專利名稱：一種孕育鑄鐵及其制備方法
技術領域：
本發明屬于金屬材料領域，涉及一種孕育鑄鐵及其制備方法。
背景技術：
在金屬材料領域中，鑄鐵的性能及制備是研究的熱點。專利號為200910068334. I、名稱為高鉻鑄鐵復合孕育劑及其制備方法的發明專利，公開了一種含鉻的鑄鐵合金，該高鉻鑄鐵復合孕育劑是一種納米晶的稀土硅鐵+硼鐵的高鉻鑄鐵復合孕育劑，由Fe-Ce-Si-Ca中間合金和Fe-B中間合金組成，其重量比為Fe-Ce-Si-Ca中間合金Fe-B中間合金=I 0.07 O. 13。該高鉻鑄鐵復合孕育劑的制備方法是以元素組成為30. 7% Fe,30% Ce,37. 5% Si和I. 8% Ca的商購Fe-Ce-Si-Ca中間合金和元素組成為 78. 61% Fe、20. 76% Β、0· 35% Si 和雜質(O. 108% A1+0. 018% P+0. 15% C+0. 004% S)的商購Fe-B中間合金為原料，按重量比為Fe-Ce-Si-Ca中間合金Fe-B中間合金=I O. 07 O. 13混合，放入水冷銅坩堝內，調節電極位置，使之與坩堝內的原料合金顆粒之間的距離為O. 5 I. 5mm，關閉爐門、進料口、出料口和放氣閥，抽真空至高于5 X 10_3Pa后，用氬氣洗爐，隨后充入氬氣至O. 04 O. 05Pa,起弧后調節弧電流逐步上升至500 600A,將坩堝內的原料合金熔化，待該合金全部熔化成液態時，傾斜該坩堝得到平均厚度為O. 2 O. 5mm，平均寬度為O. 3 O. 7mm，平均長度為O. 8 I. 5mm,晶粒小于IOOnm的薄片狀的納米晶的稀土娃鐵+砸鐵的聞絡鑄鐵復合孕育劑。該方法制備復雜，材料成本聞，效果也不好，因此缺乏市場競爭力。
發明內容
本發明的目的就是針對上述技術缺陷，提供一種孕育鑄鐵，該孕育鑄鐵具有良好的綜合性能，材料成本低。本發明的另一目的是提供上述孕育鑄鐵的制備方法，該制備方法工藝簡單，生產成本低，操作安全，適于工業化生產。本發明的目的是通過以下技術方案實現的
一種孕育鑄鐵，各成分的重量百分含量如下C 3. 3-3. 5 %, Si I. 3-1. 5 %,Mn I. 3-1. 6 %, P O. 03-0. 05 %, S O. 06-0. 07 %, Cr 21-23 %, Nd O. 25-0. 29 %, SnO. 25-0. 29%, Ti O. 25-0. 29%, Se O. 25-0. 29%，其余為 Fe。一種所述孕育鑄鐵的制備方法，包括如下步驟
(O按照孕育鑄鐵的成分稱取各原料鉻的純度大于99. 5% ；Si以75硅鐵中間合金的方式加入；Mn以65錳鐵中間合金的方式加入；鐵以20鋼的方式加入；C以含碳99. 9%的石墨方式加入；Nd、Sn、Se和Ti以Nd-Sn-Se-Ti-Zn鐵合金粉方式加入，所述Nd-Sn-Se-Ti-Zn鐵合金粉的顆粒直徑為1-3 mm、成分及含量為Nd 5%、Sn 5%、Se 5%、Ti 5%、Zn 5%、余為鐵；所有百分數均為重量百分數；
(2)先將75硅鐵中間合金、65錳鐵中間合金、20鋼、鉻、石墨加入感應爐中熔化形成合金液，熔化溫度為1500-1520°C ；
(3)將Nd-Sn-Se-Ti-Zn鐵合金粉放入堤壩式澆包中的凹坑中，然后覆蓋草木灰，將所述合金液澆注澆包，鑄造成鑄錠；所述澆注溫度為1450 1500°C ；
(4)將所述鑄錠加熱至980 1000°C并保溫4-6小時，空淬，回火后得到孕育鑄鐵。步驟(4)中回火溫度為220_240°C。本發明相比現有技術的有益效果如下
Nd具有變質作用。變質作用主要表現在使鑄態純鐵的二次枝晶臂間距減小，細化組織；最重要的是，稀土能改變夾雜物的性質、形態和分布，從而提高鑄鐵的各項性能。Ti在一定含量范圍內，能細化晶粒，提高鑄件強度和品質系數，略微增加硬度。N d、Ti結合可改善晶界和抑制局部弱化，影響相變和改善組織，影響雜質元素的溶解度和其它微量元素的交互作用等。Se具有成核的基地作用，形成高熔點夾雜物作為非自發形核核心，沿晶界富集抑制晶粒長大，細化晶粒；并且能提高鑄件硬度。Nd、Ti、Se、Sn結合改善碳化物形態。Sn在鑄鐵中是作為有效合金元素添加，和Se —樣能夠改善碳化物形態。Nd、Ti、Se、Sn結合可大大提高材料的強度和韌性。Cr是提高淬透性的元素，鉻提高合金的高溫強度、高溫硬度和回火穩定性。同時，鉻形成硬化型碳化物，使合金具有高的熱強性。C可和Cr形成有效化合物，提高材料的硬度和彈性模量。 Si、Mn固溶于鐵基體中能提高材料的強度。Zn在揮發中將液態合金中的雜質帶出合金,起到除雜的作用。本發明孕育鑄鐵利用Nd、Ti、Se、Sn的有機結合，細化了基體組織，改善碳化物形態，有效發揮了碳化物增強增硬的作用，使合金的綜合力學性能得到改善。本發明孕育鑄鐵的制備方法工藝簡單，生產成本低，操作安全，適于工業化生產。四
圖I為本發明實施例一制得的孕育鑄鐵的組織圖。由圖I可以看到材料組織致密。五具體實施例方式 以下各實施例僅用作對本發明的解釋說明。實施例I
孕育鑄鐵，各成分的重量百分含量如下C 3.3%、Si 1.3%、Mn 1.3%、P O. 03%, SO. 06%, Cr 21%, Nd O. 25%, Sn O. 25%, Ti O. 25%, Se O. 25%和其余為 Fe。制備方法如下
(I)按照孕育鑄鐵的成分稱取各原料，鉻的純度大于99. 5% ;Si以75硅鐵中間合金的方式加入；Mn以65錳鐵中間合金的方式加入；鐵以20鋼的方式加入；C以含碳99. 9%的石墨方式加入；Nd、Sn、Se和Ti以Nd-Sn-Se-Ti-Zn鐵合金粉方式加入，所述Nd-Sn-Se-Ti-Zn鐵合金粉的顆粒直徑為1-3 mm、成分及含量為Nd 5%、Sn 5%、Se 5%、Ti 5%、Zn 5%、余為鐵；所有百分數均為重量百分數。孕育鑄鐵中的P和S由20鋼、75硅鐵中間合金和65錳鐵中間合金帶入。雖然Nd-Sn-Ti-Se-Zn鐵合金粉中含有Zn，但是在高溫下，Zn揮發了。(2)先將75硅鐵中間合金、65錳鐵中間合金、20鋼、鉻、石墨加入感應爐中熔化形成合金液，熔化溫度為1500°C ；(3)將Nd-Sn-Se-Ti-Zn鐵合金粉放入堤壩式澆包中的凹坑中，然后覆蓋草木灰，將所述合金液澆注澆包，5分鐘后，將澆包中的液體澆入鋼制金屬型形成鑄錠，鑄錠形狀為直徑100-200mm、高度200-400mm的圓柱體；所述澆注溫度為1450°C。(4)將所述鑄錠加熱至980°C并保溫4小時，空淬，回火后得到孕育鑄鐵。回火溫度為220°C。實施例2 孕育鑄鐵，各成分的重量百分含量如下C 3.5%、Si 1.5%、Mn 1.6%, P O. 05%, SO. 07%, Cr 23%, Nd O. 29%, Sn O. 29%, Ti O. 29%, Se O. 29%和其余為 Fe。制備方法如下
(I)按照孕育鑄鐵的成分稱取各原料，鉻的純度大于99. 5% ;Si以75硅鐵中間合金的方式加入；Mn以65錳鐵中間合金的方式加入；鐵以20鋼的方式加入；C以含碳99. 9%的石墨方式加入；Nd、Sn、Se和Ti以Nd-Sn-Se-Ti-Zn鐵合金粉方式加入，所述Nd-Sn-Se-Ti-Zn鐵合金粉的顆粒直徑為1-3 mm、成分及含量為Nd 5%、Sn 5%、Se 5%、Ti 5%、Zn 5%、余為鐵；所有百分數均為重量百分數。孕育鑄鐵中的P和S由20鋼、75硅鐵中間合金和65錳鐵中間合金帶入。雖然Nd-Sn-Ti-Se-Zn鐵合金粉中含有Zn,但是在高溫下，Zn會揮發。(2)先將75硅鐵中間合金、65錳鐵中間合金、20鋼、鉻、石墨加入感應爐中熔化形成合金液，熔化溫度為1510°C ；
(3)將Nd-Sn-Se-Ti-Zn鐵合金粉放入堤壩式澆包中的凹坑中，然后覆蓋草木灰，將所述合金液澆注澆包，8分鐘后，將澆包中的液體澆入鋼制金屬型形成鑄錠，鑄錠形狀為直徑100-200mm、高度200-400mm的圓柱體；所述澆注溫度為1475°C。(4)將所述鑄錠加熱至990°C并保溫5小時，空淬，回火后得到孕育鑄鐵。回火溫度為230°C。實施例3
孕育鑄鐵，各成分的重量百分含量如下C 3.4%, Si 1.4%, Mn 1.5%、P O. 04%, SO. 06%, Cr 22%, Nd O. 27%, Sn O. 27%, Ti O. 27%, Se O. 27%和其余為 Fe。(I)按照孕育鑄鐵的成分稱取各原料，鉻的純度大于99. 5% ；Si以75硅鐵中間合金的方式加入；Mn以65錳鐵中間合金的方式加入；鐵以20鋼的方式加入；C以含碳99. 9%的石墨方式加入；Nd、Sn、Se和Ti以Nd-Sn-Se-Ti-Zn鐵合金粉方式加入，所述Nd-Sn-Se-Ti-Zn鐵合金粉的顆粒直徑為1-3 mm、成分及含量為Nd 5%、Sn 5%、Se 5%、Ti5%、Zn 5%、余為鐵；所有百分數均為重量百分數。孕育鑄鐵中的P和S由20鋼、75硅鐵中間合金和65錳鐵中間合金帶入。雖然Nd-Sn-Ti-Se-Zn鐵合金粉中含有Zn，但是在高溫下，Zn會揮發。(2)先將75硅鐵中間合金、65錳鐵中間合金、20鋼、鉻、石墨加入感應爐中熔化形成合金液，熔化溫度為1520°C ；
(3)將Nd-Sn-Se-Ti-Zn鐵合金粉放入堤壩式澆包中的凹坑中，然后覆蓋草木灰，將所述合金液澆注澆包，10分鐘后，將澆包中的液體澆入鋼制金屬型形成鑄錠，鑄錠形狀為直徑100-200mm、高度200-400mm的圓柱體；所述澆注溫度為1500°C。(4)將所述鑄錠加熱至990°C并保溫5小時，空淬，回火后得到孕育鑄鐵。回火溫度為240°C。
實施例4
孕育鑄鐵，各成分的重量百分含量如下C 3.0%, Si 1.2%、Mn 1.2%、P O. 03%, SO. 06%, Cr 20%, Nd O. 20%, Sn O. 20%, Ti O. 20%, Se O. 20%和其余為 Fe。制備方法同實施例I中的方法。其制備方法同實施例I。實施例5
孕育鑄鐵，各成分的重量百分含量如下C 4%, Si I. 6%, Mn 1.7%、P O. 05%, S
O.07%, Cr 24%, Nd O. 3%, Sn O. 3%, Ti O. 3%, Se O. 3%和其余為 Fe。制備方法同實施例I中的方法。 其中實施例I制備的孕育鑄鐵的組織圖見圖1，可以看到材料的組織致密。各實施例制備的孕育鑄鐵的性能見表I。由表I可見，在本發明配方范圍內制備的孕育鑄鐵，具有較高的抗拉強度、斷后伸長率和彈性模量。但是超出本申請配比范圍(實施例4和5)，會降低孕育鑄鐵的抗拉強度、斷后伸長率和彈性模量。表I 各材料的性能對比
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權利要求
1.一種孕育鑄鐵，各成分的重量百分含量如下C 3. 3-3. 5 %, Si I. 3-1. 5 %,Mn I. 3-1. 6 %, P O. 03-0. 05 %, S O. 06-0. 07 %, Cr 21-23 %, Nd O. 25-0. 29 %, SnO. 25-0. 29%, Ti O. 25-0. 29%, Se O. 25-0. 29%，其余為 Fe。
2.—種權利要求I所述孕育鑄鐵的制備方法，其特征在于包括如下步驟 (O按照孕育鑄鐵的成分稱取各原料鉻的純度大于99. 5% ；Si以75硅鐵中間合金的方式加入；Mn以65錳鐵中間合金的方式加入；鐵以20鋼的方式加入；C以含碳99. 9%的石墨方式加入；Nd、Sn、Se和Ti以Nd-Sn-Se-Ti-Zn鐵合金粉方式加入，所述Nd-Sn-Se-Ti-Zn鐵合金粉的顆粒直徑為1-3 mm、成分及含量為Nd 5%、Sn 5%、Se 5%、Ti 5%、Zn 5%、余為鐵；所有百分數均為重量百分數； (2)先將75硅鐵中間合金、65錳鐵中間合金、20鋼、鉻、石墨加入感應爐中熔化形成合金液，熔化溫度為1500-1520°C ； (3)將Nd-Sn-Se-Ti-Zn鐵合金粉放入堤壩式澆包中的凹坑中，然后覆蓋草木灰，將所述合金液澆注澆包，鑄造成鑄錠；所述澆注溫度為1450 1500°C ； (4)將所述鑄錠加熱至980 1000°C并保溫4-6小時，空淬，回火后得到孕育鑄鐵。
3.根據權利要求2所述孕育鑄鐵的制備方法，其特征在于步驟(4)中回火溫度為220-240 °C。
全文摘要
本發明提供一種孕育鑄鐵及其制備方法，屬于金屬材料領域，涉及一種孕育鑄鐵及其制備方法。孕育鑄鐵，各成分的重量百分含量如下C3.3-3.5％，Si1.3-1.5％，Mn1.3-1.6％，P0.03-0.05％，S0.06-0.07％，Cr21-23％，Nd0.25-0.29％，Sn0.25-0.29％，Ti0.25-0.29％，Se0.25-0.29％，其余為Fe。制備方法為稱取各原料，制備合金液，將Nd-Sn-Se-Ti-Zn加入合金液中，鑄造成鑄錠，加熱并保溫，空淬，回火后得到孕育鑄鐵。該孕育鑄鐵具有良好的綜合性能，材料成本低，制備簡單。
文檔編號C22C37/06GK102864368SQ20121038908
公開日2013年1月9日 申請日期2012年10月15日 優先權日2012年10月15日
發明者張群, 趙浩峰, 王玲, 劉光宇, 邱奕婷, 張詠, 林瑩瑩, 鄭澤昌, 張金花, 陸陽平 申請人:南京信息工程大學