專利名稱：一種制備球墨鑄鐵的方法
技術領域：
本發明涉及球墨鑄鐵的制備方法，特別是采用能束(如激光束、電子束、等離子體束、焊機電弧)熱源熔煉制備球墨鑄鐵的方法。
背景技術：
球墨鑄鐵因為其碳在鑄鐵中呈球狀而具有較好的力學性能，因而其應用極為廣泛。傳統的球墨鑄鐵熔煉制備工藝如下1.根據球墨鑄鐵的化學成分以各成分所占質量比例，選擇原材料。一般原材料包括生鐵，廢鋼料，焦炭、脫硫劑、球化劑、增碳劑、預處理劑等。2.材料的熔煉，具體的熔煉工藝過程如下1)主要原料熔化，得到鐵液，包括生鐵，廢低碳鋼料等。2)預處理，具體做法是在出鐵液前利用爐內加入預處理劑的方法改善鐵液的冶金性能。例如加入主要以鋇為主、以鑭為輔的預處理劑。3)球化處理，在經過預處理的鐵液出爐前采用某種方法(如包內沖入法)加入球化劑(如鎂硅鐵合金或是稀有元素球化劑)，使結晶的石墨成球狀析出。4)孕育處理，待球化劑加入后，再加入孕育劑(如鎵、鋁、硅鐵孕育劑)進行孕育處理。防止因球化劑的加入使得球墨鑄鐵的過冷傾向增大，從而減少碳化物的析出，促進析出大量細小而圓整的石墨球。5)鑄鐵材料的脫模和后處理。
發明內容
本發明的目的在于提供一種制備球墨鑄鐵的方法，該方法避免了上述傳統制備過程中中間處理工藝多、工藝參數控制嚴格的特點，克服了球墨鑄鐵熔煉過程中球化級別不高，球墨分布不均的缺陷。本發明提供的一種制備球墨鑄鐵的方法，其步驟為第1步原料選擇按照待制備的球墨鑄鐵的成分以及各組分質量比例確定化學成分及各化學成分的質量比例，并且所使用的原料中的碳元素以顆粒狀石墨的形式存在，且其尺寸等級等于待制備的球墨鑄鐵中石墨的尺寸等級，得到原料；第2步原料熔煉在保護介質或是真空環境下，對原料進行熔煉，之后冷卻得到球墨鑄鐵。本發明只需要按照球墨鑄鐵中石墨的尺寸等級(GB9441-88)選定相當的顆粒狀的石墨，其余的成分按球墨鑄鐵中元素成分及質量比例要求選配，然后按照能束熱源的特點熔煉原料，即可得到球化率達到90%以上，分布均勻的球墨鑄鐵材料。與現有技術相比， 本方法具有如下特點
1、原材料中顆粒狀石墨的尺寸等級基本決定了待制備的球墨鑄鐵中石墨的尺寸等級。2、采用能束熱源熔煉制備過程中，制備過程一次完成，沒有中間處理工藝，避免了傳統球墨鑄鐵熔煉制備過程中預處理、球化處理以及孕育處理等一系列工藝，而且克服了熔煉過程中工藝參數控制嚴格的特點，同時避免了傳統球墨鑄鐵熔煉制備過程中原料組分分不同時間，不同溫度段加入的特點。3、原材料按照待制備的球墨鑄鐵所要求的材料成分選擇，熔煉制備過程一次完成，不需要預處理劑，球化劑以及孕育劑等，避免了熔煉過程中由于球墨鑄鐵材料成分不同而需選擇相適應的球化劑、孕育劑、預處理劑的特點。
圖1是高鎳球墨鑄鐵的金相照片(XlOO)；圖2是球墨鑄鐵的金相照片(XlOO)；圖3是球墨鑄鐵的金相照片(XlOO)。
具體實施例方式本發明所提供的一種制備球墨鑄鐵的方法，其步驟為1)原料的選擇有二點依據，①按照待制備的球墨鑄鐵的成分以及各組分質量比例確定化學成分及各化學成分的質量比例；②本發明方法適用于制備各種球墨鑄鐵，但要求所使用的原料中的碳元素以顆粒狀石墨的形式存在，同時，根據待制備的球墨鑄鐵中石墨的尺寸等級要求，則原材料中選擇相當尺寸的顆粒狀石墨。通常而言，原料選擇粉末或顆粒材料，尤其是在以激光束、電子束、等離子體束等作為熱源時，但在以焊機作為熱源，需將原料選擇后做成絲材。2)原料的熔煉在保護介質(保護氣體、焊劑等)或是真空環境下，對選擇的原料進行熔煉，之后冷卻得到球墨鑄鐵。舉例如下I.選擇焊機提供熱源時，如選擇埋弧焊機，則選擇與焊絲相適應的焊劑保護；如選擇MIG/MAG焊機時，采用氬氣保護，之后根據焊絲的直徑選擇參數如電壓、電流、送絲速度等進行熔煉。II.選擇激光束提供熱源，則選擇氬氣或氮氣保護或是采用真空環境，然后設定好功率，掃描方式與速度等參數進行熔煉。III.選擇電子束提供熱源，則選擇真空環境，設定加速電壓，束流，以及初始工作高度和掃面方式、速度和頻率等相關參數，進行熔煉。IV.選擇等離子體束提供熱源，需選擇氬氣保護，根據粉末材料成分，選擇相應的氬氣流量、電流，電壓以及冷卻水設置等進行熔煉。本發明方法對熔煉的工藝過程本身沒有特殊的要求，可以根據選擇的熱源，采用現有的或其它工藝方法對原料進行熔煉。實例1 采用MIG焊機制備石墨球為6級(GB9441-88)的高鎳球墨鑄鐵按表1中的各成分及配比制作焊絲；其中碳選擇過400目篩石墨，采用有氬氣保護的MIG焊機，對焊絲進行熔煉，其工藝參數為在12升/分鐘氬氣的保護氣氛下，設定焊接電壓為30伏特，電流為300安培，送絲速度為35米/小時，熔煉直徑為2. 0毫米焊絲，冷卻。將冷卻之后的材料，金相觀察得到照片如圖1所示，按照石墨的球化分級 (GB9941-88)，本發明中石墨球化等級以及石墨直徑分級為6級，測試得到的力學性能如表 2所示。表1化學成分
權利要求
1. 一種制備球墨鑄鐵的方法，其步驟為 第1步原料選擇按照待制備的球墨鑄鐵的成分以及各組分質量比例確定化學成分及各化學成分的質量比例，并且所使用的原料中的碳元素以顆粒狀石墨的形式存在，且其尺寸等級等于待制備的球墨鑄鐵中石墨的尺寸等級，得到原料； 第2步原料熔煉在保護介質或是真空環境下，對原料進行熔煉，之后冷卻得到球墨鑄鐵。
全文摘要
本發明公開了一種制備球墨鑄鐵的方法，首先按照待制備的球墨鑄鐵的成分以及各組分質量比例確定化學成分及各化學成分的質量比例，并且所使用的原料中的碳元素以顆粒狀石墨的形式存在，且其尺寸等級等于待制備的球墨鑄鐵中石墨的尺寸等級，得到原料；然后在保護介質或是真空環境下，對原料進行熔煉，之后冷卻得到球墨鑄鐵。本發明避免了上述傳統制備過程中中間處理工藝多、工藝參數控制嚴格的特點，克服了球墨鑄鐵熔煉過程中球化級別不高，球墨分布不均的缺陷，可得到球化率達到90％以上，分布均勻的球墨鑄鐵材料。
文檔編號C22C33/08GK102268506SQ201110188339
公開日2011年12月7日 申請日期2011年7月6日 優先權日2011年7月6日
發明者張海鷗, 王桂蘭, 胡雙鋒 申請人:華中科技大學