CN102051542B - 一种耐磨白口铸铁材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种耐磨白口铸铁材料法及其制备方法，该材料具有良好的性能，该制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。该耐磨白口铸铁材料以白口铸铁为基体，在基体中分布着由铁丝和低碳钢丝形成的金属丝团，所用铁丝和低碳钢丝直径均为1-2mm，铁丝和低碳钢丝两者共占材料的体积百分比为5-40%，金属丝团的直径为10-15cm。

Description

一种耐磨白口铸铁材料及制备方法

技术领域

    本发明属于金属材料领域，涉及一种耐磨白口铸铁材料及制备方法。

背景技术

在金属材料领域中, 耐磨铸铁作为低成本耐磨材料一直受到普遍重视。

CN200810243269.7号申请涉及一种低合金白口铸铁，其化学成分为：碳3.5～3.8％，硅1.5～1.9％，锰大于0、小于等于1.0％，磷小于0.05％，硫小于0.02％，铬大于0、小于等于1.0％，余量为铁和不可避免的微量杂质元素；单位为重量百分数。

CN201010158988.6号申请公开了一种高韧性抗磨白口铁，其化学成分是(重量％)：C：2.0～4.0，Si：1.0～2.5，Mn：0.2～0.8，Cr：1.0～15.0，Ni：2.0～8.0，Mo：0.1～0.4，Dy：0.1～0.2，Y：0.1～0.2，S和P≤0.06，其余为Fe。该申请还公开了上述高韧性抗磨白口铁的制备方法。该发明通过在白口铁中添加Zr和Y元素，使Dy和Y元素的氧化物颗粒弥散于基体中，成为碳化合物形核的核心，从而达到细化碳化物的目的，并且使晶界处的网状碳化物消除，αk达到10J/cm2左右，还可以保持普通白口铁的硬度，HRC达到60以上。

但是白口铁主要由渗碳体组成，渗碳体虽硬但脆。尽管采取添加稀土起细化碳化物的作用，然而对提高材料的韧性也是有限的。

发明内容

本发明的目的就是针对上述技术缺陷，提供一种耐磨白口铸铁材料法，该材料具有良好的性能。

本发明的另一目的是提供该耐磨白口铸铁材料及制备方法，该制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种耐磨白口铸铁材料，其特征在于：该材料以白口铸铁为基体，在基体中分布着由铁丝和低碳钢丝形成的金属丝团，所用铁丝和低碳钢丝直径均为1-2mm，材料中铁丝和低碳钢丝总体长度相当，金属丝团的直径为10-15cm，铁丝和低碳钢丝两者共占材料的体积百分比为5-40%； 

所述白口铸铁基体的化学成分的重量百分含量： C为2.4%～2.7%，Si为1.4%～1.9%, Mn为0.5-0.7%, Zr为0.5-2%, P<0.08%, S <0.25%,其余为Fe； 

所述低碳钢丝的化学成分的重量百分含量为：C为0.09%～0.2%，Si为0.09%～0.12%，Mn为0.3-0.35%，P<0.02%，S<0.025%，其余为Fe；

铁丝的化学成分的重量百分含量为：C为0.04-0.06%，Si为0.2～0.3%, Mn为0.25-0.35%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe。

基体中还分布着化合物Ni3C、B4C 、Fe3B和ZrC颗粒。

一种耐磨白口铸铁材料的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：

渗硼铁丝和镀镍低碳钢丝的准备：取直径为1-2mm，成分重量百分含量为：C 0.09%～0.2%、Si 0.09%～0.12%、Mn 0.3-0.35%、P<0.02%、S <0.025%、其余为Fe的低碳钢丝，取直径为1-2mm，成分重量百分含量为：C为0.04-0.06%，Si为0.2～0.3%, Mn为0.25-0.35%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe的铁丝；所取铁丝和低碳钢丝总体长度相当，控制铁丝和低碳钢丝两者共占材料的体积百分比为5-40%；低碳钢丝按常规方法在其表面镀镍，镀镍层的厚度为50-500微米；铁丝按常规方法在其表面渗硼，渗硼层的厚度为50-500微米；

按清洁球生产的常规方法将上述渗硼铁丝和镀镍低碳钢丝各取一根丝形成球状的混合双丝金属丝团，金属丝团直径为10-15cm，将若干金属丝团放入铸型下型型腔中，金属丝团的松紧程度由铁丝和低碳钢丝占材料的体积百分比决定，保证金属丝团正好放满铸型；布置完毕后，将铸型的上型盖于下型上，合箱完毕后等待铁水浇注； 

白口铸铁材料基体的准备：按重量百分含量C：2.4%～2.7%、Si：1.4%～1.9%、Mn：0.5-0.7%、Zr：0.5-2%、P<0.08%、S <0.25%、其余为Fe的白口铸铁进行配料；白口铸铁原料在感应电炉中熔化，得到液态铁水，熔化温度为1450-1500℃；

将上述白口铸铁铁水浇入装有金属丝团的干砂铸型；液态铁水将渗硼铁丝和镀镍低碳钢丝包围，然后冷却凝固，形成以白口铸铁为基的其中分布有金属丝团的材料。

本发明相比现有技术的有益效果如下：

1、本发明采用的  w9 |5 O1 X& r4 A" c! H铁丝和低碳钢丝自身具有相当的强度和较高的韧性，铁丝和钢丝以及白口铁的基体都是铁，因此铁丝和钢丝与白口铁很容易结合起来，形成很好的冶金结合。这样，铁丝和低碳钢丝分布在脆性白口铁中，对材料具有很好的增强、增韧作用。

2、白口铁含有大量的渗碳体，因此硬度高，具有很好的耐磨性能。当铁水进入铸型型腔与钢丝表面的镍接触后，铁丝表面的硼和钢丝表面的镍熔于铁水，铁水中的铁和碳与镍和硼反应形成有较高硬度的特殊化合物Ni3C、B4C和Fe3B。

3、本发明中Zr对白口铁的组织具有显著细化的作用，对于白口铁的增韧也起到了重要的作用。另外C和Zr也会形成C 和Zr化合物ZrC，分布于基体中也有助于材料耐磨性的提高。本发明材料中的P、S为材料中的杂质，控制在允许的范围即可。

4、本发明的材料不用贵重稀土元素，材料成本低，制备工艺简便，生产成本低，生产的材料性能好，而且非常便于工业化生产。

5、本发明制备的材料适用于冶金、电力、建材、建筑、煤炭、石化、交通和机械工业中的磨料磨损工况。可用于生产泵过流件、轧臼壁、破碎壁、磨辊等耐磨件。

本发明的各材料的性能见表1。

附图说明

图1为本发明实施例一制得的耐磨白口铸铁材料的金相组织。

由图1可以看到在白口铸铁和金属丝的界面结合良好。

具体实施方式

以下各实施例仅用作对本发明的解释说明，其中的重量百分比均可换成重量g、kg或其它重量单位。以下铁丝和低碳钢丝均为市购，其表面渗硼和镀镍为自制。

实施例一：

金属丝准备：

低碳钢丝的化学成分的重量百分含量为：C为0.09%，Si为0.09%, Mn为0.3%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe。低碳钢丝直径1mm；

铁丝的化学成分的重量百分含量为：C为0.04%，Si为0.2%, Mn为0.25%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe。铁丝直径1mm；

所取上述铁丝和低碳钢丝的总体长度相当，控制低碳钢丝和铁丝两种金属丝共占材料的体积百分比为5%。

渗硼铁丝和镀镍低碳钢丝的准备：

取上述铁丝和低碳钢丝，低碳钢丝按常规方法在其表面镀镍，镀镍层的厚度为80微米；铁丝按常规方法在其表面渗硼，渗硼层的厚度为80微米；

按清洁球生产的常规方法将上述渗硼铁丝和镀镍低碳钢丝形成球状的混合双丝金属丝团（渗硼铁丝和镀镍低碳钢丝各取一根，两根丝同时成型，形成双丝金属丝团，成型可按洗碗用的清洁球或称钢丝球的方法制作），金属丝团直径为15cm,将若干金属丝团放入铸型下型型腔中，金属丝团的松紧程度由铁丝和低碳钢丝占材料的体积百分比决定，保证金属丝团正好放满铸型；布置完毕后，将铸型的上型盖于下型上，合箱完毕后等待铁水浇注； 

白口铸铁材料基体的准备：按重量百分含量为：C为2.4%，Si为1.4%，Mn为0.5，Zr为0.5，P<0.08%，S<0.25%,其余为Fe白口铸铁进行配料；白口铸铁原料在感应电炉中熔化，熔化温度为1475-1485℃；

将上述白口铸铁铁水浇入装有渗硼铁丝和镀镍低碳钢丝形成的金属丝团的干砂铸型；液态铁水将渗硼铁丝和镀镍低碳钢丝包围，然后冷却凝固，形成以白口铸铁为基的其中分布有金属丝团的材料。

实施例二：

原料准备：

白口铸铁材料基体的化学成分的重量百分含量为：C为2.7%，Si为1.9%, Mn为0.7%, Zr为2%, P<0.08%, S <0.25%,其余为Fe。

渗硼铁丝和镀镍低碳钢丝的准备：

低碳钢丝的化学成分的重量百分含量为：C为0.2%，Si为0.12%, Mn为0.35%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe。低碳钢丝直径1.5mm；

铁丝的化学成分的重量百分含量为：C为0.06%，Si为0.3%, Mn为0.35%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe。铁丝直径1.5mm；

所用铁丝和低碳钢丝的总体长度相当，控制两种金属丝共占材料的体积百分比为40%；铁丝和低碳钢丝表面按常规方法分别渗硼和镀镍；分别形成渗硼铁丝和镀镍低碳钢丝。渗硼层和镀镍层的厚度均为400微米。按清洁球生产的常规方法制作带镀层的两种金属丝混合的双丝金属丝团，金属丝团直径为10cm。.

其它制备过程同实施例一。

实施例三：

原料准备：

白口铸铁材料基体的化学成分的重量百分含量为：C为2.6%，Si为1.7%, Mn为0.56%, Zr为0.9%, P<0.08%, S <0.25%,其余为Fe。

渗硼铁丝和镀镍低碳钢丝的准备：

低碳钢丝的化学成分的重量百分含量为：C为0.1%，Si为0.1%, Mn为0.32%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe。低碳钢丝直径1.5mm；

铁丝的化学成分的重量百分含量为：C为0.05%，Si为0.25%, Mn为0.3%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe。铁丝直径2mm； 

所取铁丝和低碳钢丝的总体长度相当，控制两种金属丝占材料的体积百分比为25%；铁丝和低碳钢丝表面再按常规方法分别渗硼和镀镍；分别形成渗硼铁丝和镀镍低碳钢丝。渗硼层和镀镍层的厚度均为200微米。按清洁球生产的常规方法制作带镀层的两种金属丝混合的双丝金属丝团，金属丝团直径为15cm。

其它制备过程同实施例一。

对比实施例四：原料配比不在本发明范围内的实例

原料准备：

白口铸铁材料基体的化学成分的重量百分含量为：C为2.3%，Si为1.3%, Mn为0.4%, Zr为0.4%, P为0.1%, S为0.3%,其余为Fe。

低碳钢丝的化学成分的重量百分含量为：C为0.02%，Si为0.08%, Mn为0.2%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe。

铁丝的化学成分的重量百分含量为：C为0.02%，Si为0.1%, Mn为0.2%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe。铁丝和低碳钢丝长度相当，控制两种金属丝占材料的体积百分比为4%。

两种金属丝直径为0.8mm，铁丝表面渗硼，低碳钢丝表面不镀镍，渗硼层的厚度为600微米。按清洁球生产的常规方法制作上述两种金属丝（铁丝和低碳钢丝）混合的双丝金属丝团，金属丝团直径为12cm。

其它制备过程同实施例一。

对比实施例五：原料配比不在本发明范围内的实例

原料准备：

白口铸铁材料基体的化学成分的重量百分含量为：C为2.8%，Si为2%, Mn为0.8%, Zr为3%, P为0.09%, S 为0.4%,其余为Fe。

低碳钢丝的化学成分的重量百分含量为：C为0.3%，Si为0.13%, Mn为0.36%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe。

铁丝的化学成分的重量百分含量为：C为0.08%，Si为0.4%, Mn为0.4%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe。铁丝和低碳钢丝长度相当，控制二种金属丝占材料的体积百分比为45%。

金属丝直径为2mm，铁丝表面不渗硼，低碳钢丝表面镀镍。镀镍层厚度为600微米；按清洁球生产的常规方法制作上述两种金属丝（铁丝和低碳钢丝）混合的双丝金属丝团，金属丝团直径为15cm。

其它制备过程同实施例一。

表1

由上表可见，本发明材料中白口铁和铁丝和低碳钢丝的化学成分中C、Si、 Mn增加，利于材料硬度的提高。但是过多，会降低材料的韧性。P和S 增加，也会降低基体材料的韧性。

白口铁中Zr的增加不仅利于硬度的提高，而且也有利于韧性提高。但是，过多导致Zr和C化合物的增加，会降低材料的韧性。

铁丝和低碳钢丝体积百分比的增加，利于材料韧性的提高。但是过多，降低了材料的硬度，因此也降低了材料的耐磨性。

Claims (1)

1.一种耐磨白口铸铁材料的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：

渗硼铁丝和镀镍低碳钢丝的准备：取直径为1-2mm，成分重量百分含量为：C 0.09%～0.2%、Si 0.09%～0.12%、Mn 0.3-0.35%、P<0.02%、S <0.025%、其余为Fe的低碳钢丝，取直径为1-2mm，成分重量百分含量为：C为0.04-0.06%，Si为0.2～0.3%, Mn为0.25-0.35%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe的铁丝；所取铁丝和低碳钢丝的总体长度相当，控制铁丝和低碳钢丝两者共占材料的体积百分比为5-40%；低碳钢丝按常规方法在其表面镀镍，镀镍层的厚度为50-500微米；铁丝按常规方法在其表面渗硼，渗硼层的厚度为50-500微米；

按清洁球生产的常规方法将上述渗硼铁丝和镀镍低碳钢丝各取一根丝形成球状的混合双丝金属丝团，金属丝团直径为10-15cm，将若干金属丝团放入干砂铸型下型型腔中，金属丝团的松紧程度由铁丝和低碳钢丝占材料的体积百分比决定，保证金属丝团正好放满干砂铸型；布置完毕后，将干砂铸型的上型盖于下型上，合箱完毕后等待铁水浇注； 

白口铸铁材料基体的准备：按重量百分含量C：2.4%～2.7%、Si：1.4%～1.9%、Mn：0.5-0.7%、Zr：0.5-2%、P<0.08%、S <0.25%、其余为Fe的白口铸铁进行配料；白口铸铁原料在感应电炉中熔化，得到液态铁水，熔化温度为1450-1500℃；

将上述白口铸铁铁水浇入装有金属丝团的干砂铸型；液态铁水将渗硼铁丝和镀镍低碳钢丝包围，然后冷却凝固，形成以白口铸铁为基的材料。

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