一种耐蚀耐磨铸铁复合添加剂制造技术

一种耐蚀耐磨铸铁复合添加剂，由锑、锡、铜、稀土（主要为铈）、钡、钙、硅、铁等元素组成，在铸铁溶液中加入０．８～１．６％的复合添加剂，就可生产出具有耐腐蚀而磨损性能的铸铁件，使用十分方便，适用于生产耐腐蚀耐磨损的泵阀、管道及其它设备部件。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是有关一种耐蚀耐磨铸铁复合添加剂。目前，制造耐腐蚀耐磨损铸铁件的最有效方法之一是向铸铁中加入合金元素。使用最多的合金元素有铬、镍、钼、氮、钒、钛、铜、钨、铝、锆、硅等。这些元素多数能与铸铁中的碳形成高硬度的化合物，从而提高耐磨性能;有的则改善铸铁的电化学性能或在铸铁件表面形成致密保护膜，从而提高耐腐蚀性能。如欧州专利EP0272788A1，即在亚共晶铸铁溶液中加入0.3～0.8%的钛、钒或钼，来提高铸铁的抗磨性能和综合机械性能。这种方法主要靠钛、钒或铜形成碳化物，而且必须进行热处理，但不能改善铸件的耐腐蚀性能。又如欧洲专利EP0141966A1，则是在浇注前或浇注时向铁水中加入由镍8.5%、硅10%、铜3%或者镍94%、硼3%和硅3%组成的合金粉末，在铸铁件表面形成耐腐蚀层，此种方法只适用于离心铸管，否则难以取得满意效果。湖南大学学报1988年第15卷第二期发表了一篇《锑、锡等元素对铸铁机械及耐腐蚀性能的影响》论文。该文报道了在容量为150kg的酸性中频感应炉熔炼原铁水，1480℃出炉，炉前用磅称定量铁水，合金元素称量并经烘烤后加入浇包中。加入的合金元素是锡、锑与铜、稀土(主要为铈)，锑与铜采用中间合金的形式加入，它们分别加入铁水中，然后考察单一元素对铸铁的机械与耐蚀性能的影响。原铁水的成分为碳3.61%，硅1.17%，锰0.61%、硫0.03%、磷0.037%，余量为铁。其中，锡含量低于0.4%时，促进铸铁中珠光体的生成并改善机械性能，能显著降低铸铁在H2SO4、HCl及NaOH介质中的腐蚀速度，且锡含量越高其作用越显著。锑对铸铁的机械性能和耐蚀性能的影响最为强烈，随着锑含量的增加，铸铁在酸、碱介质中，特别是在不同浓度的HCl溶液中的耐蚀性能成倍提高，但铸铁的强度则呈直线下降。锑含量高于0.1%以后，每增加0.1%Sb，铸铁的抗弯强度值就降低30MPa，铜能改善铸铁的机械性能和耐蚀性能，对抑制锑削弱铸铁强度的不利影响有一定作用。当铸铁中稀土的残留量低于0.014%临界值时，铸铁的机械性能和耐蚀性能得到改善。湖南大学学报第15卷第三期发表了另一篇《新型低合金耐蚀铸铁的试验研究》论文，该文是在上述对单一合金元素试验的基础上，选择一号稀土(主要为铈)、铝、锡及铜与锑合金四个因素，一起预先加入浇包中，铁水出炉温度为1450～1500℃，浇注温度为1320～1350℃。所获得的合金铸铁是以金属元素锑为主，辅以铜、锡和稀土(主要为铈)等元素进行复合合金化而成，不仅耐蚀性能优异，且可稳定获得较高的机械性能。同时生产该种合金铸铁所使用的合金元素资源丰富，用量少，生产工艺简便，对原材料无特殊要求，易推广应用。但是，在生产该合金铸铁时，每一合金元素都是在准确称量后，再分别加入浇包中的，手续繁琐，并且在该文中未给出每一合金元素的含量范围，因此，在实际应用时受到了限制。本专利技术的目的在于提供一种耐蚀耐磨铸铁复合添加剂，在生产铸铁件时，只要将一定量的添加剂加入到铁水中，即可获得耐蚀性能优异，机械性能较高的耐蚀耐磨铸铁，且使用十分方便。本专利技术包括锑、锡、铜、稀土(主要为铈)，其特征在于还包括钡、钙、硅、铁，其成分范围为铜25.0～38.0%、锡15.0～24.0%、锑9.5～19.0%、钡0.0～1.6%、钙0.0～0.5%、稀土2.6～5.0%，硅10.0～25.0%，余量为铁及不可避免的杂质元素。实施本专利技术时，必须选择好各合金元素的原料，其特征还在于铜采用电解铜、三号或四号工业铜;锑和锡则分别选用三号或四号工业锑和锡(即Sb-3，Sb-4，Sn-3，Sn-4);稀土选用含轻稀土元素(铈)为主其总量低于25%的稀土24或1＃稀土合金;钡和钙选用国内铁合金厂生产的含钡钙合金，如HB型钡钙合金;硅和铁因稀土和钡钙合金中已含有，并能保证其含量要求，因此不需另外加入。熔炼时，先选好熔炼炉，如焦炭坩埚炉、燃油坩埚炉、电阻坩埚炉等。最好选用感应电炉，它操作方便、容易控制。确定熔化炉具后，按成分范围配好各合金元素的用量，先将铜置于炉内升温熔化，待铜熔清并升温后将含钡钙的合金加入，然后加锑和锡，最后加入稀土合金并进行搅拌，待温度升至1050～1100℃后，静置5-8分钟，扒去液面上的氧化渣，浇注成条状或块状即可。本专利技术用来制造耐蚀耐磨铸铁件时，原铁水适宜的化学成分为碳2.9～3.8%、硅1.4～2.4%、锰≤0.8%、硫≤0.15%，磷≤0.20%，余量为铁，并控制铁水出炉温度高于1380℃。铁水温度过低，将不利于添加剂的溶解吸收，过高将增加不必要的能源消耗。其特征在于添加剂的用量为处理铁水量的0.8～1.6%，当用量低于0.8%时，对改善铸件耐蚀耐磨性能的作用不显著，高于1.6%，虽然对提高铸件的耐蚀耐磨性能有利，但可能损害铸件的综合机械性能。其特征还在于处理铁水的方法为先将添加剂破碎成直径3～10毫米的颗粒，并烘烤到200～400℃去掉水份，出铁水前，将添加剂加入浇包底部，出完铁水后，不用搅拌，稍加静置，扒去浮渣，加上保温覆盖剂即可浇注。本专利技术所含合金元素在铸铁中所起作用可分为二类。一类是强烈促进铸铁珠光体形成，使铸铁在铸造状态下获得均一细密的珠光体基体，同时，它们溶解于基体中，对提高铸铁件的耐腐蚀性能起决定性的作用，这类元素有锑、锡、铜。锑是一种十分强烈的珠光体稳定剂，其作用比锡强一倍，比铜则强100倍。这是由于共析转变时，锑阻止了碳原子在石墨晶核上的进一步析出。锑由于自身的高化学稳定性及提高铸件析氢过电位的作用，使铸铁件的耐酸耐海水腐蚀能力大大提高。但铸铁中锑含量较高时，可能严重削弱晶粒间的结合力，使铸铁件脆性增加，机械性能下降;锑含量过低，则起不到改善铸铁件耐蚀耐磨性能的作用。因此，添加剂中锑含量控制为9.5～19.0%。锡具有锑类似的作用。锡在共晶凝固时，扩大平衡与非平衡共晶转变温度区间，有利于石墨形成，而共析转变时，则阻碍奥氏体中碳向石墨上扩散，促进珠光体生成。一定范围内，锡不存在使铸件机械性能下降的问题，故铸件中锡的含量可超过锑的含量，因此，添加剂中锡的含量为15.0～24.0%。铜溶于铸铁基体中，既提高机械性能，又改善耐腐蚀耐磨损性能，而且铜还有中和锑对铸铁件产生不利影响的作用。因此添加剂中铜的含量为25.0～38.0%。另外，在强腐蚀介质中，锑、锡和铜均有在铸件表面沉积，缓解腐蚀发生的作用。本专利技术的另一类元素是稀土(主要是含铈)、钡、钙和硅，这类元素主要起变质和净化铁水的作用。稀土中的铈能与铁水中的硫等杂质元素化合，生成含铈的化合物，一方面去掉铁水中的有害杂质，另一方面，这些化合物还可能起石墨核心的作用，改善铸铁的组织，提高机械性能，因此，添加剂中稀土的含量为2.6～5.0%。钡和钙具有稀土中铈完全相同的作用。当有钡、钙存在时，铈的作用得到加强，且铈的含量可以降低。铈、钡和钙均有克服锑对铸件产生有害影响的作用。铸件中这类元素的含量不宜过高，否则亦会破坏铸件的机械性能和耐蚀性能。因此，添加剂中稀土的含量不超过5.0%，钡和钙的含量分别为0.0～1.6%和0.0～0.5%。硅在铸铁中主要起孕育作用，同时也起调整添加剂成分的作用。因此，添加剂中硅的含量为10.0～25.0%。本专利技术所选用的合金元素的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐蚀耐磨铸铁复合添加剂，包括铜、锡、锑、稀土（主要为铈），本专利技术的特征在于还包括钡、钙、硅、铁，其成份范围为：铜２５．０～３８．０％、锡１５．０～２４．０％、锑９．５～１９．０％、钡０．０～１．６％、钙０．０～０．５％、稀土２．６～５．０％、硅１０．０～２５．０％，余量为铁及不可避免的杂质元素。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：韩绍昌，龚建森，盛志云，洪首宗，朱士鎏，刘东初，三，
申请(专利权)人：湖南大学，湘东化工机械厂，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]