專利名稱：金屬型鑄造鑄態(tài)鐵素體球墨鑄鐵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬鑄造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及用金屬型鑄造鑄態(tài)鐵素體球墨鑄鐵工藝。
球墨鑄鐵自誕生以來，在生產(chǎn)上獲得廣泛的應(yīng)用。其中用于制造汽車、拖拉機底盤及農(nóng)機具等零部件的鐵素體球墨鑄鐵材料也得到迅速的發(fā)展。目前，生產(chǎn)鐵素體球墨鑄鐵主要采用普通砂型鑄造，而且鑄件還要經(jīng)過低溫和高溫兩個階段的石墨化退火處理。由于用砂型鑄造時石墨化膨脹得不到補償，鑄件很容易出現(xiàn)縮松等缺陷，所以鑄造時采用的冒口較大，消耗的鐵水較多。高壓造型雖可以避免普通砂型鑄造球墨鑄鐵件的縮松等問題，但高壓造型需要較大的設(shè)備投資，不易在一般工廠普及。為了解決這一問題，許多工廠都利用金屬型鑄造來生產(chǎn)鐵素體球墨鑄鐵。但用金屬型鑄造鐵素體球墨鑄鐵，由于金屬型導(dǎo)熱性好，鑄件因冷卻太快而很容易產(chǎn)生白口和珠光體。要想獲得鐵素體基體的球墨鑄鐵件，幾乎都要進行石墨化退火處理。用這一熱處理工序，不僅要增加能源的消耗，而且還容易引起鑄件的氧化和變形，鑄件的表面也需要清理，這樣既消耗了大量的人力、物力和財力，又延長了生產(chǎn)周期，增強了勞動強度，增加了生產(chǎn)成本。
為了充分利用金屬型鑄造的長處，避免金屬型鑄造時退火處理工序及由此帶來的鑄件氧化和變形，1982年6月日本的橘堂忠等提出用金屬型鑄造高韌性鑄態(tài)鐵素體球鐵，采用高純生鐵在硅碳棒爐里進行熔煉，然后在金屬型中澆注，但該項研究對原材料要求極為苛刻，而且是在硅碳棒爐里進行試驗，所以無法用于工業(yè)生產(chǎn)。
本發(fā)明的目的在于用普通鑄造生鐵等原材料，經(jīng)中頻感應(yīng)電爐熔煉后，直接用金屬型鑄造鑄態(tài)鐵素體球墨鑄鐵。
用金屬型生產(chǎn)鑄態(tài)鐵素體球墨鑄鐵，本發(fā)明的關(guān)鍵在于鐵水的成份為低碳，高硅，低錳、磷、硫。其含量為C3.5～3.9%，Si2.8～3.8%，Mn≤0.4%，P≤0.07%，S≤0.03%;并采用由鋇鹽、鍶鹽、鉍鹽和硅鐵組成的復(fù)合孕育劑;澆注鐵水時，金屬型工作表面噴涂兩層涂料，外層為絕熱涂料，內(nèi)層為發(fā)熱涂料。
碳是形成石墨的元素。提高含碳量，可以增加石墨晶粒數(shù)目，改善球化率和有效地減少碳化物和珠光體數(shù)量，有利于基體中鐵素體含，量的提高。但含碳量過高，會使鑄態(tài)球墨鑄鐵延伸率急劇下降。
硅是強烈促進石墨化的元素。硅含量高，可以增加共晶團數(shù)目，細(xì)化晶粒，容易得到圓整度高、球徑小、數(shù)量多而又分布均勻的球墨，并可消除一次滲碳體，使基體中珠光體含量減少，鐵素體含量增加，有利于鑄態(tài)球鐵延伸率的提高。但另一方面，硅又以置換方式固溶于鐵素體中，使鐵素體強化，硬度提高而延伸率下降。因此，硅含量也不宜過高。
錳是典型的兩性元素。一方面它固溶于滲碳體，強烈地增強一次和二次滲碳體的穩(wěn)定性，阻止基體的鐵素體化;另一方面，它又與穩(wěn)定滲碳體的元素-硫、氮、氧等化合而生成化合物，使這些元素喪失對滲碳體的穩(wěn)定作用，間接地促進了基體的鐵素體化。此外，錳在球鐵中的偏析較為嚴(yán)重。所以綜合考慮在鑄態(tài)稀土球鐵生產(chǎn)中，錳含量越低越好。
磷對石墨化的影響不大，但極易偏析。當(dāng)含磷量超過溶解度極限時，磷就以硬而脆的磷共晶形式沿晶界析出，嚴(yán)重地惡化球鐵的塑性和韌性。
硫在球鐵中強烈阻礙石墨化，增強白口傾向，惡化石墨形狀，鐵水中含硫量高，還易造成粘稠的硫化渣，在鑄件中形成氣孔和夾渣。所以鐵水中的含硫量應(yīng)盡可能低。
本發(fā)明采用的復(fù)合孕育劑為Ba鹽、Sr鹽、Bi鹽和硅鐵的混合物，其主要成份及配比如下(按重量%)，BaCO
1.5～15%，SrCO
1.5～15%，Bi(NO
)
·5H2O 1.5～15%，余為75硅鐵。
含Ba的硅鐵，可以防止鑄件薄壁處出現(xiàn)白口，顯著細(xì)化共晶團，提高鑄件強度及厚壁處的硬度。硅鐵中含有Sr，減白口的作用很強，縮孔縮松的傾向也小，用于球鐵孕育可以增加石墨球數(shù)，延緩孕育衰退。鉍是表面活性物質(zhì)，具有細(xì)化共晶團，增多石墨球數(shù)的作用。當(dāng)加鉍量在一定范圍內(nèi)時，對于消除變態(tài)石墨、形成球狀石墨是有利的。
在金屬型鑄造中，使用合適的涂料，不僅可保護金屬型，延長金屬型的使用壽命，而且可避免鑄件形成大量的滲碳體和珠光體。本發(fā)明采用兩種涂料絕熱涂料和發(fā)熱涂料。在金屬型的工作表面先涂一層絕熱涂料，待其干燥后再涂一層發(fā)熱涂料。
絕熱涂料使金屬型與鑄件之間有一層絕熱屏障，從而降低鑄件的冷卻速度。本發(fā)明的絕熱涂料的成份及配比為(重量%)石棉粉20～60%，石英粉20～60%，膨潤土10～20%，粘結(jié)劑1～3%，水適量。
發(fā)熱涂料的作用在于在鐵水澆注溫度下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)放出熱量從而延緩球墨鑄鐵的凝固過程，避免結(jié)晶出滲碳體。本發(fā)明的發(fā)熱涂料的成份及配比為(重量%)鋁粉10～40%，氧化鐵粉40～80%，粘接劑1～3%，水適量。
采用本發(fā)明的金屬型鑄造工藝，可生產(chǎn)出鑄態(tài)鐵素體球墨鑄鐵，其抗拉強度σb50～64.5kg/mm2，延伸率δ10～18%。該鑄造工藝不僅省去鑄件的熱處理工序，節(jié)省了能源，縮短了生產(chǎn)周期，而且也省去了鑄件熱處理后的表面清理和變形校正工序，改善了勞動條件，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。
實施例在中頻感應(yīng)電爐內(nèi)熔化的鐵水，其成分為C3.70～3.85，Si3.30～3.70，Mn0.32～0.35，P＜0.06，S＜0.03。球化處理和孕育處理用包內(nèi)沖入法。球化劑用GXtMg7-10;復(fù)合孕育劑的成份及配比為BaCO 3.5%，SrCO 2%，Bi(NO ) ·5H2O2%，75硅鐵92.5%。開爐前在金屬型的工作表面先噴涂絕熱涂料，待陰干后再噴涂一層發(fā)熱涂料。絕熱涂料的配比為(重量%)石棉粉42%，膨潤土16%，阿拉伯樹膠1.5%，水適量。發(fā)熱涂料的配比為(重量%)鋁粉25%，氧化鐵粉75%，阿拉伯樹膠1.5%，水適量。
按照球墨鑄鐵件國家標(biāo)準(zhǔn)GB1348-78規(guī)定測定試樣性能，抗拉強度δb≥50kg/mm2，延伸率δ≥10%。其金相組織中鐵素體的含量均為90%，球化級別為1～2級。
權(quán)利要求
1.鑄態(tài)鐵素體球墨鑄鐵的金屬型鑄造工藝，其特征在于該工藝控制鐵水的成份為C3.5～3.9%，Si2.8～3.8%，Mn≤0.4%，P≤0.07%，S≤0.03%；采用的復(fù)合孕育劑為鋇鹽、鍶鹽、鉍鹽和硅鐵的混合物；澆注鐵水時，金屬型工作表面噴涂兩層涂料，外層為絕熱涂料，內(nèi)層為發(fā)熱涂料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬型鑄造工藝，其特征在于所述的復(fù)合孕育劑的配比為(重量%)BaCO
1.5～15%，SrCO
1.5～15%，Bi(NO
)
·5H2O1.5～15%，余為75硅鐵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬型鑄造工藝，其特征在于所述的發(fā)熱涂料和絕熱涂料的成份及配比為(重量%)發(fā)熱涂料鋁粉10～40%，氧化鐵粉40～80%，粘接劑1～3%，水適量。絕熱涂料石棉粉20～60%，石英粉20～60%，膨潤土10～20%，粘接劑1～3%，水適量。
全文摘要
本發(fā)明的金屬型鑄造鑄態(tài)鐵素體球墨鑄鐵工藝，其鐵水成份為低碳，高硅，低錳、磷、硫，采用的復(fù)合孕育劑為鋇鹽、鍶鹽、鉍鹽和硅鐵的混合物；澆注鐵水時，金屬型工作表面噴涂絕熱涂料和發(fā)熱涂料。采用該工藝可省去鑄件的熱處理工序，節(jié)省能源，縮短生產(chǎn)周期并改善了勞動條件。生產(chǎn)的鑄態(tài)鐵素體球鐵，抗拉強度為50-64.5kg/mm
文檔編號B22C3/00GK1046760SQ8910527
公開日1990年11月7日 申請日期1989年4月26日 優(yōu)先權(quán)日1989年4月26日
發(fā)明者葉以富, 陳壽祖, 王昕 , 朱能山, 張 林 申請人:山東工業(yè)大學(xué)