CN101532111A - TiC颗粒弥散强化灰铸铁及其制备方法 - Google Patents

TiC颗粒弥散强化灰铸铁及其制备方法 Download PDF

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田若鸣
赵阔
周健
白晶
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Abstract

本发明涉及一种高强耐磨铸铁材料，具体涉及一种TiC颗粒弥散强化灰铸铁材料及其制备方法。该材料由灰铸铁基体和均匀分布于其中TiC组成，其化学组成为：C：2.6～4.1％，Si：1.0～2.4％，Mn：0.5～1.3％，Ti：0.25－2.5％，P：＜0.4％，S：＜0.08％，余量为Fe。该材料的制备首先在中频感应炉内熔化铸铁原料并根据设计成分预先调整除Ti外各元素含量，待电炉铁水温度升至1550℃时，加入Fe－30Ti中间合金并调整成分，保温一定时间后，按照零件需要进行浇注即可。所得的灰铸铁材料基体为珠光体，石墨形状主要为A型，Ti在材料中以TiC颗粒形式存在。该灰铸铁材料的硬度达280～320HB，磨损性能改善显著。

Description

TiC颗粒弥散强化灰铸铁及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高强耐磨铸铁材料，具体涉及一种TiC颗粒弥散强化灰铸铁材料及其制备方法。
背景技术
灰铸铁具有良好的铸造、切削加工性能以及良好的减振性能和低的缺口敏感性，在机械行业中有着广泛的应用。但很多零件对材料的耐磨性能要求较高，如内燃机气缸及气缸套、刹车盘等，普通灰铸铁材料难以满足。在这种背景下，出现了以磷为主要抗磨元素的合金铸铁，如高磷铸铁、中磷铸铁和硼磷铸铁，其中存在的磷共晶具有较高的硬度，在基体中起支撑和作用，可以阻止基体的塑性变形，有利于改善耐磨性，但是随着磷含量的增加基体的脆性也会增大，反而对耐磨性不利。加入硼元素的硼铸铁和硼铜铸铁可以在基体组织中形成高硬度碳化物，也可以提升材料的耐磨损性。另外，在灰铸铁中加入铌也可以显著提高其耐磨损性能。但随着汽车、船舶等工业的发展和环保要求的提高，对既要耐磨，又要减摩的新型灰铸铁材料提出了更高的要求。
发明内容
为了克服现有技术存在的灰铸铁材料的耐磨性不够好的缺点，本发明提供了一种TiC颗粒弥散强化灰铸铁及其制备方法，有效提高了灰铸铁的耐磨性，具有良好的硬度。
本发明的技术方案如下：一种TiC颗粒弥散强化灰铸铁，化学组成为，以质量百分比计：C：2.6～4.1％，Si：1.0～2.4％，Mn：0.5～1.3％，Ti：0.25-2.5％，P：<0.4％，S：<0.08％，余量为Fe，灰铸铁基体为珠光体，石墨形状主要为A型，Ti在灰铸铁基体中以TiC颗粒形式存在，TiC均匀分布于灰铸铁基体中。
一种制备上述材料的方法，首先在中频感应炉内熔化铸铁原料并根据设计成分预先调整除Ti外各元素含量，待电炉铁水温度升至1550℃时，加入Fe-30Ti中间合金并调整成分至最终成分，以质量百分比计：C：2.6～4.1％，Si：1.0～2.4％，Mn：0.5～1.3％，Ti：0.25-2.5％，P：<0.4％，S：<0.08％，余量为Fe，然后保温15～20min后，按照零件需要浇注即可得到TiC颗粒弥散强化灰铸铁。该灰铸铁材料的硬度达280～320HB，磨损性能改善显著。
有益效果：1、TiC在铸铁熔体中通过Ti和C反应合成，Ti的加入采用Fe-30Ti中间合金，原料成本低廉；
2、工艺采用常规设备，无需特别装备，操作简单，易于进行规模化商业生产；
3、原位合成的TiC颗粒细小、均匀，与基体结合良好，避免了外加颗粒所产生的润湿性差、易污染、界面结合不好、颗粒偏聚，易分布在晶界等缺点，材料的耐磨损性能优异、强度较高。
4、灰铸铁基体为珠光体，石墨形状主要为A型，Ti在灰铸铁基体中以TiC颗粒形式存在，TiC均匀分布于灰铸铁基体中。该灰铸铁材料的硬度达280～320HB，磨损性能改善显著。
附图说明
图1、含TiC灰铸铁材料的金相组织图。
具体实施方式
下面结合图1对本发明作详细说明：
采用本发明所述方法，以原灰铸铁气缸套材料为基体，利用Fe-Ti中间合金法制备了三种不同Ti和C含量的TiC颗粒弥散强化灰铸铁材料(2#、3#、4#)，表中同时还列入了Ti含量极低的1#材料作对比，具体成分列于表1中。
表1 实施实例中的材料成分
 
实例材料 材料成分
1# Fe余量-3.1％C-2.4％Si-0.02％Ti-0.75％Mn-0.2％P-0.07％S
2# Fe余量-3.2％C-2.4％Si-0.48％Ti-0.75％Mn-0.2％P-0.07％S
3# Fe余量-3.3％C-2.4％Si-0.96％Ti-0.75％Mn-0.2％P-0.07％S
4# Fe余量-3.4％C-2.4％Si-1.51％Ti-0.75％Mn-0.2％P-0.07％S
制备合金时，首先在中频感应炉中加入铸铁和废钢等原料，待升温熔化后至1350℃先将除Ti外成分调整到位，然后继续升温至1550℃时加入Fe-30Ti中间合金，并调整至最终成分，随后浇入预先烘好的砂型中，进行力学性能测试的试样均从铸锭中割取并按国标(GB/T228-2002)进行试验，磨损试验在MM-2000磨损试验机上进行，试验条件为：摩擦副-淬火GCr15、油润滑、载荷-400N、磨损时间-40min。各材料的硬度、强度和耐磨性列于表2中，可见得到了很大提高。
 
材料 硬度/HB 抗拉强度/MPa 磨损体积/mm3
1# 285 206 8.10
2# 306 224 2.81
3# 310 246 1.54
4# 321 260 0.71
实施例1
一种TiC颗粒弥散强化灰铸铁，化学组成为，以质量百分比计：C：2.6％，Si：1.0％，Mn：0.5％，Ti：0.25％，P：0.3％，S：0.06％，余量为Fe，灰铸铁基体为珠光体，石墨形状主要为A型，Ti在灰铸铁基体中以TiC颗粒形式存在，TiC均匀分布于灰铸铁基体中。
所述的TiC颗粒弥散强化灰铸铁的制备方法，步骤为：首先在中频感应炉内熔化铸铁原料并根据设计成分预先调整除Ti外各元素含量，待电炉铁水温度升至1550℃时，加入Fe-30Ti中间合金并调整成分至最终成分，以质量百分比计：C：2.6％，Si：1.0％，Mn：0.5％，Ti：0.25％，P：0.3％，S：0.06％，余量为Fe，然后保温20min后，浇注即可得到TiC颗粒弥散强化灰铸铁。
实施例2
一种TiC颗粒弥散强化灰铸铁，化学组成为，以质量百分比计：C：2.6％，Si：2.4％，Mn：1.3％，Ti：2.5％，P：0.3％，S：0.06％，余量为Fe，灰铸铁基体为珠光体，石墨形状主要为A型，Ti在灰铸铁基体中以TiC颗粒形式存在，TiC均匀分布于灰铸铁基体中。
所述的TiC颗粒弥散强化灰铸铁的制备方法，步骤为：首先在中频感应炉内熔化铸铁原料并根据设计成分预先调整除Ti外各元素含量，待电炉铁水温度升至1550℃时，加入Fe-30Ti中间合金并调整成分至最终成分，以质量百分比计：C：2.6％，Si：2.4％，Mn：1.3％，Ti：2.5％，P：0.3％，S：0.06％，余量为Fe，然后保温17min后，浇注即可得到TiC颗粒弥散强化灰铸铁。

Claims (2)

1、一种TiC颗粒弥散强化灰铸铁，其特征在于，化学组成为，以质量百分比计：C：2.6～4.1％，Si：1.0～2.4％，Mn：0.5～1.3％，Ti：0.25-2.5％，P：<0.4％，S：<0.08％，余量为Fe，灰铸铁基体为珠光体，石墨形状主要为A型，Ti在灰铸铁基体中以TiC颗粒形式存在，TiC均匀分布于灰铸铁基体中。
2、如权利要求1所述的TiC颗粒弥散强化灰铸铁的制备方法，其特征在于，步骤为：
首先在中频感应炉内熔化铸铁原料并根据设计成分预先调整除Ti外各元素含量，待电炉铁水温度升至1550℃时，加入Fe-30Ti中间合金并调整成分至最终成分，以质量百分比计：C：2.6～4.1％，Si：1.0～2.4％，Mn：0.5～1.3％，Ti：0.25-2.5％，P：<0.4％，S：<0.08％，余量为Fe，然后保温15～20min后，浇注即可得到TiC颗粒弥散强化灰铸铁。
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