专利名称：一种含有稀土元素的铁铸件的生产方法
技术领域：
本发明涉及一种铸造方法，尤其涉及一种痕量稀土元素含量情况下，制备具有优异机械性能的铸铁的方法。
背景技术：
球墨铸铁是通过球化和孕育处理得到球状石墨，能够有效的提高铸铁的机械性能，特别是提高了塑性和韧性，以及比钢更高的强度，基于其优异的性能，球磨铸铁已成功的应用于一些受力复杂、并且对强度、韧性、耐磨性要求较高的零件的生产和制造。
专利CN1600870A公开了一种球墨铸铁生产方法，采用高稀土含量(11.5%)的球化齐U，球化工艺采用包底凹坑充入法，所制备的铸铁中，铝含量高达20-24。但是随机械制造业的迅猛发展，制作装备所用刀具规格越来越大，需求量也越来越大，并且对机型性能的要求越来越高，以往以人工地模为主较为粗糙的造型方式和单一检测设备的常规铸造模式，已无法实现能跟随机械行业飞跃式的发展、以及带来的对铸铁件材料高精密程度的要求；稀土成本高，较大用量的稀土，会带来产品成本的大幅上升。
专利CN101649369B公开了一种使用碳化硅生产铸铁的熔炼方法，以0.5-3%的碳化硅作为增碳增硅剂，1480-1550° C熔融后，在1480-1510° C孕育，所得到的铸铁产品机型性能明显提高，但是碳化硅成本高。
专利CN101619372A公开了一种提高球墨铸铁韧性的方法，同时使用三种孕育剂，所得产品抗拉强度为900MPa、延伸率6%，韧性仍然较差。
专利CN101698895B公开了一种制备高延伸率球墨铸铁的方法，先加入生铁作为炉底料，然后在加入废钢、回炉料、增碳剂，熔融、球化、孕育，所得产品抗拉强度为460MPa、屈服强度为350MPa，废钢用量基本上为原料总量的一半，降低了原料成本，但是生铁遗传性(铸铁遗传性)会引起铸件性能不稳定；此外，韧性依然有待提高；专利CN102888484A公开了一种不使用生铁的生产高强度铸铁的方法，使用废钢与废铁作为主要原料，但是需要多种来源的废铁铸件，以弱化各种废铁铸件的遗传作用，不利于规模化生产。专利CN101519708B公开了一种高韧性高耐腐蚀球墨铸铁的生产方法，原料包括废钢、回炉料、增碳剂、覆盖剂等，覆盖剂将增碳剂覆盖，所得产品抗拉强度约为580MPa，延伸率约为8%，韧性仍需提闻。
因此，仍然需要一种生产含稀土元素的高强度、高韧性铁铸件的方法。发明内容
针对目前铁铸件机械性能差的问题，本发明提供了一种生产含稀土元素的高强度、高韧性铁铸件的方法。
本发明采用废钢、回炉料、和/或生铁为原料，加入痕量稀土元素，即可得到具有闻强度和闻朝性的铸铁制品。
本发明第一个方面是提供一种含有稀土元素的铁铸件的生产方法，步骤包括:
步骤1，提供第一铁原料、第二铁原料、增碳剂；
第一铁原料包括生铁、和/或废钢、和/或回炉料，第二铁原料包括硅铁、锰铁、硫铁、磷铁、铬铁、铜中的任意一种或几种的混合物；检验合格后与增碳剂混合熔融，制得铁水；
步骤2，将铁水浇注到模具中，加入球化剂、稀土元素、接种剂进行球化接种；
步骤3，降温后进行翻砂和清砂，进行抛丸工艺，然后回火处理；
步骤4,检验合格后犾得广品。
步骤I中，还包括铁水化学元素分析步骤，方法为:当铁水温度达到出炉温度后，取测试片，打磨平整后用光谱仪测试分析，并根据测试结果调节原料配比。
其中，以第一铁原料、第二铁原料、增碳剂的总重量计，各化学元素重量百分比为:C3.5-4.0%、Sil.5-2.5%、S0.01-0.05%、P0.02-0.1%、Mn0.1-0.5%、Cr0.05-0.2%、Cu0.01-0.1%、Α10.01-0.05%、其余为铁。
其中，第一铁原料、第二铁原料与增碳剂重量比优选为500: (2-5): (8-15)，更优选为 500: (2-4): (8-12)，更优选为 500: (2.5-3.5): (10-11)。
其中，第一铁原料优选为废钢和回炉料混合物，废钢和回炉料的重量比例优选为I: (0.1-5)，更优选为 1: (0.5-5)，更优选为 1: (0.5-3)，如 1: 1、I: 2 等。
步骤2中，所述浇注的温度优选为1300 ° C-1580 ° C，更优选为1300° C-1550。C，更优选为 1300° C-1480。C，更优选为 1300° C-1450。C，更优选为1350° C-1400° Co
步骤2中，以所有配料总重量计，球化剂添加量优选为0.1-5%，更优选为0.5-3%，更优选为0.5-2%，更优选为0.8-1.5%，最优选为1%。
其中，所述球化剂粒径优选为5-25_。
其中，所述球化剂中，优选为含有S1、Ca、Al、和Mg等元素，按照球化剂总量计算:Si含量优选为40-50%，更优选为41-47%，更优选为43_46%，更优选为44-46% ；Ca含量优选为1.5-3.5%，更优选为1.8-3.0%，更优选为2-2.8% ;更优选为2.2-2.5% ；A1含量优选为0.1-1%，更优选为0.2-0.8%，更优选为0.3-0.7%，更优选为0.5-0.6% ；Mg含量优选为1-10%,更优选为2-9%，更优选为3-8%，更优选为5-7%。
步骤2中，以所有配料总重量计，接种剂添加量优选为0.1-5%，更优选为0.1-3%，更优选为0.2-2%，更优选为0.3-1%，更优选为0.3-0.7%，最优选为0.5%。
步骤2中，以所有配料总重量计,稀土元素添加量优选为0.01-0.05%,更优选为0.01-0.03%,更优选为 0.01-0.02%,更优选为 0.015-0.02%。
其中，所述稀土元素优选为选自镧系金属中的任意一种或几种的混合物，更优选为选自Ce、Sm、La,最优选为Ce。
步骤2中，在加入球化剂、稀土元素、接种剂的同时，还可以加入痕量Ba元素。
其中，稀土元素、Ba可以作为球化剂的一部分加入，或者作为单独组分与球化剂、接种剂一起加入。步骤2中，球化率控制在> 80%。
步骤2中，球化时间优选为> 40s，更优选为> 50s，更优选为50_100s，更优选为50-80s，更优选为 50-60s。
在步骤2的浇筑过程中，还包括Y型测试棒的浇注成型，用于机械性能的测试。
步骤4中所述检测包括机械性能检测、金相检测以及物理缺陷检测。
在本发明第一个方面的一种优选实施例中,所述模具的制备方法如下:
步骤I，模具原料与水混合进行混砂，
步骤2，混砂后分别制备外型和泥芯，
步骤3，合模。
其中，在混砂后，还可以包括选砂的步骤，方法为:使用锤击式制样机、直读式透气性测定仪、液压强度机、红外线烘干仪、筛砂机来测定型砂的CP值、透气性、抗压强度、含水量和粒度。
其中，模具原料优选为基材为二氧化硅或硅酸盐的物质，如石英砂、和/或煤灰等，所述石英砂可以是白砂、和/或黄砂。
在本发明第一个方面的第二种优选实施例中，将翻砂和/或清砂之后得到的废砂回收，与模具原料一起混砂。
在本发明第一个方面的第三种优选实施例中，将步骤4中检验不合格的产品作为回炉料或回炉料的一部分，与其它铁原料一起熔融、或单独熔融后进行浇筑。
在本发明第一个方面所述的生产高强度、高韧性铁铸件的方法中，在抛丸和回火步骤之间还可以包括补焊步骤，以将抛丸后发现的有缺陷的产品进行补焊。
在本发明第一个方面所述的含有稀土元素的铁铸件的生产方法中，在补焊和回火之间还可以包括打磨步骤，将补焊后的产品表面进行打磨。
本发明第二个目的是提供一种上述方法生产的含有稀土的高强度、高韧性铁铸件。
本发明所提供的方法生产的铁铸件，具有较高的强度和硬度，并且伸长率可高达16%以上，具有非常优异的韧性；化学成分含量、金相组织均达到国际标准。
稀土元素添加量少，因此，铸件生产成本降低，同时，与现有市售同类铸件相比，使用寿命可延长50%以上。
图1为本发明一种实施例中生产铁铸件流程示意图。
具体实施方式
下面参照图1，通过具体实施例对本发明生产高强度、高韧性铁铸件的方法进行详细的介绍和描述，以使更好的理解本发明内容，但是应当理解的是，下述实施例并不限制本发明范围。
步骤I
按照C3.65-3.80%、Sil.8-2.0%、S0.02%、P0.04%、Mn0.4%、Cr0.1%、Cu0.05%、A10.03%、其余为铁的化学成分配比，提供废钢250kg、回炉料250kg，增碳剂10kg、硅铁(Fe-Si) 3kg。
检测符合上述要求后，将上述配料投入500kg自动控制中频电炉中，加热融化成为铁水。
当铁水温度达到出炉温度(本实施例中为1350° C)时，当值品保会用专用的芯盒取试片，将试片打磨平整后在直读光谱仪上测试，进行化学元素分析，分析结果与材质标准对照，并将对比结果发送给电炉操作人员，调整配料以符合标准要求。
步骤2
取白砂与煤灰等，加水，定量后混砂，用锤击式制样机、直读式透气性测定仪、液压强度机、红外线烘干仪、筛砂机来测定型砂的CP值、透气性、抗压强度、含水量和粒度，满足生产要求时用来造型，否则重新配比混砂。
筛选后在流水线造型机上制备模具，包括制作外型和制作泥芯(即制作凸模和凹模)；合模。
将步骤I中融化的物料浇注到模具中，同时加入球化剂、接种剂、Ce元素，进行球化接种。同时浇注到一个特定模具中制备Y型测试棒，用于机械性能的测试。
浇注过程中，出汤温度为1550-1580° C，浇注温度为1350° C，浇注方法可以采用抬包浇注的方式。
其中，按照所有配料重量计算，球化剂添加量为1%，接种剂添加量为0.5%，Ce添加量为0.02%。Ce可以是作为球化剂的一部分加入，或者作为单独的组分加入。
按照重量百分比，球化剂的化学成分包括:Si44%、Ca2.5%、A10.5%、Mg6%等。
球化率彡80%，球化时间为50-55s。
接种后化学成分要求:C3.45-3.65%、Si2.65-2.85%、S0.02%、P0.04%、Mn0.4%、Cr0.l%、Mg0.03。
检测符合要求后，降温脱模，脱模时间为I小时。
步骤3
进行翻砂和清砂步骤，翻砂和清砂步骤中得到的废砂，可以通过回收系统，重新进行混砂后制备模具。
吊钩旋转式抛丸机进行抛丸，检测出现缺陷后进行补焊、打磨。
之后进行回火处理。
步骤4
回火后得到的产品进行检验，实施例1中所得铸件检验结果见表1-4。
表1，化学分析
权利要求
1.一种含有稀土元素的铁铸件的生产方法，其特征在于，步骤包括: 步骤1，提供第一铁原料、第二铁原料、增碳剂； 第一铁原料包括生铁、和/或废钢、和/或回炉料，第二铁原料包括硅铁、锰铁、硫铁、磷铁、铬铁、铜中的任意一种或几种的混合物；检验合格后与增碳剂混合熔融，制得铁水； 步骤2，将铁水浇注到模具中，加入球化剂、稀土元素、接种剂进行球化接种； 步骤3，降温后进行翻砂和清砂，进行抛丸工艺，然后回火处理； 步骤4,检验合格后获得广品。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中，在加入球化剂、稀土元素、接种剂的同时，还加入痕量Ba元素。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以第一铁原料、第二铁原料、增碳剂的总重量计，各化学元素重量百分比为:C3.5-4.0%、Sil.5-2.5%、S0.01-0.05%、P0.02-0.1%、Mn0.1-0.5%、Cr0.05-0.2%、Cu0.01-0.1%、A10.01-0.05%、其余为铁。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，以所有配料总重量计，球化剂添加量为0.1_5%，接种剂添加量为0.1_5%，稀土元素添加量为0.01-0.05%。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤I中，还包括铁水化学元素分析步骤，方法为:当铁水温度达到出炉温度后，取测试片，打磨平整后用光谱仪测试分析，并根据测试结果调节原料配比。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤2的浇筑过程中，还包括Y型测试棒的浇注成型，用于机械性能的测试。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述模具的制备方法如下: 步骤I，模具原料与水混合进行混砂； 步骤2，混砂后分别制备外型和泥芯， 步骤3,合模。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述模具原料为基材为二氧化硅或硅酸盐的物质。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，在混砂后，还包括选砂的步骤，方法为:使用锤击式制样机、直读式透气性测定仪、液压强度机、红外线烘干仪、筛砂机来测定型砂的CP值、透气性、抗压强度、含水量和粒度。
10.一种如权利要求1所述方法生产的含稀土元素的高强度、高韧性铁铸件。
全文摘要
本发明提供了一种含有稀土元素的铁铸件的生产方法，第一铁原料包括生铁、和/或废钢、和/或回炉料，第二铁原料包括硅铁、锰铁、硫铁、磷铁、铬铁、铜中的任意一种或几种的混合物；检验合格后与增碳剂混合熔融，制得铁水；将铁水浇注到模具中，加入球化剂、稀土元素、接种剂(或者还加入钡元素)进行球化接种；降温后进行翻砂和清砂，进行抛丸工艺，然后回火处理；检验合格后获得产品。本发明所提供的方法生产的铁铸件，具有较高的强度和硬度，并且伸长率可高达16%以上，具有非常优异的韧性；化学成分含量、金相组织均达到国际标准；并且稀土元素添加量少，铸件生产成本降低，同时，与现有铸件相比，使用寿命可延长50%以上。
文档编号B22D3/00GK103182487SQ20131007273
公开日2013年7月3日 申请日期2013年3月7日 优先权日2013年3月7日
发明者赵奕苍 申请人:宁波大榭信易电热有限公司