超高鉻抗磨白口鑄鐵及生產工藝的製作方法

2023-04-24 18:11:26

專利名稱：超高鉻抗磨白口鑄鐵及生產工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種白口鑄鐵，屬於鑄鐵材料領域。
現有抗磨白口鑄鐵的硬度少於58HRC，衝擊韌性少於3J/cm2，不能滿足各種設備和工具對硬度、衝擊韌性、壽命等的要求。
本發明目的在於提供一種硬度在62HRC以上，衝擊韌性在8J/cm2以上，綜合性能優良，使用壽命提高4-6倍的超高鉻抗磨白口鑄鐵生產工藝。
本發明的技術解決方案如下本發明的超高鉻抗磨白口鑄鐵各成份含量分別為(重量百分比)C3.2-4.2％，Cr29-32％，Si1.0-2.5％，Mn1.0-2.5％，Mo0.3-1.0％，Ni0.2-2.0％，Cu0.2-0.8％，Re(稀土)0.01-0.1％，餘量為Fe55-65％。
生產超高鉻抗磨白口鑄鐵的鑄造工藝步驟如下按照上述所給出的材料含量範圍進行配料——冶煉——在砂型內(或金屬型內)鑄造——退火——淬火——回火——冷卻後成品入庫。
上述退火工藝步驟如下鑄件在室溫條件下入爐，以≤80℃/小時速度升至700-750℃，保溫0.5-2小時均熱後，以≤100℃/小時的速度升至940-980℃，保溫2-10小時後，隨爐緩冷至750℃保溫2-10小時，再隨爐緩冷至300℃以下出爐空冷。
上述淬火工藝步驟如下鑄件在室溫條件下入爐，以≤80℃/小時速度升至700-750℃，保溫0.5-2小時均熱後，以≤100℃/小時的速度升至1000-1080℃，保溫2-10小時後出爐，進行強制風冷。
上述回火工藝步驟如下鑄件在室溫條件下入爐，以≤80℃/小時的速度升至250-350℃，保溫2-10小時後出爐空冷。
採用上述配比和工藝，提供了一種超高鉻抗磨白口鑄鐵新材料，為了充分闡述本發明的技術方案為何能實現本發明的目的，現將各成份範圍的選擇理由及熱處理工藝的制定依據表述如下C(碳)，碳能提高碳化物的數量，從而使材料硬度提高，為獲得良好的抗磨性，又具有一定的強度和韌性，選用範圍為3.2-4.2％。
Cr(鉻)，鉻與碳有很強的親和力，當Cr/C比大於4時，就形成M7C3型[即(Cr-Fe)7C3型]六方晶系的共晶碳化物，使力學性能得到顯著提高，鉻還能提高淬透性和回火穩定性，使抗磨性提高，選用含量在29-32％。
Si(矽)，矽和氧親和力較大，有助脫氧，但含量過高時降低塑性和韌性，為此，矽含量控制在1.0-2.5％。
Mn(錳)，錳對奧氏體及鐵素體均有較強的固溶作用，提高硬度和強度，錳是良好的脫氧劑和脫硫劑，錳含量控制在1.0-2.5％。
Mo(鉬)，鉬可使組織細化均勻，提高淬透性，回火穩定性和抗熱烈性，改善衝擊韌性，選用在0.3-1.0％。
Cu(銅)，銅可代替部分鉬，可提高鐵水流動性，提高淬透性和韌性，選用在0.2-0.8％。
Re(稀土)，稀土能明顯降低氧和硫含量，從而可明顯減少晶界夾雜物，稀土能夠改變碳化物形貌，增加抗磨性，確定Re的合理加入量，Re(殘留量)0.01-0.1％。
Ni(鎳)，鎳可代替部分鉬，增加淬透性，細化晶粒結構，提高韌性，因此確定在0.2-1.0％。
S(硫)和P(磷)為有害元素，含量應控制在0.04％以下，其餘為Fe(鐵)55-65％。
本發明的熱處理工藝和理由闡述如下1、退火工藝退火的目的是消除內應力和使組織均勻，改善性能，以便進行機械加工。本退火工藝的特點是鑄件在室溫條件下入爐，以≤80℃/小時速度升至700-750℃，保溫0.5-2小時均熱後，以≤100℃/小時的速度升至940-980℃，保溫2-10小時後，隨爐緩冷至750℃保溫2-10小時，再隨爐緩冷300℃以下出爐空冷。
2、淬火工藝淬火工藝的目的是使鑄件獲得足夠的硬度，以使其具有一定的抗磨性和衝擊韌性。本淬火工藝的特點是鑄件在室溫條件下入爐，以≤80℃/小時速度升至700-750℃，保溫0.5-2小時均熱後，以≤100℃/小時的速度升至1000-1080℃，保溫2-10小時後出爐，進行強制風冷，加快冷卻速度。
回火工藝回火的目的是為了消除淬火過程中產生的淬火應力，防止鑄件淬火後出現裂紋，因此將鑄件在室溫條件下入爐，以≤80℃/小時速度升至250-350℃，保溫2-10小時後出爐空冷，回火後金相組織為碳化物+回火馬氏體+殘餘奧氏體。
上述熱處理工藝簡單可行，保證鑄件不產生裂紋不變形，材料最終硬度在62HRC以上，衝擊韌性8J/cm2以上，綜合性能優良。
本發明的技術方案特點在於冶煉後同時採用I#脫氧劑矽鋁鋇，II#變質劑處理和提高Cu、Si、Mn含量。採用I#脫氧劑、II#Re變質劑(稀土矽)處理可以細化晶粒，淨化晶界，提高淬透性和組織及性能均勻性。加入Cu可提高材料的淬透性和韌性；加入Mn(錳)可以提高脫氧、脫硫的效果，提高材料的硬度和強度。上述特點使本發明具有優良的硬度和韌性，在較大硬度磨料磨損及較高溫度、溼度工作條件下顯示出獨特的優越性能。
通過增加C、Cr含量、增大Cr/C比，增加孤立相的六方體M7C3型[即(Cr-Fe)7C3型]碳化物含量；通過I#脫氧劑，II#Re變質劑處理和提高Mn、Cu、Si含量，提高了變質效果，起到了細化晶粒，淨化晶界，提高淬透性和改變基本結構性能的作用，aK≥8J/cm2，HRC62-64；通過解決感應電爐熔煉高鉻鑄鐵氧化夾雜物過多；通過熱處理工藝研究，提高了該材料的各項機械性能，使所研製的超高鉻抗磨白口鑄鐵新材料，在同等工況條件下，與普通耐磨鑄鐵相比，使用壽命提高4-6倍。
上述條件下生產的超高鉻抗磨白口鑄鐵的機械性能1、鑄態 aK≥8J/cm2HRC≥592、淬火加回火態 aK≥8J/cm2HRC≥623、軟化退火態HRC≥48上述條件生產的超高鉻抗磨白口鑄鐵的金相組織(附圖金相組織相片3張)。
1、鑄態所形成的碳化物是孤立相的六方體M7C3型[即(Cr-Fe)7C3型]，共晶碳化物含量＞40％，A體是連續相。金相組織為共晶碳化物+奧氏體。
2、淬火加回火態金相組織為共晶碳化物M7C3+二次碳化物+馬氏體+殘餘奧氏體。
3、軟化退火態金相組織為共晶碳化物M7C3+二次碳化物+奧氏體。
上述條件下生產的超高鉻抗磨白口鑄鐵新材料的用途該材料適用於電力系統，水泥、礦山建材、化工及選礦等行業中較大衝擊載荷的磨料磨損，特別是在比較苛刻的運行工況條件下使用，更具有較高的開發和使用價值。同時又具有擾高溫氧化及耐腐蝕等優點。因此，經濟效益前景廣闊。
採用本發明的配比和工藝生產的超高鉻抗磨白口鑄鐵新材料在同等工況條件下，與普通耐磨鑄鐵相比，使用壽命提高了4-6倍。


圖1鑄態金相組織。
圖2淬火加回火態金相組織。
圖3軟化退火態金相組織。
下面給出本發明的具體實施例，用來對本發明做進一步的描述。
實施例1，本發明的超高鉻抗磨白口鑄鐵各材料的重量百分比含量分別為3.2％的C，29％Cr，1.0％Si，1.0％Mn，0.3％Mo，0.29％Ni，0.2％Cu，0.01％Re，65％Fe。
實施例2，本發明的超高鉻抗磨白口鑄鐵各材料的重量百分比含量分別為4.2％的C，32％Cr，2.5％Si，2.5％Mn，1.0％Mo，1.9％Ni，0.8％Cu，0.1％Re，55％Fe。
實施例3，本發明的超高鉻抗磨白口鑄鐵各材料的重量百分比含量分別為3.8％的C，31％Cr，1.8％Si，1.8％Mn，0.7％Mo，1.2％Ni，0.5％Cu，0.05％Re，59.15％Fe。
生產工藝為各成份按選取比例配料——冶煉——鑄造——退火——淬火——回火——冷卻入庫。在冶煉工序後對鋼水採用脫氧劑和變質劑進行處理。所述退火工藝步驟如下鑄件在室溫條件下入爐，以≤80℃/小時速度升至700-750℃，保溫0.5-2小時均熱後，以≤100℃/小時的速度升至940-980℃，保溫2-10小時後，隨爐緩冷至750℃保溫2-10小時，再隨爐緩冷300℃以下出爐空冷。所述淬火工藝步驟如下鑄件在室溫條件下入爐，以≤80℃/小時速度升至700-750℃，保溫0.5-2小時均熱後，以≤100℃/小時的速度升至1000-1080℃，保溫2-10小時後出爐，進行強制風冷。所述回火工藝步驟如下鑄件在室溫條件下入爐，以≤80℃/小時速度升至250-350℃，保溫2-10小時後出爐空冷。
以上各實施例製造的超高鉻抗磨白口鑄鐵硬度皆超過62HRC，衝擊韌性皆大於8J/cm2，主要是通過增加C、Cr含量、增大Cr/C比，增加孤立相的六方體M7C3型[即(Cr-Fe)7C3型]碳化物含量；通過I#脫氧劑，II#Re變質劑處理和提高Mn、Cu、Si含量，提高了變質效果，起到了細化晶粒，淨化晶界，提高淬透性和改變基本結構性能的作用，aK≥8J/cm2，HRC62-64；通過解決感應電爐熔煉高鉻鑄鐵氧化夾雜物過多；通過熱處理工藝研究，提高了該材料的各項機械性能、使所研製的超高鉻抗磨白口鑄鐵新材料，在同等工況條件下，與普通耐磨鑄鐵相比，使用壽命提高4-6倍。
權利要求
1.超高鉻抗磨白口鑄鐵，其特徵在於各成份的重量百分比含量分別是C3.2-4.2％，Cr29-32％，Si1.0-2.5％，Mn1.0-2.5％，Mo0.3-1.0％，Ni0.2-2.0％，Cu0.2-0.8％，Re(稀土)0.01-0.1％，Fe55-65％。
2.超高鉻抗磨白口鑄鐵的生產工藝，其特徵在於其工藝步驟為各成份按選取比例配料——冶煉——鑄造——退火——淬火——回火——冷卻入庫。
3.按照權利要求2所述的超高鉻抗磨白口鑄鐵生產工藝，其特徵在於在冶煉工序後對鋼水採用脫氧劑和變質劑進行處理。
4.按權利要求2或3所述的超高鉻抗磨白口鑄鐵生產工藝，其特徵在於所述退火工藝步驟如下鑄件在室溫條件下入爐，以≤80℃/小時速度升至700-750℃，保溫0.5-2小時均熱後，以≤100℃/小時的速度升至940-980℃，保溫2-10小時後，隨爐緩冷至750℃保溫2-10小時，再隨爐緩冷300℃以下出爐空冷。
5.按照權利要求2或3所述的超高鉻抗磨白口鑄鐵生產工藝，其特徵在於所述淬火工藝步驟如下鑄件在室溫條件下入爐，以≤80℃/小時速度升至700-750℃，保溫0.5-2小時均熱後，以≤100℃/小時的速度升至1000-1080℃，保溫2-10小時後出爐，進行強制風冷。
6.按照權利要求2或3所述的超高鉻抗磨白口鑄鐵生產工藝，其特徵在於所述回火工藝步驟如下鑄件在室溫條件下入爐，以≤80℃/小時速度升至250-350℃，保溫2-10小時後出爐空冷。
全文摘要
本發明涉及一種超高鉻抗磨白口鑄鐵及生產工藝,其特徵在於各材料成分的含量(重量百分比)為C:3.2—4.2%,Cr:29—32%,Si:1.0—2.5%,Mn:1.0—2.5%,Mo:0.3—1.0%,Ni:0.2—2.0%,Cu:0.2—0.8%,Re(稀土):0.01—0.1%,Fe:55—65%。工藝:配料、冶煉、鑄造、退火、淬火、回火、冷卻。同等工況條件下,比普通耐磨鑄鐵壽命提高4—6倍。
文檔編號C22C37/00GK1252455SQ9811053
公開日2000年5月10日 申請日期1998年10月27日 優先權日1998年10月27日
發明者朱同家, 林志彬, 高美霞, 劉香玉, 逄中清, 逄妍 申請人:朱同家