[发明专利]一种用于细化灰铸铁组织的孕育剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于细化灰铸铁组织的孕育剂，属于材料工程领域。

背景技术

随着汽车工业的不断进步，发动机正在向大马力、高速度和轻量化方向发展，对发动机上重要的缸体、缸盖等铸件提出了更高的要求，要求高强度、高致密性、高热疲劳性、低应力、表面光洁、尺寸精确。而大马力发动机缸体和缸盖大多采用灰铸铁材质，因此，对灰铸铁材料提出了更高的要求。在高强度灰铸铁生产技术方面，我国同国外相比还存在着一定的差距。我国在高强度灰铸铁的研究与生产技术上与国外的主要差距如下。

A.强度低。同样的铁水化学成分生产出来的铸件，强度比国外低1～2牌号。若想生产相同牌号的灰铸铁，就必须降低碳当量。这将引起白口倾向增大，收缩倾向增大，使薄壁处加工困难，且易出现裂纹、缩松及铸造性能变差等问题。对于发动机上的缸体、缸盖铸件还会使渗漏倾向增大。

B.铸造工艺落后。铸件壁厚大、重量大，如机床类铸件比国外重10％以上，发动机缸体比国外的重30％以上。

C.耐磨性差、寿命低。国外汽车第一次大修里程汽油车一般在30万km以上，柴油车在50～80万km，而我国汽油车仅为5～10万km，柴油车也只达10～15万km。

D.断面敏感性大，加工性能差。

造成与国外差距的原因之一是孕育技术的落后。国外非常重视对孕育剂和孕育方法的研究，孕育剂品种很多，各有各的用途，针对不同的铸件，不同的生产条件，选择适用的孕育剂。近年来，国外发展了各种新型孕育剂，即在硅铁的基础上加进一些强化孕育效果的元素，如铝、钙、钡、鳃、镁等，而且实现了孕育剂系列化、标准化、商品化。而国内前一段时间一直使用75SiFe孕育剂，品种单一，缺乏统一的质量要求，各个厂家生产的75SiFe质量各不相同，尤其又对其中的Al、Ca含量没有规定，铸件质量差。

近年来，国家科技部对孕育剂的开发研究工作非常重视，将研制与生产出各种孕育剂投放市场，取得很大成绩。

初步摸清了75SiFe中杂质元素含量的情况及对铸铁性能的影响规律。对不同Al、Ca含量对孕育效果影响进行了试验，得出含重量百分比为0.67Ca、0.8Al时石墨化效果最好。在此基础上提出了我国铸造用75SiFe的Al、Ca含量范围，并纳入了生产技术条件。

开发了多种以75SiFe为基的孕育剂，满足了不同类型铸件特别是薄壁高强度灰铸铁件的要求。

一是含Ba孕育剂。Ba在改善铸件壁厚敏感性和提高抗衰退能力方面有显著效果，即具有长效性。长春稀土合金厂、南京特种合金厂均生产含Ba重量百分比为4～8的孕育剂。二是含稀土(RE)孕育剂。少量RE能提高孕育效果，有显著减少白口倾向的作用，减慢衰退速度，但加入量不能超过一定值，否则白口增大。如与Ca、Ba复合成RE-Ca-Ba孕育剂，则其减小白口倾向，减少过冷石墨及长效功能均很好，是生产薄壁高强度灰铸铁较好的孕育剂。

三是含Sr孕育剂。能使厚断面不出现缩孔、缩松，而薄断面能显著消除白口，减小铸件产生缩松的可能性，熔解迅速，衰退慢。

四是含Zr孕育剂。可提高抗衰退能力，有利于消除铸件中的气孔，改善铁水的流动性，减小白口倾向，能得到均匀细小的A型石墨，南京特种合金厂已生产含Zr重量百分比为6左右的孕育剂。

本课题组多年来研究高强度灰铸铁，发明了“微合金化高强度灰铸铁”和“易加工高强度灰铸铁”，用于制造大马力柴油发动机缸体毛坯。为了进一步提高高强度灰铸铁的强度，研究了不同孕育剂孕育处理对高强度灰铸铁组织、性能的影响，采用本发明孕育剂孕育处理的高强度灰铸铁抗拉强度比采用75SiFe孕育处理高强度灰铸铁的抗拉强度明显提高，达400MPa以上。

发明内容

本发明的目的是提供一种加入量少、成本低、工艺简单的灰铸铁用孕育剂，此种孕育剂采用浇包内加入方法，能够促进亚共晶灰铸铁凝固过程中初生奥氏体的生核，增加初生奥氏体枝晶数量，同时能够细化灰铸铁中的石墨组织，提高亚共晶灰铸铁的强度。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种用于细化灰铸铁组织的孕育剂，按质量百分比计包括40％～50％的硅、5％～8％的锰、5％～8％的锆、2％～5％的钙、2％～3％的铝，余量为铁。

一种用于细化灰铸铁组织的孕育剂的制备方法，将含有硅、锰、锆、钙、铝元素的铁合金混合、熔炼、冷却，破碎成4～8毫米尺寸的颗粒，采用浇包内孕育方法加入灰铸铁溶液中。