一种改善铸铁凝固组织的处理方法 【技术领域】
本发明涉及一种改善铸铁凝固组织的处理方法，属金属材料热加工技术领域。
背景技术
为改变铸铁凝固组织形态，得到均匀细化的石墨，同时防止铸铁出现白口，目前国内外在铸件或铸坯生产过程中采取的主要措施有三种：一是化学方法，即在铸铁凝固前向铁液中加入硅铁、稀土或镁等化学物质，以达到孕育处理、球化处理或蠕化处理的目的，使铸铁避免出现白口，析出石墨均匀细小，或者改变石墨形态，使石墨呈球状或蠕虫状。这些物质是通过改变铸铁凝固时石墨生长的热力学和动力学条件，从而达到改变其形态的目的。这种方法的突出问题是添加化学物质在添加过程中会形成烟气及强光，对环境造成很大污染。此外，添加物质还会对铁液本身造成污染，影响了材料的可回用性，从而增加了材料的环境负荷。另一种是传热学方法，包括提高冷却速度和控制浇注温度。冷却速度的提高使液体金属获得大的过冷度，形核率增加，使奥氏体枝晶和共晶团细化，但是对于断面厚大的铸坯和铸件，往往难以提高其内部的冷却速度，特别是快速冷却还会产生内应力、白口等缺陷。控制浇注温度往往受到生产条件的限制，而且这种方法虽然对凝固组织的细化有一定作用，但是在改变凝固组织形态方面的作用却十分有限。第三种方法是动力学方法，指采用机械搅拌和电磁搅拌等手段，促使枝晶折断、破碎，使晶粒数量增多，尺寸减小。这种方法也是一种环保型的处理方法，但是该方法存在明显的不足。首先，与普通的凝固方法相比，该方法并没有使晶核地形核率发生显著改变，因此细化作用并不很明显。其次，强烈搅拌使金属液上下翻动，这样还易于卷入空气和其它的一些氧化夹杂物，对金属液就不可避免的造成污染。再有，搅拌受其搅拌强度的限制，对温度场和成分的均匀化的效果也不是太理想。特别是连铸实践证明，强烈的搅拌会使铸坯造成带状偏析。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种环保型改善铸铁凝固组织的处理方法，也就是使铸铁件在凝固过程中，改变石墨形态的处理方法。
本发明的一种改善铸铁凝固组织的处理方法，其特征在于：对于碳当量在2.5-5.0％的灰铸铁，在铸铁凝固前或凝固过程中，通入脉冲电流，铸铁开始处理温度为1200-1500℃，当温度降至1000℃时，铸铁凝固完毕，停止通电处理；其脉冲电流的参数为：脉冲频率0.1-10000Hz，脉冲电压U为50-5000V，脉冲电流峰值I为400-100000A；通电可以在坩埚或浇包中进行，也可以在浇注后铸型中进行。
本发明方法最显著的优点和效果是：(1)它是一种绿色无污染的环保型处理方法。(2)工艺操作简单方便，不受铸件和铸坯尺寸及形状的影响，(3)脉冲电流处理成本低廉，节约能源，(4)经本发明方法处理后的铸铁件，其凝固组织明显细化和均匀化，从而提高了铸铁件的使用性能，具有明显效果。
【具体实施方式】
实施例一：将熔化铁液进行砂型铸造，浇注成φ50×200mm的圆柱形铁棒。浇注后在铁液凝固过程中对其进行脉冲电流处理，直至铁液凝固完毕。
铸铁的成分及含量(重量百分比)为：C 4.10％，Si 1.92％，Mn 0.22％，P0.058％，S 0.023％，Fe余量，铁液开始处理的温度为1250℃，当温度降至1000℃时，停止通电处理；其工艺参数如下：脉冲频率0.8Hz，输出电压U为2000V，电流强度I为30000A。
实施例二：试验过程与实施例一完全相同，铸铁的化学成分与含量(重量百分比)也相同。但采用了不同的工艺参数，其工艺参数为：脉冲频率1000Hz，输出电压U为50V，电流强度I为800A。
实施例三：试验过程与实施例一完全相同，铸铁的成分及含量(重量百分比)为：C 3.58％，Si1.60％，Mn 0.18％，P 0.045％，S 0.020％，Fe余量，铁液开始处理的温度为1250℃，当温度降至1000℃时，停止通电处理；其工艺参数如下：脉冲频率0.1Hz，输出电压U为5000V，电流强度I为100000A。
实施例四：试验过程与实施例一完全相同，铸铁的化学成分与含量(重量百分比)与实施例三相同。铁液开始处理的温度为1250℃，当温度降至1000℃时，停止通电处理；其工艺参数如下：脉冲频率10000Hz，输出电压U为60V，电流强度I为400A。
以上四个实施例，即经过脉冲电流处理后的铸件，经晶相显微镜观察其凝固组织，可见到铸铁中的石墨由原来粗大块状已变为细小块状、片状甚至点状，或者尖角变钝，呈现近似蠕虫状或球状，而且石墨分布更加均匀，另外，铸件的机械强度有了明显的改善。