无磁蠕墨铸铁专用蠕化剂及制备工艺的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种无磁蠕墨铸铁专用蠕化剂及其制备工艺，属于无磁蠕墨铸铁生产【技术领域】。按重量百分比计，该蠕化剂组成为：稀土镁合金75-85%，高纯石墨粉12-20%，水玻璃粘结剂3-5%。其中，稀土镁合金组成为：Mg4-5%，Re1.0-1.5%，Al1-1.5%，Si≤40%，其余为Fe。该蠕化剂集蠕化和孕育处理为一体，采用石墨减速技术，降低了铁水对蠕化剂的渗透速度，形成逐层反应状态，可有效控制蠕化反应速度和时间，提高了合金吸收率；采用石墨孕育技术，通过石墨本身形成大量非自发晶核的高效孕育作用，避免了孕育衰退现象，可以稳定获得蠕化率80%以上的无磁蠕墨铸铁材质。
【专利说明】无磁蠕墨铸铁专用蠕化剂及制备工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及铸铁蠕化【技术领域】，具体涉及一种无磁蠕墨铸铁专用蠕化剂及制备工艺。
【背景技术】
[0002]无磁螺墨铸铁良好的机械加工能性能,较高的热稳定性和抗氧化能力，以及超低的磁导率，拓展了无磁铸铁的应用范畴，为军事和工业用无磁部件的精密制造提供了一种新型廉价的优质无磁材料。无磁蠕墨铸铁生产最重要的变质剂是蠕化剂。从一定意义上讲，蠕化剂的技术性能在很大程度上决定了无磁蠕墨铸铁生产技术水平。
[0003]目前，国内外的普通蠕墨铸铁生产，已公开的专利或市场上相对成熟的蠕化剂主要有稀土硅系、稀土钙系、稀土铝锌系和稀土镁钛系四大系列。尽管这些蠕化剂在普通蠕墨铸铁生产中取得了较好效果，但直接作为无磁蠕墨铸铁生产用蠕化剂，却无法使其满足组织和性能要求，因为无磁蠕墨铸铁中含有很高的Mn、Ni等合金元素，这些合金元素均对蠕化率和孕育效果产生重要影响，采用现行的蠕化剂及处理方法生产无磁蠕墨铸铁，蠕化率不足30%，孕育效果不理想或孕育衰退，产生大量渗碳体，加工性能降低，磁导率大幅度升高，致使无磁蠕墨铸铁难以达到或发挥应有的性能。
[0004]即便是现有蠕化剂可以勉强作为无磁蠕墨铸铁的蠕化剂，其蠕化剂及处理方法仍存在着难以解决的如下共识性技术问题:
(1)无论哪种类型蠕化剂，在生产蠕墨铸铁时，均须分别进行蠕化和多次孕育处理至少两道以上工序，操作繁琐费时，质量不好控制；
(2)稀土和镁含量高，在蠕化过程中反应剧烈，但吸收率低，造成大量贵重合金的浪费，且剧烈反应产生大量有毒烟 尘，污染了环境；
(3)蠕化剂加入量控制范围小，很容易产生过量导致形成球状石墨，或过低产生片状石墨现象，导致蠕化失败。
【发明内容】
[0005]针对无磁蠕墨铸铁技术和生产需要，以及现有蠕化剂存在的诸多问题与不足，本发明提供了一种无磁蠕墨铸铁专用蠕化剂，该蠕化剂集蠕化处理和孕育处理为一体，采用石墨减速技术，降低了铁水对蠕化剂的渗透速度，形成逐层反应状态，可有效控制蠕化反应速度和时间，提高了合金吸收率；采用石墨孕育技术，石墨本身形成的大量非自发晶核的孕育作用，避免了孕育衰退现象，可以稳定获得蠕化率80%以上的无磁蠕墨铸铁材质。
[0006]本发明采用的具体技术方案是:无磁蠕墨铸铁专用蠕化剂，按重量百分比计，组成为:稀土镁合金75-85%，高纯石墨粉12-20%，水玻璃粘结剂3_5%。其中，稀土镁合金组成为:Mg4-5%, Rel.0-1.5%, All-1.5%, Si ( 40%，其余为 Fe。
[0007]所述蠕化剂各组分的主要作用:
(I)稀土镁合金主要作用是把片状石墨转化成蠕虫状石墨。其中，Re在给定的含量范围，部分用来脱氧脱硫外，主要功能是抑制石墨沿a向生长，使石墨蠕化；Mg在给定的含量范围，主要起引爆作用，通过反应产生的镁蒸汽搅拌作用代替人工搅拌，加速蠕化剂的扩散与吸收；A1在给定的含量范围，主要作用是消除蠕化过程产生的白口，达到深化孕育效果，同时拓宽铁水中蠕化元素的含量范围，适应铁水含硫量的波动，减少蠕化处理的浮渣，稳定
蠕化质量。
[0008](2)高纯石墨粉主要作为减速剂和孕育剂来使用。作为减速剂，石墨(物理特性)可以降低铁水对蠕化剂的渗透速度，形成逐层反应状态，从而达到控制蠕化反应速速和时间的目的；作为孕育剂，在蠕化反应过程中，镁反应产生大量镁蒸汽的搅动下，把石墨扩散熔解到铁水中，可增加大量非自发晶核，起到高效孕育、细化晶粒和促进石墨化的作用。
[0009](3)水玻璃成分为硅酸钠(Na2SiO3.9Η20)，主要作为粘结剂和反应速度控制剂来使用。作为粘结剂，通过自硬化、烘干后，把石墨粉牢固均匀地粘结到稀土镁合金表面；作为反应速度控制剂，通过粘结剂(Na2SiO3.9Η20固化和烘干后在合金表面,形成一层二氧化娃网状骨架与石墨粉的减速作用，来控制蠕化剂反应速度和时间，从而达到蠕化与孕育一体化效果。
[0010]本发明还提供了无磁蠕墨铸铁专用蠕化剂的制备工艺，以稀土镁合金、高纯石墨粉为主要原料，水玻璃为粘结剂，经合金机械粉碎、配料混制、固化和烘干制成。为保证各原材料的有效含量和效果，本发明所述的稀土镁合金主要成分质量分数为Mg4-5%，Rel.0-1.5%, All-1.5%, Si ( 40%，其余为 Fe ;高纯石墨粉质量分数 99.9%，粒度 800-1000目；水玻璃粘结剂(Na2SiO3.9H20)模数2.1-2.3 (M)0
[0011]其制备工艺为:
1、合金破碎稀土镁合金采用机械方式破碎，控制粒度为<3mm占5-10%，3-5mm占20-30%,6-15mm 占 65-70% ；
2、配料混制将稀土镁合金、高纯石墨粉、水玻璃按一定比例配制，首先把稀土镁合金加入搅拌器搅拌，搅拌的同时把水玻璃均匀喷洒在稀土镁合金表面，待粘结剂均匀附着在稀土镁合金表面后，再把石墨粉加入搅拌器混制，控制时间为10-15分钟；
3、固化烘干将混制好的蠕化剂进行自然固化，然后放入烘干设备中烘干30-60分钟，温度控制在140-150°C。
[0012]在制备工艺中，合金的粒度须根据蠕化处理铁水包容量大小而定，试验和实践证明，铁水包容量在2-3吨时取上限，1-2吨时取中间值，0.5-1吨取下限，可得到理想的效果。
[0013]在原材料混制时,加入石墨粉后的搅拌时间为10-15分钟，才能得到在合金表面形成均匀一层石墨粉的效果，低于10分钟尚达不到均匀分布效果，超过15分钟会因为水玻璃粘结剂的半自然固化，造成石墨粉从合金表面脱落，自身形成石墨粉球，失去减速作用。
[0014]烘干30-60分钟，温度控制140_150°C，在该时间和温度范围可以有效去除粘结剂中结晶水或挥发物，在合金表面形成一层二氧化硅与石墨网状骨架，确保石墨粉与合金的粘结强度，制成在稀土镁合金表面牢固粘结一层均匀石墨粉的蠕化剂(如图1所示)。
[0015]将经过上述步骤制得蠕化剂冷却到室温后，用装塑料袋密封包装备用。
[0016]在无磁蠕 墨铸铁生产中，将待进行蠕化处理的铁水过热到1500_1550°C (该温度范围可以得到高纯净度的铁水)，通过包底冲入法加入该蠕化剂0.3-0.7wt%，蠕化剂表面无须任何覆盖剂，便可一次性完成无磁蠕墨铸铁的蠕化和孕育处理，得到蠕化率高达80%以上的无磁蠕墨铸铁(如图2所示)。由于该蠕化剂是以高纯度石墨粉作为孕育剂，本身熔点高于铁水处理温度，形成的非自发晶核不会随着时间的延长被完全溶解，不会出现孕育衰退现象，起到闻效孕育、细化晶粒和促进石墨化的作用。
[0017]综上所述，本发明的有益效果是:
(I)无磁蠕墨铸铁专用蠕化剂，集蠕化和孕育于一身，解决了无磁合金铸铁的蠕化率和高效孕育技术难题，为无磁蠕墨铸铁生产提供了可靠的技术保障，提高了无磁蠕墨铸铁技术性能和可靠性；
(2 )本发明所属的蠕化剂，通过石墨减速技术，降低了铁水对蠕化剂的渗透速度，形成逐层反应状态，实现了蠕化反应速度和时间有效控制，减少了贵重合金无为消耗，提高了合金的吸收率(比现有蠕化剂的合金吸收率提高2倍以上)，节省了生产成本；
(3)本发明所属的蠕化剂，通过石墨孕育技术，在蠕化过程中同时产生孕育作用，形成的大量非自发晶核不会随时间延长而完全溶解，不会出现孕育衰退现象，起到高效孕育、细化晶粒和促进石墨化作用；
(4)本发明采用的制备工艺简单可靠，该蠕化剂蠕化质量稳定，蠕化率高达80%以上，远远超过普通蠕墨铸铁现有蠕化剂的蠕化率(只有50-60%)。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是经合金破碎、配料混制、自硬化和烘干后的专用蠕化剂照片。
[0019]图2是该螺化剂生广的无磁螺墨铸铁金相石墨形态照片。
【具体实施方式】
[0020]实施例1
一种无磁蠕墨铸铁专用蠕化剂，各组分重量百分比为:稀土镁合金75%，高纯石墨粉20%，水玻璃粘结剂5%。其具体制备步骤为:
(1)合金破碎稀土镁合金采用机械方式破碎，控制粒度为<3mm占10%，3_5mm占20%，6~15mm 占 70% ；
(2)配料混制将稀土镁合金、高纯石墨粉、水玻璃按上述比例配制，先把稀土镁合金加入搅拌器搅拌，搅拌的同时把水玻璃均匀喷洒在稀土镁合金表面，待粘结剂均匀附着在稀土镁合金表面后，再把石墨粉加入搅拌器混制，控制时间为15分钟；
(3)固化烘干将混制好的蠕化剂进行自然固化，然后放入烘干设备中烘干30分钟，温度控制在140°C。
[0021]待蠕化剂冷却到室温后，用塑料密封包装备用。
[0022]上述步骤中所述的稀土合金质量分数为Mg4_5%，Rel.0-1.5%，Al 1-1.5%，Si <40%，其余为Fe;高纯石墨粉质量分数99.9%，粒度800-1000目；水玻璃粘结剂(Na2SiO3.9H20)模数 2.1-2.3 (M)。
[0023]应用效果:在无磁蠕墨铸铁制造中，采用3吨铁水包进行蠕化处理，加入0.3 Wt%上述制得的蠕化剂，得到蠕化率80%以上，金相组织为“奥氏体+蠕虫状石墨+渗碳体(1.3%)”，抗拉强度350MPa，延伸率5.5%，布什硬度180HBW，磁导率1.2h/m,电阻率1.ΟμΩπι
的无磁螺墨铸铁。[0024]实施例2
一种无磁蠕墨铸铁专用蠕化剂，各组分重量百分比为:稀土镁合金77%，高纯石墨粉18.5%，水玻璃粘结剂4.5%。其具体制备步骤为:
(1)合金破碎稀土镁合金采用机械方式破碎，控制粒度为<3mm占8%，3-5mm占23%，6_15mm 占 69% ；
(2)配料混制将稀土镁合金、高纯石墨粉、水玻璃按上述比例配制，先把稀土镁合金加入搅拌器搅拌，搅拌的同时把水玻璃均匀喷洒在稀土镁合金表面，待粘结剂均匀附着在稀土镁合金表面后，再把石墨粉加入搅拌器混制，控制时间为14分钟；
(3)固化烘干将混制好的蠕化剂进行自然固化，然后放入烘干设备中烘干40分钟，温度控制在143 °C。
[0025]待蠕化剂冷却到室温后，用塑料密封包装备用。
[0026]上述步骤中所述的稀土合金质量分数为Mg4_5%，REl.0-1.5%，Al 1-1.5%，Si <40%，其余为Fe;高纯石墨粉质量分数99.9%，粒度800-1000目；水玻璃粘结剂(Na2SiO3.9H20)模数 2.1-2.3 (M)。 [0027]应用效果:在无磁蠕墨铸铁制造中，采用2.5吨铁水包进行蠕化处理，加入0.4 Wt%上述制得的蠕化剂，得到蠕化率80%以上，金相组织为“蠕虫状石墨+奥氏体+渗碳体(1.4%)”，抗拉强度360MPa，延伸率5%，布什硬度190HBW，磁导率1.3h/m,电阻率1.?μΩπι的无磁螺墨铸铁。
[0028]实施例3
一种无磁蠕墨铸铁专用蠕化剂，各组分重量百分比为:稀土镁合金80%，高纯石墨粉16%，水玻璃粘结剂4.0%。其具体制备步骤为:
(1)合金破碎稀土镁合金采用机械方式破碎，控制粒度为<3mm占7%，3-5mm占25%，6_15mm 占 68% ；
(2)配料混制将稀土镁合金、高纯石墨粉、水玻璃按上述比例配制，先把稀土镁合金加入搅拌器搅拌，搅拌的同时把水玻璃均匀喷洒在稀土镁合金表面，待粘结剂均匀附着在稀土镁合金表面后，再把石墨粉加入搅拌器混制，控制时间为13分钟；
(3)固化烘干将混制好的蠕化剂进行自然固化，然后放入烘干设备中烘干50分钟，温度控制在146 °C。
[0029]待蠕化剂冷却到室温后，用塑料密封包装备用。
[0030]上述步骤中所述的稀土合金质量分数为Mg4_5%，Rel.0-1.5%，Al 1-1.5%，Si <40%，其余为Fe;高纯石墨粉质量分数99.9%，粒度800-1000目；水玻璃粘结剂(Na2SiO3.9H20)模数 2.1-2.3 (M)。
[0031]应用效果:在无磁蠕墨铸铁制造中，采用2吨铁水包进行蠕化处理，加入0.5 Wt%上述制得的蠕化剂，得到蠕化率80%以上，金相组织为“蠕虫状石墨+奥氏体+渗碳体(1.5%)”，抗拉强度380MPa，延伸率4.5%，布什硬度200HBW，磁导率1.4h/m,电阻率1.2μΩπι的无磁螺墨铸铁。
[0032]实施例4
一种无磁蠕墨铸铁专用蠕化剂，各组分重量百分比为:稀土镁合金83%，高纯石墨粉13.5%，水玻璃粘结剂3.5%。其具体制备步骤为:(1)合金破碎稀土镁合金采用机械方式破碎，控制粒度为<3mm占6%，3_5mm占28%，6_15mm 占 66% ；
(2)配料混制将稀土镁合金、高纯石墨粉、水玻璃按上述比例配制，先把稀土镁合金加入搅拌器搅拌，搅拌的同时把水玻璃均匀喷洒在稀土镁合金表面，待粘结剂均匀附着在稀土镁合金表面后，再把石墨粉加入搅拌器混制，控制时间为12分钟；
(3)固化烘干将混制好的蠕化剂进行自然固化，然后放入烘干设备中烘干55分钟，温度控制在148 °C。 [0033]待蠕化剂冷却到室温后，用塑料密封包装备用。
[0034]上述步骤中所述的稀土合金质量分数为Mg4_5%，Rel.0-1.5%，Al 1-1.5%，Si <40%，其余为Fe;高纯石墨粉质量分数99.9%，粒度800-1000目；水玻璃粘结剂(Na2SiO3.9H20)模数 2.1-2.3 (M)。
[0035]应用效果:在无磁蠕墨铸铁制造中，采用I吨铁水包进行蠕化处理，加入0.6 Wt%上述制得的蠕化剂，得到蠕化率80%以上，金相组织为“蠕虫状石墨+奥氏体+渗碳体(1.6%)”，抗拉强度400MPa，延伸率4%，布什硬度230HBW，磁导率1.5h/m,电阻率1.3μΩ m的无磁螺墨铸铁。
[0036]实施例5
一种无磁蠕墨铸铁专用蠕化剂，各组分重量百分比为:稀土镁合金85%，高纯石墨粉12%，水玻璃粘结剂3%。其具体制备步骤为:
(1)合金破碎稀土镁合金采用机械方式破碎，控制粒度为<3mm占5%，3-5mm占30%，6~15mm 占 65% ；
(2)配料混制将稀土镁合金、高纯石墨粉、水玻璃按上述比例配制，先把稀土镁合金加入搅拌器搅拌，搅拌的同时把水玻璃均匀喷洒在稀土镁合金表面，待粘结剂均匀附着在稀土镁合金表面后，再把石墨粉加入搅拌器混制，控制时间为10分钟；
(3)固化烘干将混制好的蠕化剂进行自然固化，然后放入烘干设备中烘干60分钟，温度控制在150°C。
[0037]待蠕化剂冷却到室温后，用塑料密封包装备用。
[0038]上述步骤中所述的稀土合金质量分数为Mg4_5%，Rel.0-1.5%，Al 1-1.5%，Si <40%，其余为Fe;高纯石墨粉质量分数99.9%，粒度800-1000目；水玻璃粘结剂(Na2SiO3.9H20)模数 2.1-2.3 (M)。
[0039]应用效果:在无磁蠕墨铸铁制造中，采用0.5吨铁水包进行蠕化处理，加入0.7 Wt%上述制得的蠕化剂，得到蠕化率80%以上，金相组织为“蠕虫状石墨+奥氏体+渗碳体(1.7%)”，抗拉强度420MPa，延伸率3%，布什硬度240HBW，磁导率1.6h/m,电阻率1.4μΩ m的
无磁螺墨铸铁。
【权利要求】
1.一种无磁蠕墨铸铁专用蠕化剂，其特征是:按重量百分比计，其组成为:稀土镁合金75-85%，高纯石墨粉12-20%，水玻璃粘结剂3_5% ； 所述的无磁蠕墨铸铁专用蠕化剂，以稀土镁合金、高纯石墨粉为主要原料，以水玻璃为粘结剂，经稀土镁合金机械破碎、配料混制、自然固化和烘干制得。
2.根据权利要求1所述的无磁蠕墨铸铁专用蠕化剂制备工艺，其特征在于:所述的无磁蠕墨铸铁专用净化剂，以稀土镁合金、高纯石墨粉为主要原料，以水玻璃为粘结剂，经稀土镁合金机械破碎、配料混制、自然固化和烘干制得； 具体步骤为: (1)合金破碎稀土镁合金采用机械方式破碎，控制粒度为<3mm占5-10%，3-5mm占20-30%,6-15mm 占 65-70% ； (2)配料混制将稀土镁合金、石墨粉、水玻璃按一定比例配制，首先把稀土镁合金加入搅拌器搅拌，搅拌的同时把水玻璃均匀喷洒在稀土镁合金表面，待粘结剂均匀附着在稀土镁合金表面后，再把石墨粉加入搅拌器混制，控制时间为10-15分钟； (3)固化烘干将混制好的蠕化剂进行自然固化，然后放入烘干设备中烘干30-60分钟，温度控制在140-150°C。
3.根据权利要求2所述的无磁蠕墨铸铁专用蠕化剂制备工艺，其特征在于:稀土镁合金主要成分质量分数为Mg4-5%，Rel.0-1.5%，A11-1.5%，Si ( 40%，其余为Fe ;高纯石墨粉质量分数99.9%，粒度800-1000目;水玻璃粘结剂(Na2SiO3.9H20)模数2.1-2.3 (M)0
【文档编号】C22C33/08GK103695590SQ201410003388
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2014年1月6日 优先权日:2014年1月6日
【发明者】李强, 李明弟, 陈举欣, 李大勇 申请人:李明弟