一種適應于耐磨鐵基合金的稀土-合金復合變質劑制造技術

本發明專利技術涉及高碳鋼和鑄鐵材料中應用的一種添加劑，尤其是適用于耐磨鐵基合金鑄鐵的復合變質劑，屬于變質劑技術領域，其由下述組份組成：Si-Ca合金20％～40％，Bi-Sb合金5％～20％，Al-Sn合金1％～15％，余量為混合稀土；該變質劑通過稀土及合金組元，在異質形核、界面元素富集、成分過冷等綜合作用下影響鑄鐵熔體的凝固過程，細化初晶奧氏體及共晶物、并改變耐磨鑄鐵中的網狀碳化物形貌及分布，從而提高鑄鐵硬度、強度、韌性，提高耐磨鑄鐵的耐磨性能。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及高碳鋼和鑄鐵材料中應用的一種添加劑，尤其是適用于耐磨鐵基合金鑄鐵的變質劑，屬于變質劑

技術介紹
耐磨鑄鐵良好的耐磨性在很大程度上得益于其組織內高含量、高硬度的碳化物。 但這些碳化物往往呈連續的網狀結構分布，破壞了韌性較好的基體組織的連續性，使得鑄件在經受沖擊時，基體對應力集中地緩沖作用減弱，材料變脆，韌性很低，同時連續網狀分布的碳化物極易使得耐磨件在使用過程中產生表面剝落，限制了耐磨鑄鐵的使用。因此，如何改善碳化物形態及分布是大幅度提高鑄鐵耐磨性和使用性能的關鍵。通過變質處理改變鑄鐵組織形態，特別是改變碳化物的形態和分布，使原來呈網狀分布的碳化物變為斷續狀，呈桿狀的碳化物變為團塊狀或粒狀，同時細化組織，可以達到提高材料的綜合使用性能的目的。國內外已有研究報道運用高熔點的Nb、V、Ti、Si，以及低熔點的合金元素K、Na或稀土元素等對耐磨合金鑄鐵進行變質處理，使得組織細化并在一定程度上破壞了連續狀的網狀碳化物結構，碳化物孤立化，塊狀化。但Na、K等以鹽類形式加入，容易產生氣孔，且V、Ti、Nb、B等成本較高，因而在一定程度上限制了其使用范圍。因此，能否設計一種新型的變質劑，以克服上述缺陷，成為本領域技術人員亟待解決的技術難題。
技術實現思路
為了解決上述技術問題，本專利技術旨在提供一種稀土復合變質劑，通過稀土及其他合金組元，在異質形核、界面元素富集、成分過冷等綜合作用下影響鑄鐵熔體的凝固過程， 細化初晶奧氏體及共晶物、并改變耐磨鑄鐵中的網狀碳化物形貌及分布，從而提高鑄鐵硬度、強度、韌性，提高耐磨鑄鐵的耐磨性能。其采用的技術方案如下該稀土 -合金復合變質劑按重量百分比由下述組份組成=Si-Ca合金20 % 40%, Bi-Sb合金5% 20%，Al-Sn合金 15%，余量為混合稀土。優選地，所述Si-Ca合金中含Ca的重量百分比為30%。優選地，所述Bi-Sb合金中含Sb的重量百分比為(5 30) %。優選地，所述Al-Sn合金中含Sn的重量百分比為O 10) %。優選地，所述混合稀土為Ce、La的混合物，其中含La的重量百分比為25%。優選地，所述Si-Ca合金、Bi-釙合金、Al-Sn合金、混合稀土均為粒度不大于20mm 的塊狀顆粒。與現有技術相比，本專利技術具有如下優點在鐵液中加入少量該復合變質劑(約為鐵水重量的0. 5 3% )，可實現凈化鋼液、去除雜質、細化晶粒、改善碳化物形態和分布狀態，使鐵合金組織改善，在獲得高硬度的同時，提高鑄鐵件的強度、沖擊韌性，從而使鐵合金耐磨性提高。附圖說明圖1 本專利技術實施例1中高鎳鉻無限冷硬鑄鐵未加該變質劑的金相圖；圖2 本專利技術實施例1中高鎳鉻無限冷硬鑄鐵加變質劑后的金相圖；圖3 本專利技術實施例2中高鉻鑄鐵未加變質劑的金相圖；圖4 本專利技術實施例2中高鉻鑄鐵加變質劑后的金相圖；圖5 本專利技術實施例3中高碳鋼未加變質劑的金相圖；圖6 本專利技術實施例3中高碳鋼加變質劑后的金相圖。具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本專利技術作進一步說明該稀土-合金復合變質劑適應于耐磨鐵基合金，尤其是高碳鐵基耐磨合金，按重量百分比，由下述組份組成Si-Ca 合金 20% 40%Bi-Sb 合金 5 % 20 %Al-Sn合金 15%，余量為混合稀土。其中，所述合金優選為低熔點合金。所述Si-Ca合金中優選含鈣(Ca)量為30% (重量百分比)。所述Bi-Sb合金中優選含Sb量為(5 30) % (重量百分比)。所述Al-Sn合金中優選含Sn量為Q 10) % (重量百分比)。所述混合稀土優選為Ce、La的混合物，其中含La量為25% (重量百分比)。優選地，所述Si-Ca合金、Bi-釙合金、Al-Sn合金、混合稀土均為粒度不大于20mm 的塊狀顆粒。該稀土 -合金復合變質劑的制備方法簡述如下將符合上述含量要求的Si-Ca合金、Bi-Sb合金、Al-Sn合金、混合稀土均破碎至達到一定粒度要求的塊狀顆粒后，混合均勻。實施例1 對成分為C3. 2 3. 6%，SiO. 6 1.0%，MnO. 6 1. 0，Ni4. 0 4. 5%，Crl. 6 2. 0，MoO. 2 0. 6%的高鎳鉻無限冷硬鑄鐵液，應用本復合變質劑進行變質處理，復合變質劑的量(重量百分比)為鐵水重量的0. 5 3. 0%。圖1、圖2分別為該成分鑄鐵未加變質劑和加變質劑后的金相圖。比照圖1、圖2 可知，加入了變質劑進行變質處理后，高鎳鉻鉬鑄鐵的組織明顯細化，初晶奧氏體等軸化， 組織中的萊氏體形貌明顯減少，連續的網狀碳化物出現斷網并孤立、塊狀化。實施例2 對成分為C2. 5 2. 9%，SiO. 3 0. 8%，MnO. 7 1. 4，Crl4 20%，Nil. 0 1.5%, MoO. 8 1.5%的高鉻鑄鐵，應用本復合變質劑進行變質處理，復合變質劑的量(重量百分比)為鐵水重量的0. 5 3. 0%。圖3、圖4分別為該成分鑄鐵未加變質劑和加變質劑后的金相圖。不難看出變質處理前，碳化物是以密集交錯的菊花狀存在，彼此的連續性較強，經過變質處理后，碳化物明顯細化及孤立化。實施例3 對成分為Cl. 9%,Crl. 5%,SiO. 6%,MnO. 5%的高碳鋼，應用本復合變質劑進行變質處理，復合變質劑的量(重量百分比)為鐵水重量的0. 5 3. 0%。圖5、圖6分別為該成分高碳鋼未加變質劑和加變質劑后的金相圖，不難看出質處理前，粗大的共晶碳化物呈連續網狀分布于晶界上，晶粒比較粗大；經過變質處理后，共晶產物變得不連續，而呈塊狀均勻分布，且晶粒明顯細化；同時碳化物形態由粗大板條狀向細小板條狀、孤立島狀轉變，碳化物尺寸變得明顯細小。實驗結果表明本專利技術的復合變質劑所含有的多種不同的合金元素可在多方面改善高碳鐵基合金的組織，提高合金的性能，變質劑中所含的稀土元素可與鐵水中的硫、氧形成稀土硫氧化合物，一方面可以凈化鋼液，減少夾雜，另一方面剩余的硫氧化物因具有較高的熔點且與奧氏體具有較高的點陣匹配度，可以作為初生奧氏體的異質形核點，促進奧氏體的形核與細化；其次，鐵水冷卻時，稀土及低熔點合金元素在奧氏體枝晶結晶前沿的熔體中富集，造成成分過冷區，有利于奧氏體枝晶的多次分枝及減少奧氏體的枝晶間距；同時作為表面活性元素的稀土可選擇吸附在共晶碳化物上，改變碳化物的結晶慣習面，從而有利于碳化物的孤立生長和塊狀化；第三，凝固前沿富集的稀土與低熔點合金元素Al、Bi、Sb、 Sn等可形成較高熔點的金屬間化合物，亦可作為異質形核點起到細化晶粒的作用；最后， 本變質劑可以降低高碳鐵基合金的共晶轉變溫度，促進離異共晶的增長，使得網狀碳化物斷網，并且是碳化物塊狀化與孤立化。上面以舉例方式對本專利技術進行了說明，但本專利技術不限于上述具體實施例，凡基于本專利技術所做的任何改動或變型均屬于本專利技術要求保護的范圍。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
１．一種適應于耐磨鐵基合金的稀土－合金復合變質劑，其特征在于，按重量百分比，由下述組份組成：Ｓｉ－Ｃａ合金２０％～４０％，Ｂｉ－Ｓｂ合金５％～２０％，Ａｌ－Ｓｎ合金１％～１５％，余量為混合稀土。

【技術特征摘要】
1.一種適應于耐磨鐵基合金的稀土-合金復合變質劑，其特征在于，按重量百分比，由下述組份組成=Si-Ca合金20% 40%，Bi-Sb合金5% 20%，Al-Sn合金 15%，余量為混合稀土。2.如權利要求1所述的一種適應于耐磨鐵基合金的稀土-合金復合變質劑，其特征在于，所述Si-Ca合金中含Ca的重量百分比為30%。3.如權利要求1所述的一種適應于耐磨鐵基合金的稀土-合金復合變質劑，其特征在于，所述Bi-Sb合金中含Sb的重量百分比為(5 30)%。4.如...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉華山，劉坤鵬，敦小龍，
申請(專利權)人：湖南長高新材料股份有限公司，
類型：發明
國別省市：43