬度的話(huà)，可對(duì)鐵水成分不做任何調(diào)整，而只加足上述碲化物合金即可。如不僅要求硬度高，同時(shí)要求強(qiáng)度和韌性也高時(shí)，須將硅量在原鐵水的基礎(chǔ)上提高0.3～0.4%。(重量百分?jǐn)?shù))
以本法生產(chǎn)的白口鐵，硬度可比原來(lái)提高HRC4～8，對(duì)冷硬鑄鐵來(lái)說(shuō)，表面硬度可提高HRC3～6。這是因?yàn)轫诨锖辖鸬淖饔眉仍龃罅髓F水的過(guò)冷度，使組織細(xì)密，又通過(guò)合金元素強(qiáng)化了組織。硅量提高后的材質(zhì)強(qiáng)度和韌性可分別提高30～40%左右。
上述直接加入法適用于白口鐵;鑄滲工藝法適用于要求表面硬度高，心部強(qiáng)度好的冷硬鑄鐵。
本發(fā)明的具體實(shí)施例如下實(shí)施例1焊管機(jī)組成型輥，毛重約200公斤，材質(zhì)要求為白口鐵。鐵水成分為C 3.5%，Si 0.72%，Mn 0.8%，P 0.3%，S 0.11%，Cr 1.8%(重量百分?jǐn)?shù))。鐵水出爐溫度為1350℃，在爐前于鐵水1300℃時(shí)加入粒度為5～8mm的碲化銻合金(Te61.2%，Sb38.8%)，加入量按65克/噸，(合每噸鐵水40克碲)加入5分鐘后將鐵水澆入砂型。最后得到軋輥輥面硬度HRC47，沖擊韌性ak0.5kg-m/cm2。
實(shí)施例2φ410×1000mm冷硬鑄鐵軋輥。鐵水化學(xué)成份C3.70%，Si0.85%，Mn0.71%，P0.47%，Cr0.4%，Cu0.7%，S0.11%(重量百分?jǐn)?shù))。鐵水出爐溫度1380℃，于1280℃加入粒度為5～8mm的碲化鈷合金(Te70%，Co30%)35克/噸，5分鐘后澆入鑄型(輥面部分為金屬型，型溫80～100℃)，得軋輥輥面硬度Hs75，心部強(qiáng)度20kg/mm2。輥面部分上端白口7mm，下端白口10mm，兩端白麻長(zhǎng)約為18mm。
實(shí)施例3φ410×1000mm冷硬鑄鐵軋輥。鐵水化學(xué)成份C3.65%，Si0.76%，Mn0.46%，S0.126%，P0.5%，Cr0.31%，Cu0.62%。鐵水出爐溫度1400℃。采用鑄滲工藝法。鐵水溫度為1270℃時(shí)，澆注到按下列步驟準(zhǔn)備好的金屬型中。涂料配方為(單位克)碲化鈷合金粉(Te70%，Co30%)耐火粘土115100膨潤(rùn)土糊精炭黑六偏磷酸鈉383214014CMC水31200將按上述配方制備好了的涂料，用壓縮空氣噴槍噴涂于金屬型上，金屬型溫度為90～100℃，涂層厚0.2mm，含碲化鈷合金8.8mg/cm2。生產(chǎn)得輥?zhàn)虞伱嬗捕菻s74，心部強(qiáng)度21kg/mm2。
實(shí)施例440×80×400mm冷硬鑄鐵耐磨件。鐵水化學(xué)成份C3.62%，Si0.64%，Mn0.59%，P0.43%，S0.109%，Cr0.30%，Cu0.68%(重量百分?jǐn)?shù))。鐵水出爐溫度1380℃。用鑄滲工藝法，涂料配方為(單位克)炭黑耐火粘土膨潤(rùn)土水1.20.80.310碲化鈷合金(Te70%，Co30%)2將此配制好了的涂料刷涂于金屬型板上，型板溫度80～90℃，涂層厚0.2mm，澆注溫度1265℃。得到鑄件表面硬度為HRC54。距鑄件前端50mm處白口深13mm，距后端50mm處白口深15mm，白口端差為2mm。
用同一方法，同一涂料配方，加純碲14克，其它條件均同加碲化鈷合金生產(chǎn)的鑄件，距前端50mm處白口深10mm，距后端50mm處白口深16mm，白口端差為6mm，是用碲化鈷合金生產(chǎn)的3倍。由此可見(jiàn)用碲化鈷合金鑄滲生產(chǎn)的鑄件比用純碲處理生產(chǎn)的鑄件白口層更均勻。
權(quán)利要求
1.一種鑄造領(lǐng)域用碲化物合金促進(jìn)白口化的工藝，包括a)直接加入法，b)鑄滲工藝法，其特征在于a)碲化物合金具有比碲高的熔點(diǎn)；b)按一定配比成分制備碲化物合金的分步熔化法和同步多次熔化法。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碲化物合金，其特征在于它們的熔點(diǎn)比碲的熔點(diǎn)高，這些碲化物合金包括碲化銻合金，碲化錫合金，碲化銅合金，碲化鋁合金，碲化鈷合金，一般選擇碲化物合金的熔點(diǎn)約在500℃～1300℃范圍之內(nèi)，通常選取碲化物合金的熔點(diǎn)約在1000℃左右為佳。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的碲化物合金，其特征在于其合金配比(重量百分比)為碲化銻合金Te58～65%，Sb35～42%;碲化錫合金Te50～56%，Sn44～50%;碲化銅合金Te50～60%，Cu40～50%;碲化鋁合金Te85～90%，Al10～15%;碲化鈷合金Te65～75%，Co25～35%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分步熔化法，其特征在于該熔化在電阻加熱爐內(nèi)進(jìn)行，并用氬氣等惰性氣體保護(hù)，按形成碲化物合金配比的比例要求，先將熔點(diǎn)高的金屬元素熔化，然后再加入粒度為3～8mm的碲塊一起熔化。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同步多次熔化法，其特征在于該熔化在脈沖加熱爐內(nèi)進(jìn)行，并用氬氣等惰性氣體保護(hù)，脈沖爐給定電壓80～100伏，電流40～50安，熔化步驟如下第1次送電4～6秒后，停止熔化2～3秒，從第2～5次熔化，每次送電3～4秒，每?jī)纱稳刍g停電2～3秒，從第6～10次熔化，每次送電6～8秒，每?jī)纱稳刍g停電3～4秒，從第11～15次熔化每次送電10～14秒，每?jī)纱稳刍g停電3～4秒。這樣反復(fù)多次，一般12～15次即可。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接加入法，其特征在于每噸鐵水加入量按折合成純碲量計(jì)以20～60克為宜，碲化物合金的粒度以3～10mm為好，加入時(shí)鐵水的溫度應(yīng)為1280～1300℃，加入時(shí)間應(yīng)在澆注前5～15分鐘為好。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄滲工藝法，其特征在于涂料配方中碲化物合金粒度應(yīng)小于0.056mm(過(guò)260目篩)，涂層厚度應(yīng)小于0.2mm，涂層可自然干燥或在80～100℃烘干，碲化物合金的含量(以純碲計(jì))應(yīng)在4～7mg/cm2。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鑄滲工藝法，其特征在于在生產(chǎn)大型鑄件而使用碲化鈷合金的涂料時(shí)，則不需要在涂料層外再覆蓋一層保護(hù)性涂料。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的工藝方法，其特征在于當(dāng)鑄件要求高的硬度，同時(shí)強(qiáng)度與韌性也高時(shí)，需將鐵水中的硅含量在原鐵水的基礎(chǔ)上提高0.3～0.4%(重量百分?jǐn)?shù))。
全文摘要
本發(fā)明為用于鑄造領(lǐng)域的碲化物合金。這些碲化物合金克服了元素碲在鑄造工業(yè)生產(chǎn)中不易控制的弱點(diǎn)，其特征在于具有比碲高的熔點(diǎn)，因而在使用中氧化燒損少，吸收率高且穩(wěn)定，具有比折算等量的碲更強(qiáng)的促進(jìn)白口化作用，同時(shí)還能改善鑄件的機(jī)械性能。當(dāng)用于大型鑄件的鑄滲工藝時(shí)，可簡(jiǎn)化工藝，減少白口偏差，提高成品率。使用碲化物合金來(lái)代替碲具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號(hào)C22C33/08GK1032677SQ8710789
公開(kāi)日1989年5月3日 申請(qǐng)日期1987年11月14日 優(yōu)先權(quán)日1987年11月14日
發(fā)明者劉順華, 陳光昀, 任保魯特, 韓雙起, 田世民, 王國(guó)新, 周俊林, 隋桂馨 申請(qǐng)人:大連工學(xué)院