一种新型球墨铸铁孕育剂的研制
合集下载
球墨铸铁的球化与孕育处理工艺
控制 在 ００ ％甚 至在 ００ ％以下 。 ． ６ ． ４
（ ）。 ５ Ｓ
ｃ 强烈促进形成碳化物， ｒ 稳定珠光体 。 ｒ ｃ 的 加 入能提 高强 度 和硬 度 ， 加 入量 以不 出现 游离 但
碳 化物 为 限 ， 于高 韧性铁 素 体球 墨铸 铁要 严 格 对
限 制 （ ｒ 量 。对 于珠 光 体 球 墨 铸 铁 ， Ｃ） 当加 入 （ ｒ量 ０２ ０３ Ｃ ） ．％～ ． ％时 ， 即可起 到 显 著 的稳 定 珠
１０ ２ ） １０ ２
摘要 ： 综述 了球墨铸铁各种化学元素的作 用和成分 的控制范 围， 细介绍 了球墨铸铁 的球化与孕育处理工艺 。 详 分析 了单 加 纯 Ｍｇ Ｒ 或 Ｅ合金作为球化剂的缺点 ， 明球化剂应 以 Ｍｇ为主 、 Ｒ 说 以 Ｅ为辅 的原 因 ； 对冲入法 、 盖包法 、 喂丝法等球化 处理工 艺的优缺点进行 了比较 。 出了孕育处理对球墨铸铁生产的重要性 ， 指 列举 了球墨铸铁 常用孕育剂的成分范围， 并 介绍 了炉前一次孕育和多次孕育 、 瞬时孕育 、 随流孕育的特点 。 关键词 ： 球墨铸铁 ； 球化处理工艺 ； 孕育处理工艺 中图分类号 ：Ｇ ５ Ｔ ２５ 文献标 识码 ： Ａ 文章编号 ：０ ３ ８４ （０ ２ ０ — ０ ７ ０ １０ — ３ ５ ２ １ ）４ ０ ３ — ６
往需要 进行脱 Ｓ处理 ；感 应 电炉熔 炼 由于不用焦 炭， 原铁液 州 Ｓ量一般在 ０ １％￣ ． ％。 （） ． ５ ０ ３ 不需要进 ０ ０
Ｒ Ｅ元 素 中和 ， 则会 引起球 化不 良。 Ｅ与 ｓ 否 Ｒ ｂ并
用 还可 以改 善大 断面件 的球 化 。
（ １微量 干扰 元素 。 １） 球 墨铸 铁 中常存 在 一 些 非 特 意加 入 的微 量
（ ）。 ５ Ｓ
ｃ 强烈促进形成碳化物， ｒ 稳定珠光体 。 ｒ ｃ 的 加 入能提 高强 度 和硬 度 ， 加 入量 以不 出现 游离 但
碳 化物 为 限 ， 于高 韧性铁 素 体球 墨铸 铁要 严 格 对
限 制 （ ｒ 量 。对 于珠 光 体 球 墨 铸 铁 ， Ｃ） 当加 入 （ ｒ量 ０２ ０３ Ｃ ） ．％～ ． ％时 ， 即可起 到 显 著 的稳 定 珠
１０ ２ ） １０ ２
摘要 ： 综述 了球墨铸铁各种化学元素的作 用和成分 的控制范 围， 细介绍 了球墨铸铁 的球化与孕育处理工艺 。 详 分析 了单 加 纯 Ｍｇ Ｒ 或 Ｅ合金作为球化剂的缺点 ， 明球化剂应 以 Ｍｇ为主 、 Ｒ 说 以 Ｅ为辅 的原 因 ； 对冲入法 、 盖包法 、 喂丝法等球化 处理工 艺的优缺点进行 了比较 。 出了孕育处理对球墨铸铁生产的重要性 ， 指 列举 了球墨铸铁 常用孕育剂的成分范围， 并 介绍 了炉前一次孕育和多次孕育 、 瞬时孕育 、 随流孕育的特点 。 关键词 ： 球墨铸铁 ； 球化处理工艺 ； 孕育处理工艺 中图分类号 ：Ｇ ５ Ｔ ２５ 文献标 识码 ： Ａ 文章编号 ：０ ３ ８４ （０ ２ ０ — ０ ７ ０ １０ — ３ ５ ２ １ ）４ ０ ３ — ６
往需要 进行脱 Ｓ处理 ；感 应 电炉熔 炼 由于不用焦 炭， 原铁液 州 Ｓ量一般在 ０ １％￣ ． ％。 （） ． ５ ０ ３ 不需要进 ０ ０
Ｒ Ｅ元 素 中和 ， 则会 引起球 化不 良。 Ｅ与 ｓ 否 Ｒ ｂ并
用 还可 以改 善大 断面件 的球 化 。
（ １微量 干扰 元素 。 １） 球 墨铸 铁 中常存 在 一 些 非 特 意加 入 的微 量
高硅钼球墨铸铁的研发
力 学 性 能 指 标 ， 主 要 有 抗 拉 强 度 ≥４ ２ ０ ＭＰ ａ 、屈 服 强度 尺 ｏ ２ ≥３ ０ ０ ＭＰ ａ 、伸长璋 ≥１ ０ ％； 二是附加研究 了高温性能指标。
铸铁 中以合金元素的形式独立存
在 。此 时 ，锰 的作 用就 是 形 成 碳 化 物 和 珠 光 体 。 由于 本 试 验 要 检 测 冲 击 性 能 ，所 以锰 含 量 越 低 越
现 场 的 环 境 安 全 ， 降低 了工 人 劳 动 强度 ，节 约 了人 工成 本 ，提 高
大型专业铸造企业 在用 。
发 展 的 方 向 。在 目前 的形 势 下 ，
当然 ，熔炼 自动化除 了以上
三 方 面 ， 目前 较 为 先 进 的还 有 采
即使无法 实现全部的 自动化 ，也 要做到持续改善 ，在现有资源 的
造 更 加 良好 的 生 产环 境 ！
式，但由于其前期投资较大，运行 维护成本较高，人员素质要求高，
因此大部 分国内铸造企业 都是望洋
础条件要求也很高。 不管怎样 ，随着环境安全标
准 不 断 提升 ，人 工 成 本 的 持续 走
作 者 简介 ：汪 海峰 ，天 津 一 汽 夏 利 汽 车 股份 有 限公 司 内燃 机
Ｍ Ｉ 熔 炼
高硅钼球墨铸铁的研发
■ 韩 军 ，尤国庆
摘 要 ：对 铁 素体 基体 硅 钼球 墨铸 铁 进 行试 验研 究 ，通过 大量 的试 验 ，得 出 了最 佳 的化 学成 分、 熔炼 工 艺 等参 数 ， 获得 了球 化 率 ≥８ ０ ％、抗 拉 强度 ｉ ＞４ ２ ０ ＭＰ ａ 、屈服 强度 ≥３ ０ ０ ＭＰ ａ 、伸 长率 ≥１ ０ ％的 高性 能硅 钼球 墨铸铁 ，此材 料 的 高温性 能随 着温度
一种中硅钼球墨铸铁及其生产方法
一种中硅钼球墨铸铁及其生产方法1.概述铸铁是一种重要的金属材料，它在工业生产中具有广泛的应用。
球墨铸铁作为铸铁的一种特殊类型，具有较好的机械性能和耐磨性，因此在汽车制造、机械设备、建筑工程等领域得到了广泛的应用和发展。
传统的球墨铸铁中含有较高的硅和钼元素，但是在我国的硅钼球墨铸铁研究中存在着粒子尺寸大、碳化物析出多等问题，为此，我们提出了一种新型的中硅钼球墨铸铁及其生产方法，以期能够在应用中更好地满足工程需求。
2.中硅钼球墨铸铁的特性2.1 中硅钼球墨铸铁的成分传统的球墨铸铁主要由铁、石墨、珠光体相和残余基体相组成，其中硅和钼是其重要的合金元素。
相比于传统的球墨铸铁，中硅钼球墨铸铁的硅和钼含量相对更为适中，因此在性能上具有更为优异的表现。
2.2 中硅钼球墨铸铁的机械性能中硅钼球墨铸铁具有良好的抗压强度和抗拉强度，在特殊的工作环境下依然表现出色。
而且具有较低的热膨胀系数和较高的热传导性能，适用于高温工作条件。
2.3 中硅钼球墨铸铁的耐磨性中硅钼球墨铸铁的耐磨性与传统球墨铸铁相当，甚至更为优异。
在高速磨损和腐蚀环境下，中硅钼球墨铸铁的表现更为稳定。
3.中硅钼球墨铸铁的生产方法3.1 原材料的准备中硅钼球墨铸铁的生产过程首先需要准备合适的原材料，包括铁水、石墨、硅和钼等元素的合金。
3.2 熔炼和浇铸将原材料放入熔炼炉内进行高温熔炼，熔炼温度和保温时间的控制对最终产品的质量具有重要影响。
熔炼后的合金浇铸成型，得到初步的中硅钼球墨铸铁坯料。
3.3 热处理对初步坯料进行热处理，包括固溶处理和时效处理，以调整组织和提高材料的性能。
3.4 表面处理对热处理后的中硅钼球墨铸铁进行表面处理，以去除氧化皮、孔洞和提高表面光洁度。
3.5 检验和包装最后对中硅钼球墨铸铁进行质量检验，合格后进行包装和出厂，以确保产品的质量和交货期的准确性。
4.中硅钼球墨铸铁的应用前景中硅钼球墨铸铁具有较好的机械性能、耐磨性和耐磨蚀性能，适用于汽车制造、机械设备、建筑工程等多个领域。
薄壁铸态铁素体球墨铸铁型内孕育块的研究
维普资讯
Ｅｘ Ｐ Ｒｌ Ｅ ＭＥＮＴ ＆ ＲＥ ＥＡＲＣ Ｓ Ｈ
２２ ．
浇 注 试 验
孕 育 块 质 量 减 少 ， 解 曲 线 逐 渐 下 降 ， 曲线 变 化 熔 但
梯 度 不 大 ， 明 孕 育 块 熔 解 均 匀 。 说 孕 育 块 顶 部 有 一 凹 坑 ，在 浇 注 过 程 中 铁 液 冲 刷 孕 育 块 ，由 于 边 角 效 应 ， 快 熔 解 到 铁 液 中 ， 很 起 到 孕 育 作 用 。观 察 金 相 组 织 （见 表 ２ 雨Ｉ ６）也 可 图 １ ｋ 中 ５０ ｇ 看 出 ， ７５硅 铁 中 加 入 适 量 的 Ｂｉ 可 提 高 石 墨 球 的 ， 圆 整 度 ，增 加 石 墨 球 数 量 ，铁 素 体 含 量 也 超 过 ８０ ． 且 在 ％ 而 ３ ｍｍ 壁 厚 处 ， 有 出 现 碳 化 物 ， 没 说
和 铁 液 对 孕 育 块 的 浮 力 均 减 小 ，作 用 在２ － ） ・Ａ Ｖ ｇ
块 生 产 简 单 ， 强 度 低 ， 崩 溃 现 象 。 此 。 用 压 但 有 为 采
力 成 型 制 备 了孕 育均 匀 性 良好 的 型 内孕 育块 。
维普资讯
ＥＸＰＥＲｌ ＥＮＴ ＆ ＲＥｓ Ｍ ＥＡ ＲＣＨ
文 章 编 号 ：０ １ ０３－８ ４５（ ００２ ０３－０ ６－０ ３ ２ ） ０Ｉ ２
薄 壁 铸 态 铁 素 体 球 墨 铸 铁 型 内孕 育 块 的研 究
张 元 好 ， 大 新 曾 （ 北 汽 车 工 业 学 院 湖 材 料 工 程 系 ， 北 湖 十 堰 ４４２ ００２ ）
料 放 在 模 具 中 用 ２ ｔ压 力 机 加 压 成 型 。然 后 将 制 ０ 备 成 型 的 孕 育 块 放 在 ４０－６ ａ 烘 箱 内 烘 烤 ２ ｈ ０ 【 ＝ －３ 后 ， 可 使用 。 即 收稿 日期 ：０ ２ ０ — ６ ２ ０ — ３ ０ 作 者简 介 ： 张元 好 （１ ７ ．－）， ， 士研 究 生 ， 师 。现 任 教 ９ １７ 男 硕 讲
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
实验编号
2010 年 12 月
下面是对得到的结果用极差分析法进行分析 ，
[O] 2.24 4.302 6.36 2.8 4.86 5.24 3.36 3.74 5.8
FeS 1 1 1 3 3 3 5 5 5
Fe2O3 5 10 15 5 10 15 5 10 15
Bi2O3 4 7 10 7 10 4 10 4 7
[2]
球墨铸铁的综合性能接近于钢 ， 基于其优异的 性能 ， 目前已成功地用于铸造一些受力复杂 、 强度 、 韧性 、 耐磨性要求较高的零件 。 球墨铸铁已迅速发 展为仅次于灰铸铁的 、 应用十分广泛的铸铁材料 。 我国球铁生产主要采用冶金用 75 硅铁作孕育剂 ， 这 种 硅 铁 中 对 孕 育 起 重 要 作 用 的 Ca 、Al 没 有 限 定 含 量范围 ， 其孕育效果不稳定 。 在球墨铸铁生产中 ， 铁 水中能否有足够多的硫化物和氧化物作为石墨结晶 的核心 ， 取决于原铁水的纯度和添加剂 、 保持时间和 温度以及冶金处理工艺 。 生产中通用的孕育剂硅铁
以对伸长率的影响 ， 最适水平为 3%FeS、10%Fe2O3、
4%Bi2O3。
新型孕育剂的主要作用是 ： 在加入金属元素的 同时 ， 引进一定浓度的非金属元素 （S 和 O）。 孕育剂 中反应能力强的 Ca 和 Si 与硫 、 氧作用后 ， 就会产生 较多的石墨晶核 。 另外 ，Bi 的加入会和稀土元素 Ce 等形成金属间化合物 CeBi 等也可以作为石墨形核 的异质核心 。 于是，通过瞬时孕育处理 ，在石墨生核过 程中 ， 将同时受益于钙 、 硅 、 硫 、 氧 、 铋的协同作用 ， 形 成更多的石墨核心 ， 从而使得石墨球数大幅度的增 加。 当然影响球墨铸铁件伸长率的因素很多 ，但石墨 球个数是一个很重要的因素 ， 除此之外 ， 基体组织的 构成以及合金化元素的含量都对其有一定的影响 。
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Ⅰi(Ⅱi，Ⅲi)= 第 i 列上对应水平 1（2，3）的数据和。 R1、R2、R3 为极差 ，表明因子对结果的影响幅度 。 计算结果汇总于表 4。
表 4 实验数据的分析 Tab.4 The analysis of test data
Ⅰ Ⅱ Ⅲ 9.9 16 14.55 -82.5 -79.5 -55.5 6.1 27 14.3 14.5 11.65 -70 -81 -66.5 2.85 14.5 14.7 14.35 11.4 -65 -76 -76.5 3.3 11.5 A B C R3 199 169 200 31 274 176 118 156 128 190 250 122 -
E-mail: syndwh@
《 热加工工艺 》 2010 年第 39 卷第 23 期
31
金属铸锻焊技术 Casting·Forging·Welding
表 1 孕育剂成分设计 ( 质量分数 ，％ ) Tab.1 Composition design of inoculants (wt％ )
2.2 孕育剂加入量的寻优
在得到上述结果后 ， 我们尝试了适当降低所设 计孕育剂的加入量 ， 看是否能达到同样的效果 。 于 是 ， 我们又设计了下一组实验 ， 即以 QT450-10 为原 铁液 ， 分别加入 0.05% 和 0.1% 两种不同含量的所示 孕育剂进行二次孕育处理 ， 具体成分如表 5 所示 。 通过对浇注出的 Y 型试样进行抗拉强度以及 伸长率的测试 ， 再对其进行金相组织观察 ， 可得到如
68 77 54 76 66 27 130 33 37
Development of A New Type of Ductile Iron Inoculant
WANG Wei, YU Huashun, CHEN Dawei
(Key Laboratory of Solid-liquid Structural Evolution and Processing of Materials (Ministry of Education), College of Materials Science and Engineering, Shandong University, Jinan 250061, China) Abstract ： By adding Bi2O3, FeS and Fe2O3 into calcium silicon, a new type of ductile iron inoculants was developed. By Ca-Bi-S-O coordination role, the number of graphite nodules greatly increases, the base structure and mechanical properties improves, especially, the elongation increases obviously. In addition, by changing the amount of the inoculant, it is determined that the optimal dosage of the inoculants is 0.1%. Key words ： inoculants; ductile cast iron; Bi
RE 0.041 0.038
Mg 0.041 0.045
ⅰ ⅱ ⅲ
QT5500-7 3.73 QT450-10 过球化处理以及一次孕育处理的原铁液在转 入浇注包时 ， 将用铝箔包好的孕育剂加入浇注包中 进行二次孕育处理 ， 处理后将铁水浇注进入事先做 好的 Y 型试块的树脂砂型中 ， 等 Y 型试块冷却后 ， 依次从 Y 型试块的底部相同部位截取试块 ， 制成标 准的抗拉试棒 （ 拉伸试验按国标 GB/T1348-2009 规 定执行 ）， 进行拉伸试验 ， 并取样进行微观组织的观 察 。 试样腐蚀前主要是利用金像显微镜观察石墨球 的形态以及分布 ， 然后用 3% 的硝酸酒精溶液腐蚀 试样来观察其基体组织 ， 并按照国家标准对照得出 珠光体的相对含量 （ 此过程按国标 GB/T 9441-2009 规定进行 ）。
CaSi 90 82 74 85 77 78 80 81 73
[Bi] 3.59 6.28 8.97 6.28 8.97 3.59 8.97 3.59 6.28
[S] 0.364 0.364 0.364 1.09 1.09 1.09 1.81 1.81 1.81
其中 ，Ⅰ 、Ⅱ 、Ⅲ ，ⅰ 、ⅱ 、ⅲ ，A、B 、C 分别为表 3 中各 对应列 （ 因子 ） 上 1、2、3 水平对于伸长率效应 、 抗拉 强度效应 、 石墨球数效应的值 ， 其计算式为 ：
合作用 ， 大幅增加了球墨铸铁的石墨球数 ， 改善了球墨铸铁的基体组织和力学性能 ， 尤其是伸长率得到了明显的提高 。 另外 ， 通过改变该孕育剂的加入量 ， 确定出该孕育剂的最佳加入量是 0.1%。 关键词 ： 孕育剂 ； 球墨铸铁 ； Bi 中图分类号 ：TG143.5 文献标识码 ：A 文章编号 ：1001-3814(2010)23-0031-03
随着工业技术的发展 ， 对铸铁力学性能的要求 也愈来愈高 。 提高铸铁材料力学性能的途径主要有 以下几种 ：① 改变铸铁的碳与硅之比 ； ② 孕育处理 ；
中还含有钙 、 钡 、 锶 、 锰和锆等金属元素 。 加入上述元 素 ， 主要目的是使其与铁中的硫和氧结合 ， 为石墨提 供有效的非均质结晶核心 [3]。 但是 ， 铁水中能起作用 的硫和氧是有限的 ， 孕育剂中添加元素的作用因而 也是有限的 ， 处理后可能形成的有效晶核的数量将 制约孕育的效果 。 另外 ， 含 Bi 孕育剂提高球铁石墨 球数的作用比任何其它孕育剂都显著 ， 可以设想它 将对改善球铁的组织和提高性能起到有益的作用 。 为了增强孕育效果 ， 现研制一种新型孕育剂 ， 其中含 有铋 、 钙 、 硫和氧 ， 使得孕育处理后 ， 球铁的微观组织 和力学性能都得到很大的改善 。
③热处理 ； ④ 合金化 。 其中孕育处理是比较简便而
又经济 、 行之有效的方法 。 孕育处理要有合适的孕
[1]
育剂 ， 孕育剂对铸铁件的质量 、 成本 ， 尤其对高档铸 铁件的发展有重要作用 。 孕育处理的作用在于改变 铸铁共晶结晶的凝固条件 ， 达到消除白口 、 促进石墨 化 、 细化晶粒 、 提高组织均匀性的目的 ， 从而改善铸 铁的力学性能和加工性能 。
3.25 4.4 2.25 6.15 4.25 5.6 4.9 5.85 3.8
570 555.5 534.5 537.5 537.5 549 544 547 545.5 562
-14.5 -35.5 -32.5 -32.5 -21 -26 -23 -24.5 -8
274 342 351 328 350 340 301 404 307 311
R1 R2
这里 ， 我们主要以孕育剂的添加对伸长率的影 响为主要因素来考虑进行下一步的实验 。 由表 4 可 得 ，FeS 加入量 3% 时 对伸长率的 增加效果 最明显 ；
Fe2O3 加 入 量 10% 时 对 伸 长 率 的 增 加 效 果 最 明 显 ； Bi2O3 加入量 4%时对伸长率的增加效果最明显 。 所
种物质各自取 3 个水平按照正交设计的方法设计出
9 种成分的孕育剂， 如表 1 所示。 实验中采用 QT500-7 和 QT450-10 两种原铁水 ， 化学成分如表 2
所示 。 在 工厂条件下 采 用 5 t 的 冷 风 冲 天 炉 冶 炼 2 炉 ， 然后采用稀土镁硅铁合金进行球化处理以及冶 金常用的 75 硅铁进行孕育处理 ， 在将铁水转入浇注 包时加入用铝箔包好的各种成分的孕育剂对铁水进 行二次孕育处理 。
表 2 QT500-7 和 QT450-10 的化学成分 ( 质量分数 ，％ )
Tab.2 Chemical composition of QT500-7 and QT450-10 (wt％ )
2010 年 12 月
下面是对得到的结果用极差分析法进行分析 ，
[O] 2.24 4.302 6.36 2.8 4.86 5.24 3.36 3.74 5.8
FeS 1 1 1 3 3 3 5 5 5
Fe2O3 5 10 15 5 10 15 5 10 15
Bi2O3 4 7 10 7 10 4 10 4 7
[2]
球墨铸铁的综合性能接近于钢 ， 基于其优异的 性能 ， 目前已成功地用于铸造一些受力复杂 、 强度 、 韧性 、 耐磨性要求较高的零件 。 球墨铸铁已迅速发 展为仅次于灰铸铁的 、 应用十分广泛的铸铁材料 。 我国球铁生产主要采用冶金用 75 硅铁作孕育剂 ， 这 种 硅 铁 中 对 孕 育 起 重 要 作 用 的 Ca 、Al 没 有 限 定 含 量范围 ， 其孕育效果不稳定 。 在球墨铸铁生产中 ， 铁 水中能否有足够多的硫化物和氧化物作为石墨结晶 的核心 ， 取决于原铁水的纯度和添加剂 、 保持时间和 温度以及冶金处理工艺 。 生产中通用的孕育剂硅铁
以对伸长率的影响 ， 最适水平为 3%FeS、10%Fe2O3、
4%Bi2O3。
新型孕育剂的主要作用是 ： 在加入金属元素的 同时 ， 引进一定浓度的非金属元素 （S 和 O）。 孕育剂 中反应能力强的 Ca 和 Si 与硫 、 氧作用后 ， 就会产生 较多的石墨晶核 。 另外 ，Bi 的加入会和稀土元素 Ce 等形成金属间化合物 CeBi 等也可以作为石墨形核 的异质核心 。 于是，通过瞬时孕育处理 ，在石墨生核过 程中 ， 将同时受益于钙 、 硅 、 硫 、 氧 、 铋的协同作用 ， 形 成更多的石墨核心 ， 从而使得石墨球数大幅度的增 加。 当然影响球墨铸铁件伸长率的因素很多 ，但石墨 球个数是一个很重要的因素 ， 除此之外 ， 基体组织的 构成以及合金化元素的含量都对其有一定的影响 。
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Ⅰi(Ⅱi，Ⅲi)= 第 i 列上对应水平 1（2，3）的数据和。 R1、R2、R3 为极差 ，表明因子对结果的影响幅度 。 计算结果汇总于表 4。
表 4 实验数据的分析 Tab.4 The analysis of test data
Ⅰ Ⅱ Ⅲ 9.9 16 14.55 -82.5 -79.5 -55.5 6.1 27 14.3 14.5 11.65 -70 -81 -66.5 2.85 14.5 14.7 14.35 11.4 -65 -76 -76.5 3.3 11.5 A B C R3 199 169 200 31 274 176 118 156 128 190 250 122 -
E-mail: syndwh@
《 热加工工艺 》 2010 年第 39 卷第 23 期
31
金属铸锻焊技术 Casting·Forging·Welding
表 1 孕育剂成分设计 ( 质量分数 ，％ ) Tab.1 Composition design of inoculants (wt％ )
2.2 孕育剂加入量的寻优
在得到上述结果后 ， 我们尝试了适当降低所设 计孕育剂的加入量 ， 看是否能达到同样的效果 。 于 是 ， 我们又设计了下一组实验 ， 即以 QT450-10 为原 铁液 ， 分别加入 0.05% 和 0.1% 两种不同含量的所示 孕育剂进行二次孕育处理 ， 具体成分如表 5 所示 。 通过对浇注出的 Y 型试样进行抗拉强度以及 伸长率的测试 ， 再对其进行金相组织观察 ， 可得到如
68 77 54 76 66 27 130 33 37
Development of A New Type of Ductile Iron Inoculant
WANG Wei, YU Huashun, CHEN Dawei
(Key Laboratory of Solid-liquid Structural Evolution and Processing of Materials (Ministry of Education), College of Materials Science and Engineering, Shandong University, Jinan 250061, China) Abstract ： By adding Bi2O3, FeS and Fe2O3 into calcium silicon, a new type of ductile iron inoculants was developed. By Ca-Bi-S-O coordination role, the number of graphite nodules greatly increases, the base structure and mechanical properties improves, especially, the elongation increases obviously. In addition, by changing the amount of the inoculant, it is determined that the optimal dosage of the inoculants is 0.1%. Key words ： inoculants; ductile cast iron; Bi
RE 0.041 0.038
Mg 0.041 0.045
ⅰ ⅱ ⅲ
QT5500-7 3.73 QT450-10 过球化处理以及一次孕育处理的原铁液在转 入浇注包时 ， 将用铝箔包好的孕育剂加入浇注包中 进行二次孕育处理 ， 处理后将铁水浇注进入事先做 好的 Y 型试块的树脂砂型中 ， 等 Y 型试块冷却后 ， 依次从 Y 型试块的底部相同部位截取试块 ， 制成标 准的抗拉试棒 （ 拉伸试验按国标 GB/T1348-2009 规 定执行 ）， 进行拉伸试验 ， 并取样进行微观组织的观 察 。 试样腐蚀前主要是利用金像显微镜观察石墨球 的形态以及分布 ， 然后用 3% 的硝酸酒精溶液腐蚀 试样来观察其基体组织 ， 并按照国家标准对照得出 珠光体的相对含量 （ 此过程按国标 GB/T 9441-2009 规定进行 ）。
CaSi 90 82 74 85 77 78 80 81 73
[Bi] 3.59 6.28 8.97 6.28 8.97 3.59 8.97 3.59 6.28
[S] 0.364 0.364 0.364 1.09 1.09 1.09 1.81 1.81 1.81
其中 ，Ⅰ 、Ⅱ 、Ⅲ ，ⅰ 、ⅱ 、ⅲ ，A、B 、C 分别为表 3 中各 对应列 （ 因子 ） 上 1、2、3 水平对于伸长率效应 、 抗拉 强度效应 、 石墨球数效应的值 ， 其计算式为 ：
合作用 ， 大幅增加了球墨铸铁的石墨球数 ， 改善了球墨铸铁的基体组织和力学性能 ， 尤其是伸长率得到了明显的提高 。 另外 ， 通过改变该孕育剂的加入量 ， 确定出该孕育剂的最佳加入量是 0.1%。 关键词 ： 孕育剂 ； 球墨铸铁 ； Bi 中图分类号 ：TG143.5 文献标识码 ：A 文章编号 ：1001-3814(2010)23-0031-03
随着工业技术的发展 ， 对铸铁力学性能的要求 也愈来愈高 。 提高铸铁材料力学性能的途径主要有 以下几种 ：① 改变铸铁的碳与硅之比 ； ② 孕育处理 ；
中还含有钙 、 钡 、 锶 、 锰和锆等金属元素 。 加入上述元 素 ， 主要目的是使其与铁中的硫和氧结合 ， 为石墨提 供有效的非均质结晶核心 [3]。 但是 ， 铁水中能起作用 的硫和氧是有限的 ， 孕育剂中添加元素的作用因而 也是有限的 ， 处理后可能形成的有效晶核的数量将 制约孕育的效果 。 另外 ， 含 Bi 孕育剂提高球铁石墨 球数的作用比任何其它孕育剂都显著 ， 可以设想它 将对改善球铁的组织和提高性能起到有益的作用 。 为了增强孕育效果 ， 现研制一种新型孕育剂 ， 其中含 有铋 、 钙 、 硫和氧 ， 使得孕育处理后 ， 球铁的微观组织 和力学性能都得到很大的改善 。
③热处理 ； ④ 合金化 。 其中孕育处理是比较简便而
又经济 、 行之有效的方法 。 孕育处理要有合适的孕
[1]
育剂 ， 孕育剂对铸铁件的质量 、 成本 ， 尤其对高档铸 铁件的发展有重要作用 。 孕育处理的作用在于改变 铸铁共晶结晶的凝固条件 ， 达到消除白口 、 促进石墨 化 、 细化晶粒 、 提高组织均匀性的目的 ， 从而改善铸 铁的力学性能和加工性能 。
3.25 4.4 2.25 6.15 4.25 5.6 4.9 5.85 3.8
570 555.5 534.5 537.5 537.5 549 544 547 545.5 562
-14.5 -35.5 -32.5 -32.5 -21 -26 -23 -24.5 -8
274 342 351 328 350 340 301 404 307 311
R1 R2
这里 ， 我们主要以孕育剂的添加对伸长率的影 响为主要因素来考虑进行下一步的实验 。 由表 4 可 得 ，FeS 加入量 3% 时 对伸长率的 增加效果 最明显 ；
Fe2O3 加 入 量 10% 时 对 伸 长 率 的 增 加 效 果 最 明 显 ； Bi2O3 加入量 4%时对伸长率的增加效果最明显 。 所
种物质各自取 3 个水平按照正交设计的方法设计出
9 种成分的孕育剂， 如表 1 所示。 实验中采用 QT500-7 和 QT450-10 两种原铁水 ， 化学成分如表 2
所示 。 在 工厂条件下 采 用 5 t 的 冷 风 冲 天 炉 冶 炼 2 炉 ， 然后采用稀土镁硅铁合金进行球化处理以及冶 金常用的 75 硅铁进行孕育处理 ， 在将铁水转入浇注 包时加入用铝箔包好的各种成分的孕育剂对铁水进 行二次孕育处理 。
表 2 QT500-7 和 QT450-10 的化学成分 ( 质量分数 ，％ )
Tab.2 Chemical composition of QT500-7 and QT450-10 (wt％ )