CN102051547A - 一种耐磨耐蚀麻口铸铁材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种耐磨耐蚀麻口铸铁材料及制备方法，该材料具有良好的性能。其制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。该材料以麻口铸铁为基体，在基体中分布着由铁丝形成的金属丝团，所用铁丝直径为1-2mm，金属丝团的直径为10-15cm，铁丝占材料的体积百分比为5-40%。

Description

一种耐磨耐蚀麻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，涉及一种耐磨耐蚀麻口铸铁材料及其制备方法。

背景技术

在金属材料领域中, 耐磨耐蚀铸铁作为低成本耐磨耐蚀材料一直受到普遍重视。

张山纲等在铸造技术2003年第2期研究了低合金抗磨麻口铸铁的设计与制备。试验材料的主要化学成分叫为：2．5％ ～3．5％ C；1．0％ ～ 2．0％ Si；0．5％ ～ 1．5％ Mn；0．5％-2．0％ (Ni+Cu)；小于1．0％ Cr、Mo。但是麻口铁主要由渗碳体组成，渗碳体虽硬但脆。材料的韧性低。不利于材料耐磨耐蚀性能的提高。

CN201010150314.1号申请公开一种稀土高硅镍铬合金铸铁，它包括：Fe、Cr、Ni、Mo、Cu、Si、Mn、C、S、P及微量元素Nb、V、Zr、N和Re，在电炉中熔炼而成；其合金成份(按重量百分比)组成：Cr：0.50～18.80、Ni：0.10～21.50、Mo：0.15～3.80、Cu：0.20～3.50、Si：2.50～18.50、Mn：0.60～1.20、C：0.80～3.20、S：0.02～0.15、P：0.10～0.20、Re：0.50～3.20、Nb、V、Zr、N：适量、Fe：余量。

该铸铁含有大量的脆性化合物，材料的韧性和抗拉强度都受到了很大的限制。

发明内容

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

本发明的另一目的是提供一种耐磨耐蚀麻口铸铁材料的制备方法，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：

一种耐磨耐蚀麻口铸铁材料，该材料以麻口铸铁为基体，在基体中分布着由铁丝形成的金属丝团，所用铁丝直径为1-2mm，金属丝团的直径为10-15cm，铁丝占材料的体积百分比为5-40%；

麻口铸铁基体的化学成分的重量百分含量： C为2.3%～2.8%，Si为2.2%～2.4%, Mn为0.2-0.4%, Y为0.5-1.2%, P<0.08%, S <0.25%,其余为Fe； 

铁丝的化学成分的重量百分含量为：C为0.08-0.10%，Si为0.25%～0.35%, Mn为0.35-0.4%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe。

基体中还分布有少量Ni3C、Ni3Si、Cr3Si和Cr23C6颗粒。

一种耐磨耐蚀麻口铸铁材料的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：

镀铬铁丝和镀镍铁丝的准备：取直径为1-2mm、成分重量百分含量：C为0.08-0.10%，Si为0.25%～0.35%, Mn为0.35-0.4%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe的铁丝，按常规方法在一半铁丝表面镀铬，另一半铁丝表面镀镍；分别形成镀铬铁丝和镀镍铁丝，镀层的厚度为100-500μm，控制铁丝占材料的体积百分比为5-40%；

按清洁球生产的常规方法将上述镀铬铁丝和镀镍铁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；

麻口铸铁材料基体的准备：按重量百分含量C为2.3%～2.8%，Si为2.2%～2.4%, Mn为0.2-0.4%, Y为0.5-1.2%, P<0.08%, S <0.25%,其余为Fe的麻口铸铁原料进行配料；麻口铸铁原料在感应电炉中熔化，形成液态铁水，熔化温度为1460-1490℃；

将上述麻口铸铁铁水浇入装有金属丝团的干砂铸型，液态铁水将镀铬铁丝和镀镍铁丝包围，然后冷却凝固，形成以麻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、本发明的麻口铁含有大量的渗碳体，因此硬度高，具有很好的耐磨耐蚀性能。    

2、材料中铁丝自身具有相当的强度和较高的韧性。铁丝和麻口铁的基体都是铁。因此铁丝和麻口铁很容易结合起来，形成很好的冶金结合。这样，铁丝分布在脆性麻口铁中，对材料具有很好的增强增韧作用。

3、当铁水进入铸型型腔与铁丝接触，铁丝表面的Ni和Cr熔于铁水，铁水中的C 、Si和铁丝表面的Ni和Cr反应形成Ni3Si、Cr3Si、Ni3C和Cr23C6，促进铁水中的C以碳化物的形式析出，分布于基体中，这些反应物比渗碳体硬度更高。形成的这种特殊化合物进一步提高了材料的耐磨耐蚀性。

4、Y对麻口铁的组织具有显著细化的作用，对于麻口铁的增韧有重要的作用。另外C和Y也会形成C 和Y化合物Y2C，分布于基体中也有助于材料耐磨耐蚀性的提高。本发明材料中P、S为中的杂质，控制在允许的范围。

5、本发明材料不用贵重元素，主要合金元素又铁丝带入，铁丝材料成本低，制备工艺简便，生产成本低，生产的合金材料性能好，而且非常便于工业化生产。

本发明的材料性能见表1。

附图说明

图1为本发明实施例一制得的铁丝增强含钇耐磨耐蚀麻口铸铁材料的金相组织。

图1可以看到在麻口铸铁与铁丝结合良好。

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。以下铁丝均为市购，镀层自制。

实施例一：

镀铬铁丝和镀镍铁丝的准备：取成分重量百分含量C为0.08%，Si为0.25%, Mn为0.35%, P<0.02%,S <0.025%,其余为Fe的铁丝，铁丝直径为1mm。控制铁丝占材料的体积百分比为5%。

按常规方法在一半铁丝表面镀铬，另一半铁丝表面镀镍；分别形成镀铬铁丝和镀镍铁丝，两者长度相当，镀层的厚度均为100μm；

按清洁球生产的常规方法将上述镀铬铁丝和镀镍铁丝各取一根丝形成球状的混合双丝金属丝团（两根丝同时成形，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），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；

麻口铸铁材料基体的准备：按重量百分含量C为2.3%，Si为2.2%, Mn为0.2%, Y为0.5%, P<0.08%, S <0.25%,其余为Fe的麻口铸铁原料进行配料；麻口铸铁原料在感应电炉中熔化，熔化温度为1465-1475℃；

将上述麻口铸铁铁水浇入装有金属丝团的干砂铸型，液态铁水将镀铬铁丝和镀镍铁丝包围，然后冷却凝固，形成以麻口铸铁为基的其中分布有金属丝团的材料。

实施例二：

麻口铸铁材料基体成分按重量百分含量：C为2.8%，Si为2.4%, Mn为0.4%, Y为1.2%, P<0.08%, S <0.25%,其余为Fe进行配料。

铁丝成分的重量百分含量：C为0.10%，Si为0.35%, Mn为0.4%, P<0.02%,S <0.025%,其余为Fe。铁丝直径为2mm。控制铁丝占材料的体积百分比为40%。

按常规方法取上述一半铁丝表面分别镀铬，另一半铁丝表面镀钴，分别形成镀铬铁丝和镀钴铁丝，二者长度相当；镀层的厚度均为500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。

本发明的制备过程同实施例一。

实施例三：

麻口铸铁材料基体成分按重量百分含量：C为2.5%，Si为2.3%, Mn为0.3%, Y为0.9%, P<0.08%, S <0.25%,其余为Fe进行配料。

铁丝成分的重量百分含量：C为0.09%，Si为0.29%, Mn为0.38%, P<0.02%,S <0.025%,其余为Fe。铁丝直径为1.2mm。控制铁丝占材料的体积百分比为30%。

按常规方法取上述一半铁丝表面分别镀铬，另一半铁丝表面镀钴，分别形成镀铬铁丝和镀钴铁丝，二种镀层铁丝长度相当；镀层的厚度均为300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12cm。

本发明的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

麻口铸铁材料基体成分按重量百分含量：C为2.2%，Si为2.1%, Mn为0.18%, Y为0.4%, P<0.08%, S <0.25%,其余为Fe进行配料。

铁丝成分的重量百分含量：C为0.07%，Si为0.20%, Mn为0.30%, P<0.02%,S <0.025%,其余为Fe。铁丝直径为0.8mm。控制铁丝占材料的体积百分比为4%。

铁丝不镀镍，也不镀铬。按清洁球生产的常规方法制作双丝（二股铁丝）金属丝团，金属丝团直径为15cm。

本发明的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

麻口铸铁材料基体成分按重量百分含量：C为3%，Si为2.5%, Mn为0.5%, Y为2%, P<0.08%, S <0.25%,其余为Fe进行配料。

铁丝成分的重量百分含量：C为0.2，Si为0.4%, Mn为0.5%, P<0.02%,S <0.025%,其余为Fe。铁丝直径为3mm。铁丝占材料的体积百分比为45%。

按常规方法取上述一半铁丝表面分别镀铬，另一半铁丝表面镀钴，分别形成镀铬铁丝和镀钴铁丝；镀层的厚度均为600微米。按清洁球生产的常规方法制作两种带镀层金属丝混合的双丝金属丝团，金属丝团直径为10cm。

本发明的制备过程同实施例一。、

表1

由上表可见，本发明材料中的麻口铁和铁丝的化学成分中C、Si、 Mn增加，利于材料硬度的提高。但是过多，增加基体材料的脆性。P和S 增加，增加基体材料的脆性。

麻口铁中Y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Y和C化合物的增加，降低材料的韧性。

铁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耐蚀性。

镀镍和镀铬层的厚度增加，利于铁水的合金化；但是过多，镍和铬不易在短时熔入铁水，造成元素的浪费。

Claims (3)

1.一种耐磨耐蚀麻口铸铁材料，该材料以麻口铸铁为基体，在基体中分布着由铁丝形成的金属丝团，所用铁丝直径为1-2mm，金属丝团的直径为10-15cm，铁丝占材料的体积百分比为5-40%；

麻口铸铁基体的化学成分的重量百分含量： C为2.3%～2.8%，Si为2.2%～2.4%, Mn为0.2-0.4%, Y为0.5-1.2%, P<0.08%, S <0.25%,其余为Fe； 

铁丝的化学成分的重量百分含量为：C为0.08-0.10%，Si为0.25%～0.35%, Mn为0.35-0.4%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe。

2.根据权利要求1所述的耐磨耐蚀麻口铸铁材料，其特征在于：所述基体中还分布有少量Ni3C、Ni3Si、Cr3Si和Cr23C6颗粒。

3.一种耐磨耐蚀麻口铸铁材料的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：

镀铬铁丝和镀镍铁丝的准备：取直径为1-2mm、成分重量百分含量：C为0.08-0.10%，Si为0.25%～0.35%, Mn为0.35-0.4%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe的铁丝，按常规方法在一半铁丝表面镀铬，另一半铁丝表面镀镍；分别形成镀铬铁丝和镀镍铁丝，镀层的厚度为100-500μm，控制铁丝占材料的体积百分比为5-40%；

按清洁球生产的常规方法将上述镀铬铁丝和镀镍铁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；

麻口铸铁材料基体的准备：按重量百分含量C为2.3%～2.8%，Si为2.2%～2.4%, Mn为0.2-0.4%, Y为0.5-1.2%, P<0.08%, S <0.25%,其余为Fe的麻口铸铁原料进行配料；麻口铸铁原料在感应电炉中熔化，形成液态铁水，熔化温度为1460-1490℃；

将上述麻口铸铁铁水浇入装有金属丝团的干砂铸型，液态铁水将镀铬铁丝和镀镍铁丝包围，然后冷却凝固，形成以麻口铸铁为基的其中分布有金属丝团的材料。

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