一種耐熱耐蝕蠕墨鑄鐵材料及製備方法
2023-05-25 13:19:41 2
專利名稱：一種耐熱耐蝕蠕墨鑄鐵材料及製備方法
技術領域：
本發明屬於金屬材料領域，涉及一種耐熱耐蝕蠕墨鑄鐵材料及其製備方法。
背景技術：
在金屬材料領域中，耐熱耐蝕鑄鐵作為低成本耐熱耐蝕材料一直受到普遍重視。CN200810139616. 1號申請公開一種焦爐護爐鐵件專用高性能蠕墨鑄鐵，屬於蠕墨 鑄鐵鑄造領域。化學組成為(重量百分比)碳C 3. 5 3.7%、矽Si 2. 2 2.9%、錳Mn ^ 0. 2% MP <0.08%、硫 S <0.04%、鉻 Cr 0.4 0.6%、鈦 Ti 0.2 0.3%。與現 有蠕墨鑄鐵相比，蠕化率穩定在60% 80%之間。抗拉強度達到455. 6-489MPa，延伸率達 到3. 46-3. 88%，而當試樣在240°C 690°C進行熱循環時，產生最早裂紋的循環次數達到 480-520次，明顯優於普通蠕墨鑄鐵，是灰鑄鐵的兩倍半，是普通蠕墨鑄鐵的1. 5倍。CN201010150314. 1號申請公開一種稀土高矽鎳鉻合金鑄鐵，它包括Fe、Cr、Co、 Mo、Cu、Si、Mn、C、S、P及微量元素Nb、V、Zr、N和Re，在電爐中熔煉而成；其合金成份(按重 量百分比)組成:Cr :0. 50 18. 80,Co 0. 10 21. 50,Mo 0. 15 3. 80,Cu 0. 20 3. 50、 Si 2. 50 18. 50,Mn :0. 60 1. 20,C :0. 80 3. 20,S :0. 02 0. 15,P :0. 10 0. 20,Re 0. 50 3. 20、Nb、V、Zr、N 適量、！^ 餘量。這些鑄鐵的韌性仍然有限，因此也就影響材料 耐熱性或耐熱耐蝕性的提高。
發明內容
本發明的目的就是針對上述技術缺陷，提供一種耐熱耐蝕蠕墨鑄鐵材料，該材料 具有良好的性能。本發明的另一目的是提供一種耐熱耐蝕蠕墨鑄鐵材料的製備方法，該製備方法工 藝簡單，生產成本低，適於工業化生產。本發明的目的是通過以下技術方案實現的
一種耐熱耐蝕蠕墨鑄鐵材料，該材料以蠕墨鑄鐵為基體，在基體上分布著由鐵絲形成 的金屬絲團，所用鐵絲直徑為l_2mm，金屬絲團的直徑為10-15cm，鐵絲佔材料的體積百分 比為5-40% ；
蠕墨鑄鐵基體的化學成分的重量百分含量C為3. 3% 3. 5%，Si為3. 7% 3. 9%, Mn 為 0. 1-0. 4%, Dy 為 0. 4-0. 7%, Zr 為 0. 4-0. 7%, Ρ<0· 03%, S <0. 025%,其餘為 Fe ；
鐵絲的化學成分的重量百分含量為C為0. 05-0. 07%，Si為0. 2% 0. 3%, Mn為 0. 40-0. 45%, P<0. 02%, S <0. 025%,其餘為 Fe。基體中還分布有Co3C、Co2Si、Cr3Si和Cr23C6化合物顆粒。耐熱耐蝕蠕墨鑄鐵材料的製備方法，其特徵在於它包括以下步驟
鍍鉻鐵絲和鍍鈷鐵絲的準備取直徑為l_2mm、成分重量百分含量C為0. 05-0. 07%, Si 為0. 2% 0. 3%, Mn為0. 40-0. 45%, Ρ<0· 02%, S <0. 025%,其餘為Fe的鐵絲，控制鐵絲佔 材料的體積百分比為5-40% ；按常規方法取一半鐵絲表面鍍鉻，另一半鐵絲表面鍍鈷；分別形成鍍鉻鐵絲和鍍鈷鐵 絲，鍍鉻和鍍鈷層的厚度均為100-500 μ m ；
按清潔球生產的常規方法將上述鍍鉻鐵絲和鍍鈷鐵絲各取一根絲形成球狀的混合雙 絲金屬絲團，金屬絲團直徑為10-15cm，將若干金屬絲團放入鑄型下型型腔中，金屬絲團的 鬆緊程度由鐵絲佔材料的體積百分比決定，保證金屬絲團正好放滿鑄型；布置完畢後，將鑄 型的上型蓋於下型上，合箱完畢後等待鐵水澆注；
蠕墨鑄鐵材料基體的準備按重量百分含量C為3. 3% 3. 5%，Si為3. 7% 3. 9%, Mn 為 0. 1-0. 4%, Dy 為 0. 4-0. 7%, Zr 為 0. 4-0. 7%, P<0. 03%, S <0. 025%,其餘為 Fe 的螺墨鑄 鐵進行配料；蠕墨鑄鐵在感應電爐中熔化，澆注溫度為1420-1460°C;澆注前，在澆包中依次 加入佔鐵水質量的0. 6-0. 8%的75矽鐵孕育劑和0. 4-0. 6%的含Dy稀土蠕化劑，採用衝入 法順流衝入火包中，稀土蠕化劑中按重量百分含量Dy為25%，矽為25%，其餘為鐵；蠕墨鑄鐵 材料中其它的Dy量，採用含Dy50%鏑鐵方式加入；
將上述蠕墨鑄鐵鐵水澆入裝有金屬絲團的幹砂鑄型，液態鐵水將鍍鉻鐵絲和鍍鈷鐵絲 包圍，然後冷卻凝固，形成以蠕墨鑄鐵為基的其中分布有金屬絲團的材料。本發明相比現有技術的有益效果如下
1、本發明材料中的鐵絲自身具有相當的強度和較高的韌性。鐵絲和蠕墨鑄鐵的基體都 是鐵。因此鐵絲和蠕墨鑄鐵很容易結合起來，形成很好的冶金結合。這樣，鐵絲分布在脆性 蠕墨鑄鐵中，對材料具有很好的增強增韌作用。2、當鐵水進入鑄型型腔與鐵絲接觸，鐵絲表面的Co和Cr熔於鐵水，鐵水中的C、 Si和鐵絲表面的Co和Cr反應形成Co2Si、Cr3Si、Co3C和Cr23C6，促進鐵水中的C以碳化 物的形式析出，這些反應物比滲碳體硬度更高，形成的這種特殊化合物進一步提高了材料 的耐熱耐蝕性。3、材料中的Dy具有反石墨球化作用，對形成蠕墨有決定作用。另外對蠕墨鑄鐵的 組織具有顯著細化的作用，對於蠕墨鑄鐵的增韌有重要的作用。另外C和Dy也會形成化合 物Dy3C，有助於材料耐熱耐蝕性的提高。^ 對蠕墨鑄鐵的組織具有顯著細化的作用，C和 ^ 也會形成化合物&C，分布於基體中也有助於材料耐熱耐蝕性的提高。本發明材料中的 P、S為材料中的雜質，控制在允許的範圍即可。4、本發明鑄鐵材料不用貴重稀土元素，主要合金元素又鐵絲帶入，鐵絲材料成本 低，製備工藝簡便，生產成本低，生產的合金材料性能好，而且非常便於工業化生產。適合用 於製造許多耐熱耐蝕件。本發明的鑄鐵材料性能見表1。
圖1為本發明實施例一製得的耐蝕蠕墨鑄鐵材料的金相組織。圖1可以看到在蠕墨鑄鐵與鐵絲結合良好。
具體實施例方式以下各實施例僅用作對本發明的解釋說明，其中的重量百分比均可換成重量g、kg 或其它重量單位。以下鐵絲均為市購，鍍層自製。
實施例一
蠕墨鑄鐵材料基體的成分
鍍鉻鐵絲和鍍鈷鐵絲的準備取直徑為1mm、成分重量百分含量C為0. 05%，Si為 0. 2%, Mn為0. 40%, P<0. 02%, S <0. 025%,其餘為!^e的鐵絲。鐵絲佔材料的體積百分比為5%。按常規方法在一半鐵絲表面鍍鉻，另一半鐵絲表面鍍鈷；分別形成鍍鉻鐵絲和鍍 鈷鐵絲，鍍鉻和鍍鈷層的厚度均為100 μ m，形成的鍍鉻鐵絲和鍍鈷鐵絲二者總體長度相 當；
按清潔球生產的常規方法將上述鍍鉻鐵絲和鍍鈷鐵絲各取一根絲形成球狀的混合雙 絲金屬絲團(兩根絲同時成型，形成雙絲金屬絲團，成型可按洗碗用的清潔球或稱鋼絲球的 方法)，金屬絲團直徑為15cm，將若干金屬絲團放入鑄型下型型腔中，金屬絲團的鬆緊程度 由鐵絲佔材料的體積百分比決定，保證金屬絲團正好放滿鑄型；布置完畢後，將鑄型的上型 蓋於下型上，合箱完畢後等待鐵水澆注；
蠕墨鑄鐵材料基體的準備按重量百分含量C為3. 3%，Si為3. 7%, Mn為0. 1%, Dy為 0. 4%, Zr為0. 4%, P<0. 03%, S <0. 025%,其餘為！^的蠕墨鑄鐵進行配料；蠕墨鑄鐵在感應 電爐中熔化，澆注溫度為1435-1445°C ；澆注前，在澆包中依次加入佔鐵水質量的0. 6%的 75矽鐵孕育劑和0. 4%的含Dy稀土蠕化劑，採用衝入法順流衝入火包中，稀土蠕化劑中按 重量百分含量Dy為25%，矽為25%，其餘為鐵；蠕墨鑄鐵材料中其它的Dy量，採用含Dy50% 鏑鐵方式加入；
將上述蠕墨鑄鐵鐵水澆入裝有金屬絲團的幹砂鑄型，液態鐵水將鍍鉻鐵絲和鍍鈷鐵絲 包圍，然後冷卻凝固，形成以蠕墨鑄鐵為基的其中分布有金屬絲團的材料。實施例二
蠕墨鑄鐵材料基體成分按重量百分比c為3. 5%，Si為3. 9%, Mn為0. 4%, Dy為0. 7%, Zr 為 0. 7%, Ρ<0· 03%, S <0. 025%,其餘為 Fe 進行配料。鐵絲成分的重量百分含量為C為0. 07%, Si為0. 3%, Mn為0. 45%, P<0. 02%, S <0. 025%,其餘為狗。鐵絲直徑為2mm。鐵絲佔材料的體積百分比為40%。按常規方法在一半鐵絲表面鍍鉻，另一半鐵絲表面鍍鈷；分別形成鍍鉻鐵絲和鍍 鈷鐵絲，鍍鉻和鍍鈷層的厚度均為500 μ m, 二者總體長度相當。按清潔球生產的常規方法制 作帶鍍層的兩種金屬絲混合的雙絲金屬絲團，金屬絲團直徑為10cm。製備中，在澆包中依次加入佔鐵水質量的0. 8%的75矽鐵孕育劑和0. 6%的含Dy 稀土蠕化劑，其餘製備方法同實施例一。實施例三
蠕墨鑄鐵材料基體成分按重量百分比C為3. 4%，Si為3. 8%, Mn為0. 13%, Dy為 0. 45%, Zr 為 0. 6%, Ρ<0· 03%, S <0. 025%,其餘為 Fe。鐵絲成分的重量百分含量為C為0. 06%, Si為0. 25%, Mn為0. 43%, P<0. 02%, S <0. 025%,其餘為狗。鐵絲直徑為1.5mm。鐵絲佔材料的體積百分比為20%。按常規方法在一半鐵絲表面鍍鉻，另一半鐵絲表面鍍鈷；分別形成鍍鉻鐵絲和鍍 鈷鐵絲，鍍鉻和鍍鈷層的厚度均為200 μ m, 二者總體長度相當。按清潔球生產的常規方法制 作帶鍍層的兩種金屬絲混合的雙絲金屬絲團，金屬絲團直徑為15cm。
製備中，在澆包中依次加入佔鐵水質量的0. 7%的75矽鐵孕育劑和0. 5%的含Dy 稀土蠕化劑，其餘製備方法同實施例一。對比實施例四原料配比不在本發明範圍內的實例
蠕墨鑄鐵材料基體成分按重量百分比C為3. 2%，Si為3. 2%, Mn為0. 05%, Dy為0. 3%, Zr 為 0. 3%, P<0. 03%, S <0. 025%,其餘為 Fe。鐵絲成分的重量百分含量為C為0. 03%, Si為0. 1%, Mn為0. 3%, P<0. 02%, S <0. 025%,其餘為狗。鐵絲直徑為0.5mm。鐵絲佔材料的體積百分比為4%。鐵絲表面不鍍鉻，也不鍍鈷。按清潔球生產的常規方法製作雙絲(二股鐵絲)金屬 絲團，金屬絲團直徑為15cm。製備方法同實施例一。對比實施例五原料配比不在本發明範圍內的實例
蠕墨鑄鐵材料基體成分按重量百分比C為3. 6%，Si為4%，Mn為0. 6%, Dy為0. 8%, Zr 為 0. 8%, P<0. 03%, S <0. 025%,其餘為 Fe。鐵絲成分的重量百分含量為C為0. 08%, Si為0. 4%, Mn為0. 5%, P<0. 02%, S <0. 025%,其餘為狗。鐵絲直徑為3mm。鐵絲佔材料的體積百分比為45%。按常規方法在鐵絲表面全部鍍鈷；形成鍍鈷鐵絲，鍍鈷層的厚度均為600 μ m。按 清潔球生產的常規方法製作雙絲(兩股鍍鈷鐵絲)金屬絲團，金屬絲團直徑為10cm。製備方法同實施例一。表 權利要求
1.一種耐熱耐蝕蠕墨鑄鐵材料，該材料以蠕墨鑄鐵為基體，在基體上分布著由鐵絲形 成的金屬絲團，所用鐵絲直徑為l-2mm，金屬絲團的直徑為10-15cm，鐵絲佔材料的體積百 分比為5-40% ；蠕墨鑄鐵基體的化學成分的重量百分含量C為3. 3% 3. 5%，Si為3. 7% 3. 9%, Mn 為 0. 1-0. 4%, Dy 為 0. 4-0. 7%, Zr 為 0. 4-0. 7%, Ρ<0· 03%, S <0. 025%,其餘為 Fe ；鐵絲的化學成分的重量百分含量為C為0. 05-0. 07%，Si為0. 2% 0. 3%, Mn為 0. 40-0. 45%, P<0. 02%, S <0.025%,其餘為 Fe。
2.根據權利要求1所述的耐熱耐蝕蠕墨鑄鐵材料，其特徵在於所述基體中還分布有 Co3C、Co2Si、Cr3Si 和 Cr23C6 化合物顆粒。
3.耐熱耐蝕蠕墨鑄鐵材料的製備方法，其特徵在於它包括以下步驟鍍鉻鐵絲和鍍鈷鐵絲的準備取直徑為l_2mm、成分重量百分含量C為0. 05-0. 07%, Si 為0. 2% 0. 3%, Mn為0. 40-0. 45%, Ρ<0· 02%, S <0. 025%,其餘為Fe的鐵絲，控制鐵絲佔 材料的體積百分比為5-40% ；按常規方法取一半鐵絲表面鍍鉻，另一半鐵絲表面鍍鈷；分別形成鍍鉻鐵絲和鍍鈷鐵 絲，鍍鉻和鍍鈷層的厚度均為100-500 μ m ；按清潔球生產的常規方法將上述鍍鉻鐵絲和鍍鈷鐵絲各取一根絲形成球狀的混合雙 絲金屬絲團，金屬絲團直徑為10-15cm，將若干金屬絲團放入鑄型下型型腔中，金屬絲團的 鬆緊程度由鐵絲佔材料的體積百分比決定，保證金屬絲團正好放滿鑄型；布置完畢後，將鑄 型的上型蓋於下型上，合箱完畢後等待鐵水澆注；蠕墨鑄鐵材料基體的準備按重量百分含量C為3. 3% 3. 5%，Si為3. 7% 3. 9%, Mn 為 0. 1-0. 4%, Dy 為 0. 4-0. 7%, Zr 為 0. 4-0. 7%, P<0. 03%, S <0. 025%,其餘為 Fe 的螺墨鑄 鐵進行配料；蠕墨鑄鐵在感應電爐中熔化，澆注溫度為1420-1460°C;澆注前，在澆包中依次 加入佔鐵水質量的0. 6-0. 8%的75矽鐵孕育劑和0. 4-0. 6%的含Dy稀土蠕化劑，採用衝入 法順流衝入火包中，稀土蠕化劑中按重量百分含量Dy為25%，矽為25%，其餘為鐵；蠕墨鑄鐵 材料中其它的Dy量，採用含Dy50%鏑鐵方式加入；將上述蠕墨鑄鐵鐵水澆入裝有金屬絲團的幹砂鑄型，液態鐵水將鍍鉻鐵絲和鍍鈷鐵絲 包圍，然後冷卻凝固，形成以蠕墨鑄鐵為基的其中分布有金屬絲團的材料。
全文摘要
本發明提供一種耐熱耐蝕蠕墨鑄鐵材料及其製備方法，該材料具有良好的性能。其製備方法工藝簡單，生產成本低，適於工業化生產。該材料以蠕墨鑄鐵為基體，在基體上分布著由鐵絲形成的金屬絲團，所用鐵絲直徑為1-2mm，金屬絲團的直徑為10-15cm，鐵絲佔材料的體積百分比為5-40%。
文檔編號C22C49/14GK102071371SQ201110007479
公開日2011年5月25日 申請日期2011年1月14日 優先權日2011年1月14日
發明者王玲, 許雨蒙, 趙浩峰 申請人:南京信息工程大學