專(zhuān)利名稱(chēng)：一種過(guò)共晶高鉻白口鑄鐵的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聞絡(luò)鑄鐵的制造技術(shù)，特別是一種耐磨的過(guò)共晶聞絡(luò)白口鑄鐵的制備方法。
背景技術(shù)：
高鉻白口鑄鐵是一類(lèi)應(yīng)用非常廣泛的重要耐磨材料，由于其組織中大量存在的高硬度M7C3型碳化物而具有優(yōu)良的耐磨性，同時(shí)該碳化物形貌呈桿狀分布而較其它白口鑄鐵的韌性有所改善。高鉻白口鑄鐵中的鉻元素不僅可有效提高材料在漿料中的腐蝕抗力，同時(shí)大量存在的含鉻的硬質(zhì)相M7C3型碳化物有力地提高了材料的磨損抗力，提高了耐磨件使用壽命。因此廣泛用于冶金、礦山、水利、電力、化工等領(lǐng)域的各類(lèi)磨損部件。
在高鉻白口鑄鐵中，碳化物數(shù)量的增加對(duì)磨損抗力的變化具有重要的影響，但碳化物數(shù)量提高到一定程度，將會(huì)出現(xiàn)粗大的初生碳化物，導(dǎo)致高鉻白口鑄鐵的韌性急劇下降，服役安全性降低，從而使過(guò)共晶高鉻白口鑄鐵失去使用價(jià)值。因而，目前用于這一類(lèi)部件的聞絡(luò)白口鑄鐵為碳當(dāng)量通常以不超過(guò)共晶點(diǎn)上限的亞共晶聞絡(luò)白口鑄鐵。過(guò)共晶高鉻白口鑄鐵的抗磨性?xún)?yōu)于工業(yè)上常用的亞共晶高鉻白口鑄鐵，二者成本相當(dāng)，所以過(guò)共晶聞絡(luò)白口鑄鐵性?xún)r(jià)比聞。但是由于過(guò)共晶白口聞絡(luò)鑄鐵中存在大量粗大的硬脆相碳化物，使韌性顯著降低，限制了其工業(yè)化應(yīng)用。在保證過(guò)共晶高鉻白口鑄鐵高硬度、高耐磨性的同時(shí)，若想提高其韌性，最有效地辦法就是細(xì)化其中初生碳化物?？梢?jiàn)，通過(guò)細(xì)化碳化物、改善其分布和形態(tài)，是提聞過(guò)共晶聞絡(luò)白口鑄鐵朝性的重要技術(shù)手段。為提聞過(guò)共晶高鉻白口鑄鐵的韌性，國(guó)內(nèi)外研究人員進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)。發(fā)明專(zhuān)利CN1769508A公開(kāi)了一種低成本高耐磨的過(guò)共晶高鉻鑄鐵及其制備方法，其主要成分為 C :3· 5 4. 5%, Mn 1. O 3. 0%, Cr 17 30%，Si 0. 5 I. 5%, Cu I. O 2. 0%，P :彡O. 06%, S O. 06%, Ni ( 1%，余量為鐵。其制備方法是采用二次孕育變質(zhì)處理的方法細(xì)化初生碳化物，包內(nèi)孕育劑的中間合金含有的TiN、NbN等顆粒作為促進(jìn)初生碳化物形核的基體，增加初生碳化物的形核數(shù)量。稀土、鎂和鉀等富集在初生碳化物的表面，使其細(xì)化、團(tuán)球化。隨流孕育劑的作用是大大加快合金的凝固，使初生碳化物來(lái)不及長(zhǎng)大，從而達(dá)到細(xì)化初生碳化物的目的。該發(fā)明通過(guò)預(yù)加含TiN、NbN等顆粒的中間合金在包內(nèi)孕育，作為初生碳化物的異質(zhì)形核基底。但TiN、NbN等顆粒在鐵水中易團(tuán)聚，分布均勻性較差，使碳化物的形態(tài)和分布均勻性較差，導(dǎo)致鑄件性能波動(dòng)較大。發(fā)明專(zhuān)利CN101173340A公開(kāi)了一種鑄態(tài)高碳高鉻鑄鐵及其制備方法。高碳高鉻鑄鐵化學(xué)組成成分是(重量百分比):4. 5-5. 5C，22. 5-30. 8Cr，3. 0-5. 0V,O. 7-1. 2Mn,O. 2-0. 5Nb，0. 5-1. OTi, 0. 08-0. 20Mg，0. 05-0. 20Na，0. 05-0. 20RE，Si < I. 0，其余為 Fe 和不可避免的微量雜質(zhì)。鑄態(tài)高碳高鉻鑄鐵在出爐時(shí)用釩鐵顆粒孕育，并用稀土鎂合金和鈉鹽進(jìn)行復(fù)合變質(zhì)處理，在200-28(TC下進(jìn)行去應(yīng)力退火處理后可直接使用。該發(fā)明雖然不需要淬火處理，能耗低，生產(chǎn)周期短。但是稀土鎂合金和鈉鹽進(jìn)行復(fù)合變質(zhì)處理效果不穩(wěn)定，而且在高溫下易燃燒和揮發(fā)，會(huì)造成環(huán)境污染。
專(zhuān)利文獻(xiàn)W08404760-A1和EP147422-A1公開(kāi)了一種耐磨鑄造過(guò)共晶高鉻白口鑄鐵，其主要成分(Wt%)為:C > 4. O ；Cr25-45 ;MnO_15 ;Mo0_10 ；Ni0-10 ;Β0_2 ;Ti，V，W，Ta 和Nb至少加入一種，每一種元素加入量< 5. O且Ti，V，W，Ta和Nb的總量小于15.0%。這種合金采用低溫澆注，澆注溫度不超過(guò)液相線(xiàn)溫度100°C。獲得的初生碳化物尺寸約為75 μ m。由于這種材質(zhì)需要較低的澆注溫度，在澆注薄壁、復(fù)雜件時(shí)成形困難，且加入價(jià)格較貴的Mo、Ni等元素，導(dǎo)致生產(chǎn)成本過(guò)高。專(zhuān)利文獻(xiàn)W02004/103608介紹了一種用消失模生產(chǎn)的過(guò)共晶高鉻鑄鐵的方法，可用于生產(chǎn)渣漿泵、旋流器等破碎設(shè)備的部件。該方法中模具投資大，不適于單件或小批量鑄件的生產(chǎn)；孕育劑的粒度較小，一般不超過(guò)100 μ m，其表面的氧化物等雜質(zhì)相對(duì)較多，會(huì)污染鑄件的組織，從而不利于其韌性提高。R. J Llewellyn 等人發(fā)表的論文《Scouring erosion resistance of metallicmaterials used in slurry pump service》介紹了一種用常規(guī)鑄造生產(chǎn)的初生碳化物細(xì)化的過(guò)共晶高鉻白口鑄鐵(5C-35%)的耐沖蝕磨損性能，但是該論文并沒(méi)有給出細(xì)化初生碳化物晶粒的方法。張山綱等人發(fā)表的《高碳高鉻白口鑄鐵材料及其應(yīng)用》一文主要內(nèi)容為在低溫澆·注的條件下，通過(guò)在鐵液中加入一種細(xì)化劑(沒(méi)有提供細(xì)化劑的成分)和1%左右的O. 2 O. 3_合金鐵丸，雖然達(dá)到了使過(guò)共晶合金(4. 0-6. 0C-30. O 40. 0%)中初生碳化物細(xì)化的效果，但是由于采用低溫澆注的方法，使鑄件易產(chǎn)生冷隔等缺陷，成品率較低，質(zhì)量不穩(wěn)定。本申請(qǐng)發(fā)明人曾加入鈦、硼元素細(xì)化過(guò)共晶高鉻白口鑄鐵中的初生碳化物，雖然細(xì)化效果明顯，但是成形性不易控制，鑄件中易產(chǎn)生縮孔、縮松等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種碳化物的形態(tài)和分布均勻、細(xì)化效果明顯、材料組織致密的過(guò)共晶高鉻白口鑄鐵的制備方法。為達(dá)到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的一種過(guò)共晶高鉻白口鑄鐵的制備方法，其特征在于，包括以下步驟步驟一采用廢鋼、生鐵、高碳鉻鐵、錳鐵和硅鐵作為熔煉用原材料，按以下重量百分比的化學(xué)組成3. 0-4. 5%C, 15-35%Cr,0. 5-1. 5%Μη，0· 5-1. 5%Si, < 0. 06%P、< 0. 06%S，其余為Fe進(jìn)行配料；步驟二 將廢鋼、生鐵先混合，在電爐中熔化，待鐵水熔清后，依次加入錳鐵和硅鐵熔清，再進(jìn)一步加入高碳鉻鐵后熔清；鑄液至溫度達(dá)到1450°C后采用鋁絲脫氧，然后將鑄液迅速出爐倒入澆包，進(jìn)行除渣處理；步驟三當(dāng)澆包中的鑄液溫度降至1300°C _1350°C時(shí)，將鑄液倒入砂型澆注成形，8小時(shí)后打箱取出鑄件，進(jìn)行表面清理；步驟四將清理干凈后的鑄件放入電爐中緩慢加熱至700°C 1000°C，保溫一段時(shí)間，使鑄件內(nèi)外溫度均勻化，然后迅速出爐放入鍛機(jī)上進(jìn)行鍛造變形處理，同時(shí)起到空淬的作用；步驟五對(duì)鍛造變形處理后的鍛件然后進(jìn)行回火處理，進(jìn)一步消除鑄件內(nèi)部應(yīng)力，最終得到過(guò)共晶聞絡(luò)鑄鐵。上述方法中，步驟四中所述的緩慢加熱，升溫速率< 200°C /小時(shí)。所述的保溫一段時(shí)間，是指按鑄件厚度每增加20mm，保溫時(shí)間延長(zhǎng)I小時(shí)。所述的鍛造變形處理是指，采用十字墩拔方式2-5次，變形速率在O. 1-ΙΟ Γ1，變形比O. 05-0. 5。步驟五所述回火處理的溫度為 250°C -350°C。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是I.配方組成中采用C:3. 0-4. 5%，Cr: 15-35%的化學(xué)成分，不加入高鉻鑄鐵中常用的提高淬透性元素(如價(jià)格較高的鑰和銅等)，原材料成本較低；2.在鍛造處理過(guò)程中，過(guò)共晶高鉻鑄鐵不僅可以碳化物顯著細(xì)化，且組織更加致密，另外，在鍛造過(guò)程與空淬處理同時(shí)進(jìn)行；3.采用十字墩拔處理方式2-5次；變形速率在O. l-lOs—1，變形比O. 05-0. 5 ;鑄件朝性明顯提聞。本發(fā)明方法所得到的過(guò)共晶高鉻白口鑄鐵可用于制作低沖擊磨損工況下礦料、石 料等破碎的錘頭、襯板等工具。


(見(jiàn)后面)圖I為本發(fā)明實(shí)施例2鍛造前過(guò)共晶高鉻鑄鐵組織顯微照片。圖2為本發(fā)明實(shí)施例2鍛造后過(guò)共晶高鉻鑄鐵組織顯微照片。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合幾個(gè)實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例I(I)過(guò)共晶高鉻白口鑄鐵采用廢鋼、生鐵、高碳鉻鐵、錳鐵、硅鐵作為熔煉用原材料，以化學(xué)組成(重量百分比)4. 5%C, 15%Cr，0. 5%Μη，0· 5%Si，0. 05%P、0. 04%S，其余為 Fe 確定原材料的配比關(guān)系，并進(jìn)行配料。 (2)先將廢鋼、生鐵混合，在酸性中頻感應(yīng)電爐中熔化，待鐵水熔清后，依次加入錳鐵和硅鐵再進(jìn)一步熔清后，再加入高碳鉻鐵，至溫度達(dá)到1450°C ;待熔清并采用鋁絲脫氧后，鑄液靜置2分鐘，在鑄液液面除渣后，將鑄液迅速出爐倒入澆包，進(jìn)行除渣處理。(3)當(dāng)鑄液溫度為1300°C時(shí)，將鑄液倒入普通砂型澆注成形，即得過(guò)共晶高鉻白口鑄鐵件；澆注完成8小時(shí)后打箱取出鑄件。(4)將過(guò)共晶高鉻白口鑄鐵件表面清理干凈后，放入電爐中緩慢升溫(80°C /小時(shí))加熱至700°C，根據(jù)鑄件最大厚度為70mm，確定保溫時(shí)間為3. 5小時(shí)。(5)然后迅速出爐放入鍛機(jī)上進(jìn)行鍛造變形處理，該過(guò)程同時(shí)起到空淬的作用，使過(guò)共晶高鉻鑄鐵的基體變成馬氏體組織。具體的鍛造變形工藝為墩拔方式十字墩拔；墩拔處理2次，變形速率在O. ls_\變形比O. 05。(6)最后進(jìn)行回火處理(保溫溫度為250°C)進(jìn)一步消除鑄件內(nèi)部應(yīng)力。通過(guò)測(cè)試，本例所得過(guò)共晶高鉻鑄鐵組織及性能如表I所示實(shí)施例2本實(shí)施例步驟大部分同實(shí)施例1，不同之處如下(I)化學(xué)組成(重量百分比)為3. 0%C，35%Cr，I. 5%Mn, I. 5%Si,0. 02%P、0. 04%S，其余為Fe。(3)當(dāng)鑄液溫度為1350°C時(shí)，將鑄液倒入普通砂型澆注成形。
(4)將鑄件表面清理干凈后，放入電爐中緩慢升溫(200°C /小時(shí))加熱至1000°C。(5)墩拔處理5次，變形速率在10s—1，變形比O. 5。(6)最后進(jìn)行回火處理(保溫溫度為350°C)。通過(guò)測(cè)試，本例所得過(guò)共晶高鉻鑄鐵組織及性能如表I所示實(shí)施例3本實(shí)施例步驟大部分同實(shí)施例1，不同之處如下 (I)化學(xué)組成(重量百分比)為4. 0%C, 25%Cr, I. 0%Mn, I. 0%Si,0. 03%P、0. 03%S，其余為Fe。(3)當(dāng)鑄液溫度為1350°C時(shí)，將鑄液倒入普通砂型澆注成形。(4)將鑄件表面清理干凈后，放入電爐中緩慢升溫(100°C /小時(shí))加熱至900°C。(5)墩拔處理3次，變形速率在4. 5s_S變形比O. I。(6)最后進(jìn)行回火處理(保溫溫度為350°C)。通過(guò)測(cè)試，本例所得過(guò)共晶高鉻鑄鐵組織及性能如表I所示表I
權(quán)利要求
1.一種過(guò)共晶高鉻白口鑄鐵的制備方法，其特征在于，包括以下步驟步驟一采用廢鋼、生鐵、高碳鉻鐵、錳鐵和硅鐵作為熔煉用原材料，按以下重量百分比的化學(xué)組成3. 0-4. 5%C, 15-35%Cr,0. 5-1. 5%Μη，0· 5-1. 5%Si, < 0. 06%P、< 0. 06%S，其余為Fe進(jìn)行配料；步驟二 將廢鋼、生鐵先混合，在酸性中頻感應(yīng)電爐中熔化，待鐵水熔清后，依次加入錳鐵和硅鐵熔清，再進(jìn)一步加入高碳鉻鐵后熔清；鑄液至溫度達(dá)到1450°C后采用鋁絲脫氧，然后將鑄液迅速出爐倒入澆包，進(jìn)行除渣處理；步驟三當(dāng)澆包中的鑄液溫度降至1300°C -1350°C時(shí)，將鑄液倒入砂型澆注成形，8小時(shí)后打箱取出鑄件，進(jìn)行表面清理；步驟四將清理干凈后的鑄件放入電爐中緩慢加熱至700°C 1000°C，保溫一段時(shí)間，使鑄件內(nèi)外溫度均勻化，然后迅速出爐放入鍛機(jī)上進(jìn)行鍛造變形處理，同時(shí)起到空淬的作用；步驟五對(duì)鍛造變形處理后的鍛件然后進(jìn)行回火處理，進(jìn)一步消除鑄件內(nèi)部應(yīng)力，最終得到過(guò)共晶聞絡(luò)鑄鐵。
2.如權(quán)利要求I所述的過(guò)共晶高鉻白口鑄鐵的制備方法，其特征在于，步驟四中所述的緩慢加熱，升溫速率< 200°C /小時(shí)。
3.如權(quán)利要求I所述的過(guò)共晶高鉻白口鑄鐵的制備方法，其特征在于，步驟四中所述的保溫一段時(shí)間，是指按鑄件厚度每增加20mm，保溫時(shí)間延長(zhǎng)I小時(shí)。
4.如權(quán)利要求I所述的過(guò)共晶高鉻白口鑄鐵的制備方法，其特征在于，步驟四中所述的鍛造變形處理是指，采用十字墩拔方式2-5次，變形速率在O. I-IOiT1，變形比O. 05-0. 5。
5.如權(quán)利要求I所述的過(guò)共晶高鉻白口鑄鐵的制備方法，其特征在于，步驟五所述回火處理的溫度為250°C -350°C。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種過(guò)共晶高鉻白口鑄鐵的制備方法，包括以下步驟采用廢鋼、生鐵、高碳鉻鐵、錳鐵和硅鐵作為熔煉用原材料，按以下重量百分比的化學(xué)組成3.0-4.5%C，15-35%Cr，0.5-1.5%Mn，0.5-1.5%Si，＜0.06%P、＜0.06%S，其余為Fe進(jìn)行配料；原料在電爐中熔化后脫氧，然后將鑄液迅速出爐倒入澆包；當(dāng)溫度降至1300℃-1350℃時(shí)，將鑄液倒入砂型澆注成形；將鑄件放入電爐中加熱至700℃～1000℃保溫，然后迅速出爐放入鍛機(jī)上進(jìn)行鍛造變形處理；最后對(duì)鍛件進(jìn)行回火處理，最終得到過(guò)共晶高鉻鑄鐵。
文檔編號(hào)C21D8/00GK102925783SQ201210378470
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月9日
發(fā)明者皇志富, 邢建東, 高義民, 馬勝?gòu)?qiáng), 李燁飛 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)