[发明专利]一种纳米改质铸件的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及铸铁技术领域，尤其是纳米改质铸铁技术领域。

背景技术

铸铁对于人类文明社会的进程曾经发挥过巨大作用，但近年来由于受能源、劳动力价格和环境等综合因素的影响，面对轻合金(铝、镁)材料和其它新型工程材料以及制造工艺的竞争，西方工业发达国家铸件产量增速减慢，铸铁产量明显下降，一度在人们的印象中，铸铁被归入古老一类，被看作是“走向衰微，对人类已失去利用潜力”的材料。

20世纪60年代以来，全世界铸件发展很快，但是到80年代后，增速减慢。产生这种现象的原因是受到新型工程材料如塑料、复合材料、陶瓷等竞争的结果。

中国是发展中国家，对铸件的需求越来越多，但是铸件无论在质量还是在数量方面均与发达国家具有很大的差距。因此，我国的铸造生产尚有很大发展空间，铸铁件占整个铸件产量的70％-80％。

当物质颗粒的尺寸处于纳米级时，可以被称为纳米材料。由于纳米结晶尺寸效应，纳米金属及其合金材料的硬度和强度增加，而复合材料是性质不同的材料通过一定的方法形成的两个或两个以上不同相态结构的材料。当复合材料中的一相晶粒的尺寸至少在一维尺寸上达到纳米量级时，这种材料可以被称为纳米复合材料。

纳米改质剂具有高硬度、耐高温、粒度小和分散性好的特点，与金属具有较好的结合力。在结晶过程中形成的晶核大大增加成晶数量和减少晶粒尺寸，达到细化晶粒，改善金属材料力学性能、加工性能和使用性能的目的。

面对铸铁材料的磨损性能和硬度相对较低的特点，现代工业对铸铁材料提出了更高的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种纳米改质铸铁的制造方法，使得该铸铁具有更高的硬度和韧性。

为了解决上述技术问题，本申请人在大量试验的基础上，提出下列技术方案：

一种纳米改质铸件的制备方法，其特征在于所述的方法由下列步骤组成：以生铁和/或废钢为原料，加入到炉中熔化，当铁水温度达到1450℃时，均匀的喷吹入纯净氩气8-15分钟，随后通过氩气均匀的喷吹入纳米改质剂，静置3-8分钟，出炉，浇铸即得；

所述纳米改质剂质量比为9:1的C：Si组成，粒径为10-500nm；

所述纳米改质剂与铁水的质量比为0.8-1.2:1000。

所述的原料包括原始料和回炉料，两者的质量比为4:1。

所述的原料还可以包括钒铁、钛铁、硅铁、铬铁中的一种或几种。

所述纯净氩气的喷吹时间为10分钟。

所述纳米改质剂的喷吹时间为10分钟。

所述静置的时间为5分钟。

所述纳米改质剂与铁水的质量比为1:1000。

采用本发明的纳米改质铸件具有良好的抗拉强度和韧性。其有益技术效果可以通过下述试验证明。

试验例1纳米改质铸铁与未改质铸铁的性能比较

1、试验材料：

纳米改质铸铁，按实施例3方法制备。

未改质铸铁，除不加纳米改质剂外，余方法同实施例3。

2、方法与结果

2.1金相组织

参照“GB/T1348-2009球墨铸铁件”和“GB/T9441-2009球墨铸铁金相检验”，测定两者的球化级别。

结果表明，未改质铸铁的球化级别为3级，而纳米改质铸铁的球化级别为2级。

2.2力学性能

参照“GB/T1348-2009球墨铸铁件”和“GB/T228-2002金属材料室温拉伸试验方法”，测定两者单铸试样的抗拉强度和伸长率，结果见表1。结果表明，未改质铸铁的力学性能达到QT500-7标准，而纳米改质铸铁则达到QT500-10标准。

表1两种铸铁的力学性能比较

2.3冲击韧性

参照“GB/T1348-2009球墨铸铁件”和“GB/T229-2007金属材料夏比摆锤冲击试验方法”，测定两者V型缺口单铸试样的冲击功，结果见表2，结果表明采用本方法纳米改质后，铸铁具有更优的冲击韧性。

表2两种铸铁V型缺口单铸试样的冲击功比较