用于处理熔融铁以产生具有零收缩并具有朗斯代尔石型球状石墨的铸铁的添加剂制造技术

一种添加剂，用于热化学处理熔融铁，以便将呈液态的熔融铁中存在的结合的、溶剂化的和/或胶体的碳分离、分布、附聚、沉淀、球化和/或结晶为呈其六角金刚石或朗斯代尔石形式的石墨，以便产生具有优异机械性能的延展性铁、粒状铁、球状铁、蠕虫状铁、珊瑚状铁、球化铁或灰口铁，在铸造期间具有高金属收率和零收缩的铁；添加剂包含选自元素周期表的第2至第7周期的S

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于处理熔融铁以产生具有零收缩并具有朗斯代尔石型球状石墨的铸铁的添加剂
专利

[0001]本专利技术涉及一种添加到大量熔融铁中以产生具有球状石墨的铸铁(cast iron with spheroidal graphite)的添加剂、用于产生所述添加剂的方法、用于产生具有球状石墨的铸铁的方法以及具有球状石墨的铸铁物品(item of cast iron)。更具体地，本专利技术涉及一种用于产生具有高金属收率和在铸造期间零收缩的铸铁的有效的添加剂，这是由于根据标准ASTM
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A247的I型球体分类，所述铸铁的大量的呈六角金刚石或朗斯代尔石形式(Lonsdaleite form)的球状石墨。
[0002]专利技术背景
[0003]铸铁通常在冲天炉或感应炉中产生，并且通常包含从按重量计2％至4％的碳。碳与铁紧密地混合，并且固化的铸铁中碳的形状对铸铁物品的特性和性质是非常重要的。如果碳采取碳化铁的形式，则铸铁被称为白口铸铁(white cast iron)或白口铸件(white casting)，并且它具有硬且脆的物理特性，这在某些应用中是不期望的。如果碳采取石墨的形式，则铸铁具有不同范围的机械性质和塑性性质(例如，机械加工性)，并且被分类为灰口铸件、可锻铸件、致密铸件(compact casting)、蠕虫状铸件(vermicular casting)、延展性铸件(ductile casting)、粒状铸件(nodular casting)和/或球状铸件(spherical casting)。
[0004]石墨或游离碳可以以层状形式、致密形式、珊瑚状形式、蠕虫状形式、粒状形式和/或球状形式及其变体存在于铸铁中。石墨的球形形状为铸铁提供较大的抗性(resistance)和延展性。
[0005]石墨所采取的形状、尺寸、分布和数量以及石墨的量相对于碳化铁的量可以通过某些添加剂来控制，该添加剂在熔融铁的固化之前或期间促进石墨的形成。这些添加剂被称为球化剂(spheroidizing agent)、粒化剂(nodularizer)、活化剂、晶粒细化剂(grain refining agent)或孕育剂(inoculant)，并且它们向铸件中的添加是作为孕育完成的。在铸铁产品中，从液态熔融铁中，将总是存在碳化铁的形成。铸铁产品中碳化铁的形成通过向液态熔融铁中添加添加剂而被防止或减少。这些添加剂是粒化剂和/或球化剂和孕育剂、活化剂和/或晶粒细化剂。
[0006]目前，熔融铁的固化的过程带来一系列具有重大产业利益的转变，因为石墨的形成、其最终形态以及金属基体在室温的结构依赖于这些转变。所有这些特性界定用于具有高要求的部件的材料的机械性能和功能。
[0007]在固化阶段，孔隙率、密度、体积和粒化率缺陷的形成在与体积的收缩和膨胀以及金属的收缩和膨胀(宏观缩孔、缩孔、微观缩孔以及石墨球粒中的变形)相关的材料中是常见的，这些不利地影响铸件的金属收率和获得的铸铁物品的机械性能。
[0008]缺陷和孔隙率的形成在半固态中尤其重要，其中，在最后固化的区域中的液态材料的供应存在不足。随着状态变化的推进，固化前沿必须不断地在液态铸造中被供给铁，以防止在固态中形成永久性空腔。然而，随着温度的降低，在液态铸铁中铁的粘度增加，这大
大降低铁补偿收缩现象的能力；关于粒化，后者非常快地劣化(从反应时刻起8分钟的最大安全时间)，产生在类型、密度和尺寸上不均匀的球粒(nodules)，产生收缩性并且周期地可膨胀的液体。尽管这些缺陷目前在铸造领域中非常常见，但它们的发生率仍然是当今铁铸件的品质和金属收率的主要问题之一。
[0009]出现缺陷是因为石墨球粒是通过在铁的固化阶段中生长形成的，即是在从材料的收缩至膨胀的阶段并且反之亦然中生长形成的，目前，因为粒状石墨的尺寸、形状、结构和分布不充分而被促进的缺陷导致在铸造业中的金属效率在50％的范围内。
[0010]由于这些原因，从使用添加剂产生延展性铁部件是很有兴趣的，该添加剂通过结晶石墨(朗斯代尔石)球粒在高碳包晶反应区中的沉淀或不一致的碳熔合在热力学原理下促进球状石墨从液相铁中形成，使得现在使用与来自稀土元素的金属结合的粒化剂和/或镁基添加剂，元素主要是呈其稀土元素状态(RE)的铈或镧、稀土元素的金属(REM)、稀土元素(REE)、来自稀土元素的氧化物(REO)及其组合；然而，呈晶体六角金刚石I型(朗斯代尔石)的球状石墨的产量很低，呈现出用这些添加剂产生的部件优先是由根据ASTM A
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247标准I型、II型、III型、IV型、V型粉末状六角石墨构成的无定形球粒，这产生了限制金属收率的相当大的膨胀和收缩以及内部缺陷和结构性球粒缺陷的形成，因此实质上，直到今天在从该金属的共晶温度或低于该金属的共晶温度的固化阶段中产生根据ASTM A
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247的I型、II型、III型、IV型和V型石墨的结构上无定形球粒的形成。
[0011]基于上文，存在为熔融铁浴提供球化添加剂的需求，该球化添加剂在铸造过程期间(在液相中)促进球状石墨的形成和沉淀的适当模式，以确保这样的球状石墨获得主要是根据ASTM
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A247 I型和/或II型分类标准的六角金刚石或朗斯代尔石形状，以提供具有优越的球体密度和呈六角金刚石或朗斯代尔石形式的球状石墨的适当分布的铸铁物品，其总是在固化(液体的结晶)抗共晶(anti
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eutectic)(即源自共晶)内，以便通过提高铸铁的金属收率以及改进所产生的铸铁物品的物理特性和性能以及机械特性和性能来防止孔隙率和/或空腔缺陷、体积收缩和/或体积膨胀。
[0012]专利技术概述
[0013]参照上述内容并且为了提供所遇到的限制的解决方案的目的，本专利技术旨在提供一种用于处理熔融铁的添加剂，该添加剂允许以在延展性铁中主要作为朗斯代尔石的游离碳(石墨)的形式存在于液态熔融铁中的结合碳、溶剂化碳和/或胶体碳的分离、扩散、附聚、沉淀、球化和/或结晶，该过程通过热化学处理产生，以产生具有高于50级的优异机械性能的延展性铁、粒状铁、球状铁、蠕虫状铁、珊瑚状铁、球化铁或灰口铁。该添加剂包含选自元素周期表的第2至第7周期的S
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区的呈金属状态的两种或更多种元素以及选自元素周期表的第6至第7周期的F
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区的呈金属状态的两种或更多种元素。
[0014]本专利技术的目的还是提供一种用于产生添加剂的方法，该添加剂用于处理包含碳的熔融铁以产生具有呈六角金刚石或朗斯代尔石形式的球状石墨的铸铁，该方法包括以下步骤：(a)提供选自元素周期表的第2至第7周期的S
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区的呈金属状态的两种或更多种元素以及选自元素周期表的第6至第7周期的F
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区的呈金属状态的两种或更多种元素；以及(b)将选自元素周期表的第2至第7周期的S
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区的呈金属状态的所述两种或更多种元素与选自元素周期表的第6至第7周期的F
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区的呈金属状态的所述两种或更多种元素铸造、混本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种添加剂，用于处理包含碳的熔融铁以产生具有呈六角金刚石或朗斯代尔石形式的球状石墨的铸铁，所述添加剂包括：选自元素周期表的第2至第7周期的S
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区的呈金属状态的两种或更多种元素；以及选自元素周期表的第6至第7周期的F
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区的呈金属状态的两种或更多种元素。2.根据权利要求1所述的添加剂，其中选自元素周期表的第2至第7周期的S
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区的呈金属状态的所述两种或更多种元素选自元素周期表的IA族。3.根据权利要求2所述的添加剂，其中选自元素周期表的IA族的S
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区的呈金属状态的所述两种或更多种元素选自由锂、钠、钾和铷组成的组，其量为总添加剂的按重量计2％至15％。4.根据权利要求1所述的添加剂，其中选自第6至第7周期的F
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区的呈金属状态的所述两种或更多种元素选自由镧、铈、镨、钕、锕、钍和镤组成的组，其量为总添加剂的按重量计1％至15％。5.根据权利要求1所述的添加剂，其中选自第2至第7周期的S
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区的呈金属状态的所述两种或更多种元素选自元素周期表的IIA族。6.根据权利要求5所述的添加剂，其中选自元素周期表的IIA族的S
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区的呈金属状态的所述两种或更多种元素选自由铍、镁、钙和钡组成的组，其量为总添加剂的按重量计2％至15％。7.根据权利要求1所述的添加剂，其中选自第6至第7周期的F
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区的呈金属状态的所述两种或更多种元素选自由镧、铈、镨、钕、锕、钍和镤组成的组，其量为总添加剂的按重量计1％至15％。8.根据权利要求1所述的添加剂，其中还包括选自元素周期表的IVA族的P
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区的元素。9.根据权利要求8所述的添加剂，其中选自IVA族的P
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区的所述元素选自由碳和硅组成的组，其量为总添加剂的按重量计7％至70％。10.根据权利要求1所述的添加剂，其中还包括选自元素周期表的VIA族的P
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区的元素。11.根据权利要求10所述的添加剂，其中选自VIA族的P
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区的所述元素选自由氧和硫组成的组，其量为总添加剂的按重量计7％至70％。12.根据权利要求1所述的添加剂，其中所述添加剂是游离碳和/或石墨的球化剂和/或粒化剂、自由能活化剂、晶粒细化剂或孕育剂。13.一种用于产生权利要求1所述的添加剂的方法，所述方法包括以下步骤：提供选自元素周期表的第2至第7周期的S
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区的呈金属状态的两种或更多种元素以及选自元素周期表的第6至第7周期的F
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区的呈金属状态的两种或更多种元素；以及将选自第2至第7周期的S
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区的呈金属状态的所述两种或更多种元素与选自元素周期表的第6至第7周期的F
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区的呈金属状态的所述两种或更多种元素铸造、混合和/或接合。14.根据权利要求13所述的方法，其中选自第2至第7周期的S
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区的呈金属状态的所述两种或更多种元素选自元素周期表的IA族。15.根据权利要求14所述的方法，其中选自来自元素周期表的IA族的第2至第7周期的S
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区的呈金属状态的所述两种或更多种元素选自由锂、钠、钾和铷组成的组，其量为总添加剂的按重量计2％至15％。16.根据权利要求13所述的方法，其中选自第6至第7周期的F
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区的呈金属状态的所述
两种或更多种元素选自由镧、铈、镨、钕、锕、钍和镤组成的组，其量为总添加剂的按重量计1％至15％。17.根据权利要求13所述的方法，其中选自第2至第7周期的S
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区的呈金属状态的所述两种或更多种元素选自元素周期表的IIA族。18.根据权利要求17所述的方法，其中选自来自元素周期表的IIA族的S
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区的呈金属状态的所述两种或更多种元素选自由铍、镁、钙和钡组成的组，其量为总添加剂的按重量计2％至15％。19.根据权利要求13所述的方法，其中还包括选自元素周期表的IVA族的P
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区的元素。20.根据权利要求19所述的方法，其中选自IVA族的P
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区的所述元素选自由...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗朗西斯科，
申请(专利权)人：弗朗西斯科，
类型：发明
国别省市：