本发明属于新材料加工
技术领域：
，具体涉及一种汽车模具用合金铸铁性能改善的方法。
背景技术：
：合金铸铁是指在普通铸铁中加入合金元素而具有特殊性能的铸铁。通常加入的合金元素有硅、锰、磷、镍、铬、钼、铜、铝、硼、钒、钛、锑、锡等。合金铸铁根据合金元素的加入量分为低合金铸铁(合金元素含量<3%)、中合金铸铁(合金元素含量为>10%)。合金元素能使铸铁基体组织发生变化，从而使铸铁获得特殊的耐热、耐磨、耐腐蚀、无磁和耐低温等物理-化学性能，因此这种铸铁也叫“特殊性能铸铁”。由于其熔铸性能好，合金铸铁广泛用于汽车零部件生产加工。随着汽车行业的发展，各类汽车零部件也日趋精益化。零部件的生产品质依赖模具的性能的好坏，模具用合金铸铁的性能要求以耐热性为主，现有的合金铸铁材料常常是用来制作受冲击力较小的模具，如玻璃模具、塑料模具、热压模具等。随着产业的高速发展，合金铸铁模具材料的缺点日益暴露：成分与相应的合金钢相似，但材料加工周期长，力学性能低于铸钢，加工费用高，脆性较大，易开裂，组合精度低、耐磨性、抗冲击性一般，使得在加工大型部件时模具受损严重，影响模具的使用寿命，并且引发疲劳断裂造成的事故损失。因此，当前急需一种提高合金铸铁模具使用寿命的方法，对于汽车零部件生产和机械加工行业具有重要意义。技术实现要素：本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种汽车模具用合金铸铁性能改善的方法，通过在合金表面形成氧化物质点改善合金结构的疲劳性，使得制备得到的模具材料具有极好的抗热疲劳强度。本发明是通过以下技术方案实现的：一种汽车模具用合金铸铁性能改善的方法，在合金铸铁熔炼为铁水后，浇入预先放置了改性二氧化硅陶瓷粉的浇包内，进行球化孕育处理，反应完毕后进行除渣净化，然后浇注成型，加工成模具，所述改性二氧化硅陶瓷粉的制备过程包括以下步骤：（1）称取4.5-5.0克氧化铕置于烧杯中，加入30-35毫升盐酸溶液，搅拌均匀后，加入10-15毫升的油酸钠水溶液，升温至60-64℃，搅拌混合均匀后静置10-12小时，加入7.5-8.0克醋酸锆和20-30毫升乙二醇水溶液，然后超声分散10-15分钟后转移至高压反应釜中，设定反应温度为190-200℃，反应时间为13-15小时，反应结束后自然冷却至20-25℃，使用高速离心机分离得到固体沉淀物，依次使用去离子水和乙醇洗涤3-5次，置于90-100℃干燥箱中干燥7-8小时，得到棒状纳米氧化铕/氧化锆复合材料；（2）称取40-45克二氧化硅和27-30克氧化钙研磨2-3小时得到混合粉末，置于真空干燥箱中，在110-120℃下干燥8-10小时，冷却至室温后过200目筛备用，加入步骤（1）制备得到的纳米氧化铕/氧化锆复合材料，置于球磨罐中，球磨10-15小时，将球磨粉料置于真空干燥箱箱，在100-110℃下干燥12-14小时，自然冷却至室温，然后置于预热至330-350℃的电阻炉中，以7-8℃/分钟的速度升温至1100-1200℃，保温煅烧1.5-2.0小时，自然冷却至室温后研磨得到改性二氧化硅陶瓷粉。作为对上述方案的进一步描述，所述改性二氧化硅陶瓷粉粒径大小在0.2-0.6微米之间。作为对上述方案的进一步描述，所述改性二氧化硅陶瓷粉添加量为合金铸铁铁水质量的0.04-0.06%。作为对上述方案的进一步描述，所述浇包使用前要预热至550-580℃。作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述盐酸溶液摩尔浓度为5.5-6.0摩尔/升。作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述油酸钠水溶液质量浓度为20-24%。作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述乙二醇水溶液质量浓度为80-85%。作为对上述方案的进一步描述，所述合金铸铁各元素成分含量按照质量百分比为：碳占0.20-0.23%；铬占5.5-6.5%；钼占2.0-2.3%；镍占0.7-0.8%；铜占0.3-0.6%；锰占0.4-0.6%；锡占0.40-0.50%；锑占0.25-0.35%；磷占0.20-0.25%；硫占0.15-0.20%；剩余为铁和不可避免的杂质。本发明相比现有技术具有以下优点：为了解决汽车模具用合金铸铁使用寿命短的问题，本发明提供了一种汽车模具用合金铸铁性能改善的方法，通过合金铸铁模具钢组织层面和材料服役性能的研究，从内部因素解决合金铸铁疲劳抗性低的问题，对模具材料的综合性能进行提高，在合金铸铁熔炼为铁水后，浇入预先放置了改性二氧化硅陶瓷粉的浇包内，进行球化孕育处理，反应完毕后进行除渣净化，然后浇注成型，所述改性二氧化硅陶瓷粉在制备过程中，以氧化铕以及醋酸锆为原料，反应制备棒状纳米氧化铕/氧化锆复合材料，该纳米结构能够阻止晶间晶粒聚集长大，防止裂纹的扩展，表现出良好的粘结性，通过在合金表面形成氧化物质点改善合金结构的疲劳性，使得制备得到的模具材料具有极好的抗热疲劳强度，淬火后强度高，塑性变形小，材料组织均匀，强化了晶界和相界的作用，提高了抗蠕变强度，微观程度上不断细化，减少杂质存在对模具力学性能造成的损害，具有较低的摩擦系数，同时不易粘模，具有优异的综合性能，其材质特性能够很好的解决现有合金铸铁材料的弊端，加工制备的汽车零部件的耐疲劳强度显著提升，提高了抗冲击韧性，零部件精度显著提升，从而延长了组件的使用寿命，提高了汽车部件的使用性能和美观性，本发明有效解决了汽车模具用合金铸铁使用寿命短的问题，具有低成本、低能耗、高寿命的特点，有助于模具材料各方面性能的均衡改善，能够实现提高汽车零部件生产行业工作效率以及提高市场竞争力的现实意义，对于汽车零部件加工模具研究具有较高价值，显著促进现代化汽车行业快速发展以及资源可持续发展，是一种极为值得推广使用的技术方案。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明所提供的技术方案。实施例1一种汽车模具用合金铸铁性能改善的方法，在合金铸铁熔炼为铁水后，浇入预先放置了改性二氧化硅陶瓷粉的浇包内，进行球化孕育处理，反应完毕后进行除渣净化，然后浇注成型，加工成模具，所述改性二氧化硅陶瓷粉的制备过程包括以下步骤：（1）称取4.5克氧化铕置于烧杯中，加入30毫升盐酸溶液，搅拌均匀后，加入10毫升的油酸钠水溶液，升温至60℃，搅拌混合均匀后静置10小时，加入7.5克醋酸锆和20毫升乙二醇水溶液，然后超声分散10分钟后转移至高压反应釜中，设定反应温度为190℃，反应时间为13小时，反应结束后自然冷却至20℃，使用高速离心机分离得到固体沉淀物，依次使用去离子水和乙醇洗涤3次，置于90℃干燥箱中干燥7小时，得到棒状纳米氧化铕/氧化锆复合材料；（2）称取40克二氧化硅和27克氧化钙研磨2小时得到混合粉末，置于真空干燥箱中，在110℃下干燥8小时，冷却至室温后过200目筛备用，加入步骤（1）制备得到的纳米氧化铕/氧化锆复合材料，置于球磨罐中，球磨10小时，将球磨粉料置于真空干燥箱箱，在100℃下干燥12小时，自然冷却至室温，然后置于预热至330℃的电阻炉中，以7℃/分钟的速度升温至1100℃，保温煅烧1.5小时，自然冷却至室温后研磨得到改性二氧化硅陶瓷粉。作为对上述方案的进一步描述，所述改性二氧化硅陶瓷粉粒径大小在0.2-0.6微米之间。作为对上述方案的进一步描述，所述改性二氧化硅陶瓷粉添加量为合金铸铁铁水质量的0.04%。作为对上述方案的进一步描述，所述浇包使用前要预热至550℃。作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述盐酸溶液摩尔浓度为5.5摩尔/升。作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述油酸钠水溶液质量浓度为20%。作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述乙二醇水溶液质量浓度为80%。作为对上述方案的进一步描述，所述合金铸铁各元素成分含量按照质量百分比为：碳占0.20%；铬占5.5%；钼占2.0%；镍占0.7%；铜占0.3%；锰占0.4%；锡占0.40%；锑占0.25%；磷占0.20%；硫占0.15%；剩余为铁和不可避免的杂质。实施例2一种汽车模具用合金铸铁性能改善的方法，在合金铸铁熔炼为铁水后，浇入预先放置了改性二氧化硅陶瓷粉的浇包内，进行球化孕育处理，反应完毕后进行除渣净化，然后浇注成型，加工成模具，所述改性二氧化硅陶瓷粉的制备过程包括以下步骤：（1）称取4.7克氧化铕置于烧杯中，加入33毫升盐酸溶液，搅拌均匀后，加入13毫升的油酸钠水溶液，升温至62℃，搅拌混合均匀后静置11小时，加入7.8克醋酸锆和25毫升乙二醇水溶液，然后超声分散12分钟后转移至高压反应釜中，设定反应温度为195℃，反应时间为14小时，反应结束后自然冷却至22℃，使用高速离心机分离得到固体沉淀物，依次使用去离子水和乙醇洗涤4次，置于95℃干燥箱中干燥7.5小时，得到棒状纳米氧化铕/氧化锆复合材料；（2）称取42克二氧化硅和28克氧化钙研磨2.5小时得到混合粉末，置于真空干燥箱中，在115℃下干燥9小时，冷却至室温后过200目筛备用，加入步骤（1）制备得到的纳米氧化铕/氧化锆复合材料，置于球磨罐中，球磨12小时，将球磨粉料置于真空干燥箱箱，在105℃下干燥13小时，自然冷却至室温，然后置于预热至340℃的电阻炉中，以7.5℃/分钟的速度升温至1150℃，保温煅烧1.8小时，自然冷却至室温后研磨得到改性二氧化硅陶瓷粉。作为对上述方案的进一步描述，所述改性二氧化硅陶瓷粉粒径大小在0.2-0.6微米之间。作为对上述方案的进一步描述，所述改性二氧化硅陶瓷粉添加量为合金铸铁铁水质量的0.05%。作为对上述方案的进一步描述，所述浇包使用前要预热至565℃。作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述盐酸溶液摩尔浓度为5.8摩尔/升。作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述油酸钠水溶液质量浓度为22%。作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述乙二醇水溶液质量浓度为82%。作为对上述方案的进一步描述，所述合金铸铁各元素成分含量按照质量百分比为：碳占0.22%；铬占6.0%；钼占2.15%；镍占0.75%；铜占0.45%；锰占0.5%；锡占0.45%；锑占0.30%；磷占0.22%；硫占0.18%；剩余为铁和不可避免的杂质。实施例3一种汽车模具用合金铸铁性能改善的方法，在合金铸铁熔炼为铁水后，浇入预先放置了改性二氧化硅陶瓷粉的浇包内，进行球化孕育处理，反应完毕后进行除渣净化，然后浇注成型，加工成模具，所述改性二氧化硅陶瓷粉的制备过程包括以下步骤：（1）称取5.0克氧化铕置于烧杯中，加入35毫升盐酸溶液，搅拌均匀后，加入15毫升的油酸钠水溶液，升温至64℃，搅拌混合均匀后静置12小时，加入8.0克醋酸锆和30毫升乙二醇水溶液，然后超声分散15分钟后转移至高压反应釜中，设定反应温度为200℃，反应时间为15小时，反应结束后自然冷却至25℃，使用高速离心机分离得到固体沉淀物，依次使用去离子水和乙醇洗涤5次，置于100℃干燥箱中干燥8小时，得到棒状纳米氧化铕/氧化锆复合材料；（2）称取45克二氧化硅和30克氧化钙研磨3小时得到混合粉末，置于真空干燥箱中，在120℃下干燥10小时，冷却至室温后过200目筛备用，加入步骤（1）制备得到的纳米氧化铕/氧化锆复合材料，置于球磨罐中，球磨15小时，将球磨粉料置于真空干燥箱箱，在110℃下干燥14小时，自然冷却至室温，然后置于预热至350℃的电阻炉中，以8℃/分钟的速度升温至1200℃，保温煅烧2.0小时，自然冷却至室温后研磨得到改性二氧化硅陶瓷粉。作为对上述方案的进一步描述，所述改性二氧化硅陶瓷粉粒径大小在0.2-0.6微米之间。作为对上述方案的进一步描述，所述改性二氧化硅陶瓷粉添加量为合金铸铁铁水质量的0.06%。作为对上述方案的进一步描述，所述浇包使用前要预热至580℃。作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述盐酸溶液摩尔浓度为6.0摩尔/升。作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述油酸钠水溶液质量浓度为24%。作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述乙二醇水溶液质量浓度为85%。作为对上述方案的进一步描述，所述合金铸铁各元素成分含量按照质量百分比为：碳占0.23%；铬占6.5%；钼占2.3%；镍占0.8%；铜占0.6%；锰占0.6%；锡占0.50%；锑占0.35%；磷占0.25%；硫占0.20%；剩余为铁和不可避免的杂质。对比例1-3铸铁的熔炼：采用中频感应电炉作为熔炼工具，将合金铸铁原料（所述合金铸铁各元素成分含量按照质量百分比为：碳占0.22%；铬占6.0%；钼占2.15%；镍占0.75%；铜占0.45%；锰占0.5%；锡占0.45%；锑占0.30%；磷占0.22%；硫占0.18%；剩余为铁和不可避免的杂质）熔炼为铁水后，浇入预热的浇包内，进行球化孕育处理，反应完毕后进行除渣净化，然后浇注成型，（使用的孕育剂用量占浇铸液的0.35%，成分为63sife，使用的球化剂为稀土镁硅铁球化剂粉末：所含各元素的重量百分比为：含镁15％，含硅65％，含铈2.5％，剩余为铁；添加量为铸铁原料质量的1.5%）；浇铸温度为1450℃，浇铸后空冷至室温，机械加工得到所需尺寸试样，对所得试样进行下一步性能试验。其中对比例1所述浇包内预先放置粒度在0.5-1.0微米之间的二氧化硅粉末，用量占铁水质量的0.2%。其中对比例2所述浇包内预先放置粒度在0.5-1.0微米之间的氧化钙粉末，用量占铁水质量的0.3%。其中对比例3所述浇包内预先放置粒度在0.5-1.0微米之间的二氧化钛粉末，用量占铁水质量的0.2%。对比例4一种汽车模具用合金铸铁性能改善的方法，在合金铸铁熔炼为铁水后，浇入预先放置了改性二氧化硅陶瓷粉的浇包内，进行球化孕育处理，反应完毕后进行除渣净化，然后浇注成型，加工成模具，所述改性二氧化硅陶瓷粉的制备过程包括以下步骤：（1）称取4.7克氧化铕置于烧杯中，加入33毫升盐酸溶液，搅拌均匀后，加入13毫升的油酸钠水溶液，升温至62℃，搅拌混合均匀后静置11小时，然后超声分散12分钟后转移至高压反应釜中，设定反应温度为195℃，反应时间为14小时，反应结束后自然冷却至22℃，使用高速离心机分离得到固体沉淀物，依次使用去离子水和乙醇洗涤4次，置于95℃干燥箱中干燥7.5小时，得到棒状纳米氧化铕材料；（2）称取42克二氧化硅和28克氧化钙研磨2.5小时得到混合粉末，置于真空干燥箱中，在115℃下干燥9小时，冷却至室温后过200目筛备用，加入步骤（1）制备得到的纳米氧化铕材料，置于球磨罐中，球磨12小时，将球磨粉料置于真空干燥箱箱，在105℃下干燥13小时，自然冷却至室温，然后置于预热至340℃的电阻炉中，以7.5℃/分钟的速度升温至1150℃，保温煅烧1.8小时，自然冷却至室温后研磨得到改性二氧化硅陶瓷粉。作为对上述方案的进一步描述，所述改性二氧化硅陶瓷粉粒径大小在0.2-0.6微米之间。作为对上述方案的进一步描述，所述改性二氧化硅陶瓷粉添加量为合金铸铁铁水质量的0.05%。作为对上述方案的进一步描述，所述浇包使用前要预热至565℃。作为对上述方案的进一步描述，所述盐酸溶液摩尔浓度为5.8摩尔/升。作为对上述方案的进一步描述，所述油酸钠水溶液质量浓度为22%。作为对上述方案的进一步描述，所述合金铸铁各元素成分含量按照质量百分比为：碳占0.22%；铬占6.0%；钼占2.15%；镍占0.75%；铜占0.45%；锰占0.5%；锡占0.45%；锑占0.30%；磷占0.22%；硫占0.18%；剩余为铁和不可避免的杂质。对比例5一种汽车模具用合金铸铁性能改善的方法，在合金铸铁熔炼为铁水后，浇入预先放置了改性二氧化硅陶瓷粉的浇包内，进行球化孕育处理，反应完毕后进行除渣净化，然后浇注成型，加工成模具，所述改性二氧化硅陶瓷粉的制备过程包括以下步骤：（1）称取加入7.8克醋酸锆和25毫升乙二醇水溶液，超声分散12分钟后转移至高压反应釜中，设定反应温度为195℃，反应时间为14小时，反应结束后自然冷却至22℃，使用高速离心机分离得到固体沉淀物，依次使用去离子水和乙醇洗涤4次，置于95℃干燥箱中干燥7.5小时，得到棒状纳米氧化锆材料；（2）称取42克二氧化硅和28克氧化钙研磨2.5小时得到混合粉末，置于真空干燥箱中，在115℃下干燥9小时，冷却至室温后过200目筛备用，加入步骤（1）制备得到的纳米氧化锆材料，置于球磨罐中，球磨12小时，将球磨粉料置于真空干燥箱箱，在105℃下干燥13小时，自然冷却至室温，然后置于预热至340℃的电阻炉中，以7.5℃/分钟的速度升温至1150℃，保温煅烧1.8小时，自然冷却至室温后研磨得到改性二氧化硅陶瓷粉。作为对上述方案的进一步描述，所述改性二氧化硅陶瓷粉粒径大小在0.2-0.6微米之间。作为对上述方案的进一步描述，所述改性二氧化硅陶瓷粉添加量为合金铸铁铁水质量的0.05%。作为对上述方案的进一步描述，所述浇包使用前要预热至565℃。作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述乙二醇水溶液质量浓度为82%。作为对上述方案的进一步描述，所述合金铸铁各元素成分含量按照质量百分比为：碳占0.22%；铬占6.0%；钼占2.15%；镍占0.75%；铜占0.45%；锰占0.5%；锡占0.45%；锑占0.30%；磷占0.22%；硫占0.18%；剩余为铁和不可避免的杂质。对比实验分别使用实施例1-3和对比例1-5的方法对汽车模具用合金铸铁性能进行改善，以公开号为cn101177758公开的一种耐磨合金铸铁改性材料中的方法为对照组，采用上述各组制得的合金铸铁模具材料，机械加工得到所需尺寸试样（每组制备5个），对所得试样进行下一步性能试验，在相同条件下进行各项性能测试，试验中保持无关变量一致，进行结果统计分析（实验前利用统计学方法进行试验设计，然后进行试验并记录试验数据，分析得到试验结果，过程中充分利用统计学工具对结果加以最大程度的解释），结果如下表所示：项目抗拉强度（mpa）裂纹长度（毫米）冲击韧性（j/cm2）硬度（hrc）实施例19640.117255实施例29660.107656实施例39620.127154对比例17870.484841对比例27990.455345对比例37920.484943对比例48340.326153对比例58290.336050对照组6750.654138（其中，抗拉强度的测定中试样是按照gb1348-1988标准进行加工得到的；裂纹长度是在冷热循环2000次后使用显微镜以及扫描电镜观察测定的主裂纹长度（冷热循环是在25℃至800℃之间进行的加热冷却循环）；磨损性能测定中试样是按照gb/t12444.1-1990标准进行加工得到的；冲击韧性的测定采用的试样尺寸为50mm·15mm·15mm，在jb-5型冲击试验机上进行；硬度测试是采用hrc150型洛氏硬度机进行）本发明有效解决了汽车模具用合金铸铁使用寿命短的问题，具有低成本、低能耗、高寿命的特点，有助于模具材料各方面性能的均衡改善，能够实现提高汽车零部件生产行业工作效率以及提高市场竞争力的现实意义，对于汽车零部件加工模具研究具有较高价值，显著促进现代化汽车行业快速发展以及资源可持续发展，是一种极为值得推广使用的技术方案。当前第1页12