CN1011985B - 耐磨高铬铸铁 - Google Patents

Abstract

本发明属于铸铁领域。特别适于制作在冶金等领域中，工作环境非常苛刻的耐磨损的零部件。

本发明主要是成分中不合镍，而且钒和钼均比现有技术中其它材料要高，采用本发明热处理工艺可以得到高耐磨性铸铁。该铸铁与现有技术相比较具有耐磨损，机械性能好，热处理工艺简单易于掌握和降低能耗等优点。

Description

本发明属于铸铁领域。特别适于制作冶金矿山、建材、水电、化工等苛刻环境中工作的低应力耐冲蚀和耐磨损的零部件。

目前国内用于制作泵的过流件材，常采用ZG35钢和苏联的320X20H钢号及美国INCO公司的Ni-hard系列铸铁。采用上述材料所制成的零部件均工作在易磨损的介质中。因此前者存在有耐磨性能差。则后者因机械性能低，脆性大、耐磨性较差，热处理废品率高和能耗大等缺点而难以推广，同时在这些材料中均含有镍，使材料的使用受到限制。另外国外还介绍了一项专利（SU-1047986-A），这种材料的成分中虽然不含镍，但成分中钒和钼含量均较低，因此材料的耐磨性和机械性能均较差，还存在有热处理工艺复杂和能耗高等缺点。

本发明的目的是提出一种不含镍的耐磨高铬铸铁，并且具有很好的机械性能和耐磨性，并通过简单的热处理方法即可达到大量节省能源和提高产品的合格率。

根据本发明的上述目的，本发明提出一种耐磨高铬铸铁材料。其具体化学成分（重量%）为C    2.9～3.2，Si    0.4～0.8，Mn    0.4～1.0，Mo    1.2～2.0，Cr    18.0～20.0，V    4.0～5.0，Cu    0.8～1.2，RE    0.05～0.5%;P＜0.08;S≤0.05，其余为Fe。

在一般情况下，含Cr15%的铸铁共晶碳量为3.6%，而含Cr18%和Cr20%的铸铁共晶碳量分别为3.4%和3.2%，高Cr铸铁含Cr量应在10%以上，而决定其淬透性的因素主要为Cr/C比，要求在4～11之间。这样碳化物类型由Me₃C（HV840～1100）型转变为Me₇C₃型（HV1500～1800）。因为Me₃C型碳化物是连续相，金属基体为孤立相。但Me₇C₃型碳化物正好相反，连续的金属基体给予碳化物有力的“支撑”作用，因此有很高的抗磨性及合适的韧性。对低温冲刷抗磨件Cr/C比控制在6.0～7.5之间为好。如Cr含量低于18%，Cr/C比降低，影响淬透性，Cr含量高于20%，虽然材料的耐磨耐蚀性与前者相同，但耐热性增高。所以采用本发明的热处理工艺，Cr含量控制在18%～20%之间为宜。

在本发明材料中V是一种极强烈的碳化物形成元素。在铸态的冷却条件下，它既能使奥氏体析出二次碳化物，降低碳与铬的含量，又能提高Ms点。从而利于马氏体的转变，提高材料的抗磨损性能。当V含量较低时其铸态组织与普通白口铸铁相差不大，碳化物虽破碎成断续状，到莱氏体共晶态依然而见。当V增至2.14%时莱氏体共晶基本消失，基体上全部为奥氏体，但在基体与碳化物界面上有针状马氏体析出。当V含量增至3.7%时出现白亮的高V碳化物颗粒，基体弥散出二次碳化物，明显降低了奥氏体的稳定性，使部分基体转变成马氏体。当V含量增至4%时，高V碳化物颗粒及弥散的二次碳化物数量明显增加，基体基本转变成马氏体，所以将V含量控制在4～5%。V主要分布在呈孤立条块状或骨头状的V₄C₃/VC中，在磨料磨损过程中，它既不破裂也不变形，同时还有细化晶粒，增强基体的抗磨性的作用。

在本发明材料中Mo可以提高耐磨损和机械性能。因为Mo在铸铁中生成难熔的细小分散的碳化物Mo₂C，它包含在Me₇C₃型复合碳化物中，有抑制珠光体转变和提高淬透性的显著效果。Mo虽在奥氏体固溶体中溶解，但它并没有稳定奥氏体的作用，也不会阻碍马氏体的转变。Mo低于要求下限时，对组织形成不起作用，但超过上限则会使脆性碳化物量增加，也提高了铸铁的成本。因此Mo要求含量为1.2%～2.0%。加入0.8%～1.2%的Cu是为了增加淬透性，避免基体出现珠光体组织，特别是Mo、Cu的复合加入，明显的使“钒”曲线右移。改善了碳化物的形态和分布与钢液的流动性，但Cu也能起到稳定奥氏体相的作用，故过量的Cu会造成铁水“污染”，限量在1.2%以下。Mn有提高淬透性，稳定奥氏体，使Ms点降低的作用。所以Mn含量限在0.4～1.0%。Si是为了熔炼时用作脱氧而使用的，过高的Si会引起脆性，所以含量应小于0.8%。加入少量的RE是为了对钢液进行变质处理。它可以细化晶粒，净化晶界，对韧性、抗弯强度、硬度都有益处。是一种提高综合性能的元素。当加入量少于0.05%时则 效果不明显，但超过0.5%时会造成过多的非金属夹杂物的污染，从而导至材料的脆化。

本发明的高铬耐磨铸铁可以采用高频、中频、工频感应炉或电弧炉冶炼。

本发明铸铁的热处理制度是：铸件经500℃保温4～6小时后空冷至室温。机械性能及耐磨性能均可达到或超过采用常规热处理加工铸件的效果。特别是消除由热处理产生的废品率。因常规热处理在高温加热时（960℃～1040℃保温4小时空冷至室温，再经260℃保温4-6小时后空冷）所导致的热处理废品率高。

本发明耐磨高铬铸铁与现有技术相比较（SU-10479    86-A）具有耐磨性好，产品合格率高。同时还具有热处理工艺简单，易于掌握，而且节省大量能源。因本发明铸铁成分中不含镍，所以是一种经济适用的耐磨铸铁材料。

实施例

根据本发明所设计耐磨高铬铸铁的具体化学成分，在500kg工频感应炉中冶炼了三炉铸铁，为了对比，同时冶炼了苏联和美国同类铸铁各一炉，具体成分见表1。本发明铸铁经500℃保温5小时空冷至室温热处理后与同类对比铸铁进行性能试验比较见表2和机械性能与耐磨性能比较见表3。耐磨试验是在ML-10磨料磨损试验机上进行的，用150＃SiC水磨砂纸、载荷2.36kg，轨迹14.4米。

化学成分    表1

合金号    化学成分（重量百分比）

C    Si    Mn    Mo    Cr    V    Cu    Ni    RE

1    2.9    0.55    0.84    1.3    17.9    3.96    0.73    0.08

本发明    2    3.0    0.65    0.75    1.5    19.5    4.23    0.95    0.35

3    3.12    0.87    1.04    1.96    20.25    4.16    1.23    0.51

320X    20H通用型    3.12    0.95    1.06    25.72    32

Ni-hardI＃铸铁    3.2    0.41    0.54    0.18    2.32    4.0

本发明与通用型高Cr铸铁的Ar%量    表2

合金号    Ar%，铸态    Ar%，常规处理    Ar%，亚临界处理

本发明    43.8    9.6    6.0

通用型    59.9    21.0    41.3

Claims (2)

1、一种耐磨高铬铸铁，其特征在于化学成分(重量%)为C 2.9～3.2，Si 0.4～0.8，Mn 0.4～1.0，Mo 1.2～2.0，Cr 18.0～20.0，V 4.0～5.0，Cu 0.8～1.2，RE 0.05～0.5，P≤0.08，S≤0.05，其余为铁。

2、权利要求1所述耐磨高铬铸铁的热处理方法，其特征在于铸件加热至500℃，保温4～6小时后空冷至室温。