CN100455378C - 一种高铬白口耐磨铸铁的制造方法 - Google Patents

一种高铬白口耐磨铸铁的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高铬白口耐磨铸铁的制造方法，其方法是采用湿型铸型，在中频感应电炉中按比例加入生铁、废钢、部分铁合金熔炼出合格的铁水，然后进行稀土变质处理，将变质处理后铁水浇入砂模铸造成型，最后进行等温盐浴热处理。本方法制造的铸铁的硬度、冲击韧性明显提高，耐磨性显著增加，成本低，便于工业化生产。

Description

一种高铬白口耐磨铸铁的制造方法
技术领域
本发明涉及一种黑色金属耐磨铸铁材料的制造方法。
背景技术
金属耐磨材料常用于制造各种球磨机、破碎机、搅拌机、挖掘机等机械的衬板、磨球、牙板、叶片、斗齿等耐磨部件，广泛应用于冶金、矿山、水泥、电力、建筑等部门，是现代工业不可缺少的工程材料。据统计，我国每年消耗的金属耐磨材料达300万吨，因此，提高金属耐磨材料的耐磨性，延长其使用寿命具有重大的经济效益和社会效益。
高铬白口铸铁通常指含Cr量在12-28％之间的白口铸铁。早在20世纪30年代，人们就开始了对高铬白口铸铁的研究，60年代随着感应熔炉的逐渐普及而进入实用阶段。高铬白口铸铁与铸钢及锻钢耐磨材料相比，其冶炼及成型工艺简单，铸造成型性好；与普通白口铸铁相比，前者形成的(Cr，Fe)7C3型碳化物不仅比后者的(Cr，Fe)3C硬度高，而且尺寸小，连续程度显著降低，因而对基体的切割作用大为减少。由于高铬白口铸铁具有较好的综合性能，即高的硬度，较好的韧性，高的抗磨粒磨损能力和抗腐蚀磨损能力，因而广泛应用在采矿，水泥、电力、工程机械、耐火材料等领域，在金属耐磨材料使用中占有重要的地位。高铬白口耐磨铸铁属于亚共晶白口铸铁，其金相组织为(Cr，Fe)7C3型碳化物和奥氏体或其转变产物组成。由于高铬白口耐磨铸铁含碳量较高，(Cr，Fe)7C3型碳化物数量较多，因而(Cr，Fe)7C3型碳化物的形态和分布对高铬白口耐磨铸铁的韧性及耐磨性有很大的影响。当(Cr，Fe)7C3型碳化物为条状或长条状，并呈连续状分布时，会明显降低冲击韧性和耐磨性；当(Cr，Fe)7C3型碳化物为短条状或块状，并不连续分布时，会显著提高冲击韧性和耐磨性。目前，通常采用钼合金化的方法。在高铬白口铸铁中加入2-3％Mo。钼在高铬铸铁中可以有效改变(Cr，Fe)7C3型碳化物的形态和分布，使其呈方块状和短棒状，呈非连续分布，冲击韧性可达15-20J/cm2，显著提高了使用寿命。但是，钼是一种价格昂贵的金属，特别是近年来钼的价格上涨，使其使用受到了越来越大的限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种高铬白口耐磨铸铁的制造方法。
本发明高铬白口耐磨铸铁的制造方法是这样的：
1、造型制芯
根据铸件的尺寸大小、形状和数量等因素确定造型工艺和方法。一般可采用湿型铸型，并采用手工砂箱法制造铸型。
2、铁水熔炼
稀土高铬白口铸铁采用中频电炉熔炼。在中频感应电炉中按比加入生铁、废钢、部分铁合金(铬铁和其他合金)，通电待炉料熔化后再加入剩余合金，熔炼出合格的铁水。其化学成分(wt％)为：C：2.6-3.0，Si：≤0.6，Mn：0.6-0.8，P≤0.07，S≤0.06，Cr：16-19。铁水出炉温度为1500-1600℃。
3、稀土变质处理
预先在铁水包中放入0.5％铁水质量的稀土硅合金，稀土硅合金破碎成小块状。将铁水冲入铁水包进行变质处理。在高铬白口铸铁的铁水中加入稀土，目的是使稀土在凝固结晶时发挥变质作用，可使碳化物尺寸变小，形状趋于秃钝，分布趋于孤立化，同时也可使奥氏体晶粒细化，稀土变质作用能更进一步提高高铬白口铸铁的耐磨性。
4、浇铸成型
将变质处理后铁水浇入砂模铸造成型，在砂型中铸造所需工件。
5、铸件清理
铁水凝固后开箱取出铸件，应先对铸件进行质量检查，挑出不合格的铸件重新回炉，对合格铸件进行清理。用锤击敲断法去除浇冒口，用清理滚筒去除铸件表面的粘砂、毛翅等。表面清理后的铸件送交进行热处理。
6、热处理
将高铬白口铸铁在箱式电炉中加热到950-1000℃，按装炉量确定保温时间，使部分碳化物溶解。然后在300-400℃的硝盐浴中等温1-2小时，得到以下贝氏体为主的基体组织。为了较准确控制硝盐浴的温度，热处理的工件需分批放入硝盐炉，并在硝盐炉中放入专门设计的冷却装置，避免硝盐浴的温度上升过高。由于下贝氏体强度高，韧性好，不仅自身耐磨性好而且与碳化物结合力强，因而能够显著提高高铬白口铸铁的耐磨性。
有益效果
本发明高铬白口耐磨铸铁的生产工艺对稀土变质高铬白口铸铁采用等温淬火工艺后，与原常规的淬火加低温回火工艺相比，铸铁的硬度、冲击韧性明显提高，耐磨性显著增加。
本发明高铬白口耐磨铸铁的制造方法工艺简便，易操作，工艺成熟，成本低，便于工业化生产。由于不加入昂贵合金钼，按本工艺生产的产品具有很高的性价比。
附图说明
图1是本发明所提的高铬白口耐磨铸铁的制造方法工艺流程图
其中：1、造型制芯；2、铁水熔炼；3、稀土变质处理；4、浇注成型；5、铸件清理；6、热处理。
图2是本发明所提的高铬白口铸铁等温淬火工艺图
具体实施方式
本发明研制了一种高铬白口耐磨铸铁，其化学成分(wt％)为：C：2.6-3.0，Si：≤0.6，Mn：0.6-0.8，P≤0.07，S≤0.06，Cr：16-19。其生产工艺如下：
在中频感应电炉中按化学配比熔炼出合格的铁水，在铁水包中放入0.5％铁水质量的稀土硅合金，铁水冲入铁水包进行变质处理，铁水变质处理后浇入砂型铸造成型。铸件凝固后开箱清理，合格的铸件进行热处理.将铸件加热到980℃，在300-400℃的硝盐浴中等温1.5小时，等温后铸件取出空冷.铸件等温处理后，HRC≥60-66，αk≥8.5J/cm2.与常规淬火工艺，即980℃加热，空冷后250℃回火相比，等温淬火硬度增加10％，冲击韧性增加40％，耐磨性增加40％。

Claims (1)

1、一种高铬白口耐磨铸铁的制造方法，其方法是：
(1)、造型制芯
根据铸件的尺寸大小、形状和数量确定造型工艺和方法，可采用湿型铸型，并采用手工砂箱法制造铸型；
(2)、铁水熔炼
稀土高铬白口铸铁采用中频电炉熔炼，在中频感应电炉中按比加入生铁、废钢、部分铁合金，通电待炉料熔化后再加入剩余合金，熔炼出合格的铁水；其化学成分(wt％)为：C：2.6-3.0，Si：≤0.6，Mn：0.6-0.8，P≤0.07，S≤0.06，Cr：16-19，铁水出炉温度为1500-1600℃；
(3)、稀土变质处理
预先在铁水包中放入0.5％铁水质量的稀土硅合金，稀土硅合金破碎成小块状，将铁水冲入铁水包进行变质处理；
(4)、浇铸成型
将变质处理后铁水浇入砂模铸造成型，在砂型中铸造所需工件；
(5)、铸件清理
铁水凝固后开箱取出铸件，应先对铸件进行质量检查，挑出不合格的铸件重新回炉，对合格铸件进行清理，去除浇冒口、粘砂、毛翅；
(6)、热处理
将高铬白口铸铁在箱式电炉中加热到950-1000℃，按装炉量确定保温时间，使部分碳化物溶解；然后在300-400℃的硝盐浴中等温1-2小时，得到以下贝氏体为主的基体组织；为了较准确控制硝盐浴的温度，热处理的工件需分批放入硝盐炉，并在硝盐炉中放入冷却装置，避免硝盐浴的温度上升过高。
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