專利名稱：用于鑄鐵后期孕育的孕育劑丸粒的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及液態(tài)鑄鐵的后期處理，即所謂的“型內(nèi)”處理，計劃使用該鑄鐵來制造希望不含碳化鐵的結(jié)構(gòu)的零件。
該處理主要涉及孕育處理。
“型內(nèi)”處理在于將鑄鐵處理產(chǎn)品置于液態(tài)鑄鐵鑄造體系內(nèi)。
現(xiàn)有技術(shù)鑄鐵是熟知的鐵-碳-硅合金且廣泛用于機械零件的制造。眾所周知，為了使這些零件獲得良好的機械性能，有必要在最后獲得鐵+石墨的結(jié)構(gòu)且盡可能地防止使合金變脆的Fe3C型碳化鐵的形成。
因此如果需要被稱為“SG鐵”的球狀石墨鑄鐵，優(yōu)選形成的石墨為球狀而不是層狀，然而如果需要被稱為“LG鐵”的層狀石墨鑄鐵，需要滿足的基本先決條件是防止碳化鐵的形成。
對此，在鑄造之前對液態(tài)鑄鐵進行孕育處理，這將在其冷卻時有利于石墨的出現(xiàn)，而不是碳化鐵。
因此孕育處理非常重要。實際上，眾所周知無論使用何種孕育劑，對于液態(tài)鑄鐵該孕育具有一定的效率，該效率隨時間減小并且通常在幾分鐘后會減小50％。為了獲得最大的效率，本領(lǐng)域的技術(shù)人員通常實行逐步孕育，通過在鑄鐵制備的不同階段進行幾次孕育劑的添加達到這個目的；最后的添加是在注入鑄模時在“型內(nèi)”進行或甚至是通過在液態(tài)鑄鐵的通道上放置由孕育材料組成的嵌入物在該鑄模的進料導(dǎo)管中進行。這些嵌入物通常聯(lián)合過濾器一起使用；在這種情形中，這些嵌入物通常具有完美的規(guī)定形狀以便能夠安置在過濾器中，最常見的是在適合的孔穴中；這些規(guī)定形狀的嵌入物已知為丸粒狀。我們將通過“孕育過濾器”的名字來表示由小塊(slug)和過濾器組成的裝置。
由兩種類型的丸粒
-通過對熔融孕育劑進行模制處理獲得的“模制”丸粒。
-由通常具有極少量粘結(jié)劑或甚至不含粘結(jié)劑的壓制粉末獲得的結(jié)塊丸粒。
本領(lǐng)域中的技術(shù)人員認為模制顆粒具有最好的品質(zhì)；然而，通常因為成本的原因優(yōu)選使用結(jié)塊丸粒。
發(fā)明目的本發(fā)明的目的是通過粉狀孕育劑的結(jié)塊獲得的，可以用于鑄鐵后期孕育的丸粒，其特征在于組成該丸粒的粉狀孕育劑中50-250μm的顆粒部分的質(zhì)量比為35至60％，且優(yōu)選為40至50％，而且小于50微米的顆粒部分的質(zhì)量比小于25％，且優(yōu)選20％。該粉末的顆粒尺寸優(yōu)選小于1mm。
發(fā)明描述在鑄鐵制備的不同階段實施孕育的本領(lǐng)域的技術(shù)人員在工藝中使用的產(chǎn)品，該產(chǎn)品越細加入該孕育劑的時間越晚；其邏輯為上游制品具有所有必需的時間來溶解而當它們到達鑄模入口時，它們在凝固之前只有幾秒鐘時間。
這樣，通常在預(yù)孕育中使用2/10mm的粒度范圍，在鐵水包(ladle)處理階段為0.2/2mm，而當澆注鐵水包時對于橫澆道孕育為0.2/0.7mm。這種應(yīng)用實際上注意到了試驗車間中預(yù)想不到的現(xiàn)象。
對于相同劑量的孕育劑，在液態(tài)鑄鐵中形成的石墨核的數(shù)目隨加入該孕育裝置中的孕育顆粒的數(shù)目而增加。
因此如果在相同的條件下用具有不同顆粒尺寸分布的相同孕育劑對兩個鑄鐵的鐵水包進行處理，用較細(finest)產(chǎn)品處理的鑄鐵將比用較粗制品處理的鑄鐵包含更多的石墨核；這些核在尺寸上也將更小。
在使用結(jié)塊小塊處理的“型內(nèi)”處理過程中觀察到了相同的現(xiàn)象；使用由較細粉末獲得的小塊處理的鑄鐵將比使用由較粗粉末獲得的丸粒處理的鑄鐵包含更多的石墨核；這些核在尺寸上也將更小。
這種相當出乎意料的觀察結(jié)果可能具有有利的應(yīng)用，因為它可以使控制鑄鐵零件中的石墨核的密度并從而控制產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)成為可能。
這樣為了以這種方式獲得具有最大孕育效率的丸粒，申請人已經(jīng)制備了0/1mm范圍的粉末，該粉末具有以下列方式定義的特殊的內(nèi)部顆粒尺寸分布1mm通過100％。
50μ至250μ之間的部分30％至60％，且優(yōu)選40至50％。
小于50μ的部分小于25％且優(yōu)選小于20％。
這種類型的粉末易于結(jié)塊，這使得利用較低比例的粘結(jié)劑的操作成為可能。因此對于眾所周知的粘結(jié)劑硅酸鈉，根據(jù)所使用的可以從50變化至500Mpa的壓力，每100g粉末0.3cm3至3cm3的硅酸鈉用量是足夠的；因為該丸粒的機械性能可以容易地獲得，可以利用壓力和粘結(jié)劑百分比的參數(shù)來控制丸粒的分散速度而不影響其機械性能。
然而經(jīng)驗顯示不能通過自然破碎來獲得上面定義的顆粒尺寸分布。具有這種顆粒尺寸分布的粉末的制備需要一定劑量分別進行制備的尺寸分數(shù)。
可以通過混合不同基本產(chǎn)物的粉末，或以合金粉末的形式，或者通過混合不同合金的粉末來獲得該孕育組合物。
實施例下列實施例1至5涉及SG鑄鐵；實施例6涉及LG鑄鐵的情形。
實施例1獲得了一批現(xiàn)有技術(shù)的市售結(jié)塊孕育劑丸粒A并對其進行了分析；該分析結(jié)果表明Si＝72.1％，Al＝2.57％，Ca＝0.52％。
然后在感應(yīng)爐中由FeSi75合成一批與前述批次的分析結(jié)果盡可能接近的熔融孕育劑，并通過添加鈣的硅化物，鋁然后是鐵調(diào)節(jié)其強度；然后將這批孕育劑鑄成25克模制丸粒。
對這批丸粒B進行取樣和分析，其結(jié)果表明Si＝72.4％，Al＝2.83％，Ca＝0.42％。
實施例2在感應(yīng)爐中熔化鑄鐵爐料然后通過Tundish Cover工藝使用具有5％Mg，2％Ca，和2％TR的FeSiMg型合金并以每1600kg鑄鐵20kg合金的劑量對爐料進行處理。
對這種液態(tài)鑄鐵的分析結(jié)果表明C＝3.7％，Si＝2.5％，Mn＝0.09％,P＝0.03％，S＝0.003％，Mg＝0.042％。
其共晶溫度為1141℃。
使用這種鑄鐵來鑄造具有約1kg單位質(zhì)量的零件，置于具有20個零件模具的組件中，通過其中放置由過濾器支撐的模制丸粒的流入導(dǎo)管來澆注，該過濾器由平均孔直徑為5mm的耐火泡沫材料組成。
所用的模制丸粒來自批次B。
通過金相顯微法在該零件的橫截面上觀察到的石墨球的數(shù)目為184/mm2。
實施例3以相同的方式重復(fù)實施例2，唯一不同的是用根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)塊丸粒代替來自批次B的模制丸粒，該結(jié)塊丸粒是通過將粉末壓制至0/2mm，該粉末是通過對由與前述實施例使用的相同的批次B得到的模制丸粒進行自然破碎得到的。
這種粉末的顆粒尺寸分布為2mm通過100％0.4mm通過42％，0.2mm通過20％，50μ通過10％，即與Foseco專利EP 0,234,825中推薦的分布相當接近的顆粒尺寸分布。
通過金相顯微法在該零件橫截面上觀察到的石墨球的數(shù)目為168/mm2。
實施例4以相同的方式重復(fù)實施例3，唯一的不同是該模制丸粒來自批次A。通過金相顯微法在該零件橫截面上觀察到的石墨球的數(shù)目為170/mm2。
實施例5以下列條件重復(fù)實施例3
將來自批次B的25kg模制丸粒破碎至0/1mm。
通過過篩分離為0.63/1mm；0.40/0.63mm；0.25/0.40mm；0.050/0.25mm和0/0.050mm幾個部分。
獲得了3.5kg的0.63/1mm；3.9kg的0.40/0.63mm；4.2kg的0.25/0.40mm；7.1kg的0.050/0.25mm和6.1kg的0/0.050mm。
通過混合以下部分制備得到合成粉末2kg的0.63/1mm，2kg的0.40/0.63mm，2kg的0.25/0.40mm，7kg的0.050/0.25mm，和2kg的0/0.050mm。
向15kg這些粉末中加入150cm3硅酸鈉和150cm310N的氫氧化鈉。
使用獲得的混合物制成直徑24mm，高度22mm的圓柱形結(jié)塊丸粒。作用在丸粒上使其成形的壓力為285Mpa并持續(xù)1秒鐘。
將成形的丸粒在仔細通風的場所內(nèi)在25℃下存貯8小時，然后在110℃下烘干4小時。所得到的25kg單位質(zhì)量的丸粒以批次C表示。
然后使用與陶瓷泡沫材料過濾器組合的來自批次C的丸粒重復(fù)實施例3，該泡沫材料過濾器與實施例2中所使用的過濾器相同。通過金相顯微法在該零件橫截面上觀察到的石墨球的數(shù)目為234/mm2。
實施例6以下列條件重復(fù)實施例5在感應(yīng)爐內(nèi)熔化1600kg鑄鐵爐料從液態(tài)金屬中取樣并進行分析。
分析結(jié)果表明C＝3.15％，Si＝1.82％，Mn＝0.71％，P＝0.15％，S＝0.08％。
其共晶溫度為1136℃。
使用該鑄鐵來鑄造具有約1kg單位質(zhì)量的零件，置于具有20個零件模具的組件中，通過其中放置由過濾器支撐的模制丸粒的流入導(dǎo)管來澆注，該過濾器由平均孔直徑為5mm的耐火泡沫材料組成。
所用的模制丸粒來自批次C。
通過金相顯微法在該零件橫截面上觀察到的共晶晶粒的數(shù)目為310/mm2。
權(quán)利要求
1.一種通過粉狀孕育劑的結(jié)塊獲得的，可以用于鑄鐵后期孕育的丸粒，其特征在于組成該丸粒的該粉狀孕育劑中50-250μm的顆粒部分的質(zhì)量比為35至60％，且小于50μm的顆粒部分的質(zhì)量比小于25％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的丸粒，其特征在于該粉狀孕育劑具有小于1mm的顆粒尺寸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2中之一的丸粒，其特征在于組成該丸粒的該粉狀孕育劑中50-250μm的顆粒部分的質(zhì)量比為40至50％，且小于50μm的顆粒部分的質(zhì)量比小于20％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中之一的丸粒，其特征在于用于制備該丸粒的粉狀孕育劑是兩種或多種孕育劑粉末合金的摻混物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中之一的丸粒，其特征在于用于制備該丸粒的粉狀孕育劑是兩種或多種產(chǎn)品的摻混物，構(gòu)成混合孕育劑。
全文摘要
一種通過粉狀孕育劑的結(jié)塊獲得的并可以用于鑄鐵后期孕育的丸粒，其中組成該丸粒的該粉狀孕育劑中50－250μm的顆粒部分的質(zhì)量比為35至60％，且小于50μm的顆粒部分的質(zhì)量比小于25％。
文檔編號B22D27/00GK1615192SQ03802083
公開日2005年5月11日 申請日期2003年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月10日
發(fā)明者T·馬格里亞 申請人:皮奇尼電冶公司