发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足之处,提供一种耐磨铸铁材料及其制造方法。
本发明的耐磨铸铁材料,按照重量百分比包括下列成分:C3.6%~3.8%,Mn 0.5%~0.9%,S 2%~4%,Pb 0.5%~1.1%,Sn 0.5%~0.9%,Si 1.9%~2.4%,Pr 0.05%~0.09%,Nd 0.05%~0.2%,Gd0.05%~0.1%,杂质P不大于0.02%,其余为Fe;
优选地,本发明的耐磨铸铁材料,按照重量百分比包括下列成分:C 3.7%,Mn 0.79%,S 3%,Pb 0.81%,Sn 0.7%,Si 2%,Pr 0.07%,Nd 0.09%,Gd 0.08%,杂质P不大于0.02%,其余为Fe。
本发明的各成分及其成分的含量的选择基于下列理由:
C:含量为3.6%~3.8%,用于形成石墨,保证铸造流动性,C含量低于3.6%,不易形成石墨,铸造流动性差;C含量高于3.8%,石墨粗大,力学性能变差;
Mn:含量为0.5%~0.9%,用于强化固溶体,保证力学性能,Mn含量低于0.5%,不能保证力学性能,Mn含量高于0.9%,影响石墨化;
S:含量为2%~4%,S和Fe、Sn、Pb可形成复杂的硬质硫化物,起耐磨和抵抗配副的破坏作用,能有效解决钢初始磨损严重的问题,大大提高使用寿命;S低于2%,达不到效果;S高于4%,硬质复杂化合物增多,会降低合金的韧性和抗拉强度;
Pb:含量为0.5%~1.1%,Pb和Fe、Sn、S可形成复杂的硬质硫化物,起耐磨和抵抗配副的破坏作用,能有效解决钢初始磨损严重的问题,大大提高使用寿命;Pb高于1.1%,导致硬质复杂化合物增多,会降低合金的韧性和抗拉强度;
Sn:含量为0.5%~0.9%,Sn和Fe、S、Pb可形成复杂的硬质硫化物,起耐磨和抵抗配副的破坏作用,能有效解决钢初始磨损严重的问题,使用寿命大大提高。Sn低于0.5%,达不到效果;Sn高于0.9%,导致硬质复杂化合物增多,会降低合金的韧性和抗拉强度;
Si:含量为1.9%~2.4%,用于提高合金的铸造流动性,Si低于1.9%,不能保证铸造流动性;Si高于2.4%,降低合金的力学性能。
Pr:含量为0.05%~0.09%,Pr和Nd、Gd共同作用可增加形核核心,细化复杂化合物颗粒,Pr有圆整复杂化合物颗粒的作用。Pr低于0.05%,达不到效果;Pr高于0.09%,由于Pr为稀土元素,过多使用,不仅提高材料成本,也会形成一些过量化合物,降低材料的力学性能;
Nd:含量为0.05%~0.2%,Nd和Pr、Gd共同作用可增加形核核心,细化复杂化合物颗粒。Nd低于0.05%,达不到效果;Nd高于0.2%,由于Nd为稀土元素,过多使用,不仅提高材料成本,也会形成一些过量化合物,降低材料的力学性能;
Gd:含量为0.05%~0.1%,Gd和Pr、Nd共同作用可增加形核核心,细化复杂化合物颗粒。Gd低于0.05%,达不到效果;Gd高于0.1%,由于Gd为稀土元素,过多使用,不仅提高材料成本,也会形成一些过量化合物,降低材料的力学性能;
P为杂质元素,限定在最大范围。
该耐磨铸铁上带有细小而分散具有耐磨作用的颗粒,因此该复合材料不仅普通力学性能优越,抗拉强度和冲击韧性得到提高,而且同时具有很好的耐磨作用。
本发明的耐磨铸铁材料的制备方法,包括下列步骤:
1)准备各组分的原料,其中C用增碳剂,Mn用纯锰片,Si用硅块,Pb和Sn用纯金属块,Pr、Nd和S分别用含Pr55%的镨铁、含Nd75%的钕铁和含S25%的硫铁,Gd用含Gd60%的钆铁,铁用Z14生铁和20钢板,Pr、Nd和Gd的原料的颗粒尺寸为5-10mm;
2)将Sn、C、Mn、Pb、S、Si的原料、20钢板及生铁加入电炉熔化,熔化温度为1390-1420℃,将Pr、Nd和Gd的原料放在铁水包的底部;
3)将熔化好的合金液倒入底部装有Pr、Nd和Gd的原料的包中,搅拌;当包内合金液温度达到1390℃时便浇铸成形,形成铸态耐磨铸铁,再将材料经150-180℃热处理保温3-5小时后,即制备而成。
本发明的耐磨铸铁材料的制备方法简便,生产的合金材料性能好,采用这种方法制备的耐磨铸铁,能够提高整体强度、硬度和耐磨性,延长寿命。而且生产成本低,非常便于工业化生产。
具体实施方式
实施例1
本实施例的耐磨铸铁材料按照重量百分比包括下列成分:C为3.6%,Mn为0.5%,P不大于0.02%,S为2%,Pb为0.5%,Sn为0.5%,Si为1.9%,Pr为0.05%,Nd为0.05%,Gd为0.05%,其余为Fe。该耐磨铸铁上带有细小而分散具有耐磨作用的颗粒,如图1所示,可以看到耐磨铸铁基体上分布有细小的复杂化合物。
本实施例的耐磨铸铁材料的制备,包括下列步骤:
1)准备各组分的原料,其中C用增碳剂,Mn用纯锰片,Si用硅块,Pb和Sn用纯金属块,Pr、Nd和S分别用含Pr55%的镨铁、含Nd75%的钕铁和含S25%的硫铁,Gd用含Gd60%的钆铁,铁用Z14生铁和20钢板,Pr、Nd和Gd的原料的颗粒尺寸为5-10mm;
2)将Sn、C、Mn、Pb、S、Si的原料、20钢板及生铁加入电炉熔化,熔化温度为1390-1420℃,将Pr、Nd和Gd的原料放在铁水包的底部;
3)将熔化好的合金液倒入底部装有Pr、Nd和Gd的原料的包中,搅拌;当包内合金液温度达到1390℃时便浇铸成形,形成铸态耐磨铸铁,再将材料经150-180℃热处理保温3-5小时后,即制备而成。
实施例2
本实施例的耐磨铸铁材料按照重量百分比包括下列成分:C为3.8%,Mn为0.9%,P不大于0.02%,S为4%,Pb为1.1%,Sn为0.9%,Si为2.4%,Pr为0.09%,Nd为0.2%,Gd为0.1%,其余为Fe。该耐磨铸铁上带有细小而分散具有耐磨作用的颗粒。制备方法参照实施例1。
实施例3
本实施例的耐磨铸铁材料按照重量百分比包括下列成分:C为3.7%,Mn为0.79%,P不大于0.02%,S为3%,Pb为0.81%,Sn为0.7%,Si为2%,Pr为0.07%,Nd为0.09%,Gd为0.08%,其余为Fe。该耐磨铸铁上带有细小而分散具有耐磨作用的颗粒。制备方法参照实施例1。
对照例1
本对照例的耐磨铸铁材料按照重量百分比包括下列成分:C为3.4%,Mn为0.4%,P为0.03%,S为1%,Pb为0.4%,Sn为0.4%,Si为1.8%,Pr为0.04%,Nd为0.04%,Gd为0.04%,其余为Fe;制备方法参照实施例1。
对照例2
本对照例的耐磨铸铁材料按照重量百分比包括下列成分:C为3.9%,Mn为1%,P为0.04%,S为5%,Pb为2%,Sn为1%,Si为3.4%,Pr为0.1%,Nd为0.3%,Gd为0.15%,其余为Fe,制备方法参照实施例1。
实施例4
将背景技术、对照例和实施例的的耐磨铸铁材料的合金性能进行比较,如表1所示:
表1 合金性能对照表:
合金 |
硬度/HRC |
冲击韧性/KJ/m2 |
CN93111103.X |
52-54 |
7.5-8 |
CN200810104993.1 |
- |
10.8-11.6 |
实施例1 |
54 |
12 |
实施例2 |
56 |
13 |
实施例3 |
57 |
13 |
对照例1 |
45 |
7 |
对照例2 |
51 |
4 |
从上表可以看出,实施例1-3的耐磨铸铁的硬度和冲击韧性都要优于对照例和背景技术中的耐磨铸铁,具有更好的合金性能。