CN102051548A - 一种耐蚀球墨可锻铸铁材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种耐蚀球墨可锻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。该耐蚀球墨可锻铸铁材料以球墨可锻铸铁为基体，在基体上分布着由低碳钢丝及铁丝形成的金属丝团，所用低碳钢丝及铁丝直径均为1-2mm，低碳钢丝及铁丝二者占材料的体积百分比为5-40%；材料中低碳钢丝与铁丝长度相当。

Description

一种耐蚀球墨可锻铸铁材料及制备方法

技术领域

本发明属于金属材料领域，涉及一种耐蚀球墨可锻铸铁材料及其制备方法。

背景技术

在金属材料领域中, 耐蚀铸铁作为低成本耐蚀材料一直受到普遍重视。

CN201010177246.8号申请涉及一种耐蚀中硅钼镍铬球墨铸铁合金。具体地说，涉及一种中硅钼镍铬球墨铸铁合金，按重量百分比计，其包含：C：2.0-3.5％；Si：4.0-6.5％；Mo：0.6-1.5％；P：0.01-0.05％；S：0.01-0.03％；铬：0.05-0.1％；Ni：0.1-0.3％；Co：0.05-0.1％；和余量的Fe。

尽管采取措施，但是铸铁的韧性不足。因此，对于材料耐蚀性的提高也受到了限制。

发明内容

本发明的目的就是针对上述技术缺陷，提供一种耐蚀球墨可锻铸铁材料，该材料具有良好的性能。

本发明的另一目的是提供一种耐蚀球墨可锻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：

一种耐蚀球墨可锻铸铁材料，其特征在于：该材料以球墨可锻铸铁为基体，在基体上分布着由低碳钢丝及铁丝形成的金属丝团，所用低碳钢丝及铁丝直径均为1-2mm，材料中低碳钢丝与铁丝的总体长度相当，金属丝团的直径为10-15cm；低碳钢丝和铁丝二者共占材料的体积百分比为5-40%；

球墨可锻铸铁基体的化学成分的重量百分含量： C为2.5%～3.0%，Si为1.1%～1.4%, Mn为0.6-0.9%, Gd为0.5-0.8%, P<0.08%, S <0.25%,其余为Fe。 

低碳钢丝的化学成分的重量百分含量为：C为0.05%～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0.02-0.05%，Si为0.2%～0.3%, Mn为0.25-0.35%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe。

基体中还分布有化合物Ni3C、Ni3Si、 Cr3Si和Cr23C6 颗粒。

一种耐蚀球墨可锻铸铁材料的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：

镀镍低碳钢丝及镀铬铁丝的准备：取直径为1-2mm、成分重量百分含量：C为0.05%～0.2%，Si为0.09%～0.12%, Mn为0.3-0.35%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe的低碳钢丝；另取直径为1-2mm、成分重量百分含：C为0.02-0.05，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，材料中低碳钢丝与铁丝的总体长度相当，控制低碳钢丝和铁丝两者共占材料的体积百分比为5-40%；

按常规方法分别在低碳钢丝表面镀镍以及在铁丝有表面镀铬；分别形成镀镍低碳钢丝及镀铬铁丝；镀镍层和镀铬层的厚度为50-500微米；

按清洁球生产的常规方法将上述渗镀镍低碳钢丝及镀铬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低碳钢丝和铁丝两者共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；

球墨可锻铸铁材料基体的准备：按重量百分含量C为2.5%～3.0%，Si为1.1%～1.4%, Mn为0.6-0.9%, Gd为0.5-0.8%, P<0.08%, S <0.25%,其余为Fe的进行配料；球墨可锻铸铁原料在感应电炉中熔化,形成液态铁水，熔化温度为1450-1480℃；

将上述球墨可锻铸铁铁水浇入装有金属丝团的干砂铸型，液态铁水将镀镍低碳钢丝及镀铬镍铁丝包围，然后冷却凝固；然后将凝固得到的铸铁放入电炉中热处理，加热到970-990℃，保温5-9小时后随炉冷却，即得到以球墨可锻铸铁为基的其中分布有金属丝团的耐蚀材料。

    本发明相比现有技术的有益效果如下：

1、本发明材料中的低碳钢丝及镀铬镍铁丝自身具有相当的强度和较高的韧性。钢丝及铁丝和球墨可锻铁的基体都是铁。因此钢丝及铁丝和球墨可锻铁很容易结合起来，形成很好的冶金结合。这样，低碳钢丝和铁丝分布在球墨可锻铁中，对材料具有很好的增强增韧作用。

2、球墨可锻铁铁水进入铸型型腔与钢丝和铁丝表面的镍接触后，丝表面的Ni和Cr熔于铁水，铁水中的C 与Si和钢丝及铁丝表面的Ni和Cr反应形成比渗碳体硬度更高的特殊化合物Ni3C、Ni3Si、 Cr3Si和Cr23C6。所形成的这种特殊化合物进一步提高了材料的耐蚀性。

3、Gd对球墨可锻铁的组织具有显著细化的作用，对于球墨可锻铁的增韧有重要的作用。另外C和Gd也会形成C 和Gd化合物Gd3C，分布于材料基体中，也有助于材料耐蚀性的提高。本发明材料中的P、S为材料中的杂质，控制在允许的范围。

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金属丝增强含钆耐蚀球墨可锻铸铁材料的金相组织。

图1可以看到在球墨可锻铸铁与金属丝结合良好。

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。以下直径为1-2mm的低碳钢丝、铁丝（也可称金属丝）均为市购。镀层自制。

实施例一：

镀镍低碳钢丝及镀铬铁丝的准备：

取直径为1mm、成分重量百分含量：C为0.05%，Si为0.09%, Mn为0.3%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe的低碳钢丝；

另取直径为1mm、成分重量百分含量：C为0.02%，Si为0.2%, Mn为0.25%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe的铁丝；低碳钢丝和铁丝二者共占材料的体积百分比为5%，所取低碳钢丝和铁丝两种金属丝的总体长度相当。

按常规方法分别在低碳钢丝表面镀镍以及在铁丝有表面镀铬；分别形成镀镍低碳钢丝及镀铬铁丝；镀镍层和镀铬层的厚度为100微米；

按清洁球生产的常规方法将上述镀镍低碳钢丝及镀铬铁丝各取一根丝形成球状的混合双丝金属丝团（两种金属丝各取一根成团，形成双丝金属丝团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低碳钢丝和铁丝两者共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；

球墨可锻铸铁材料基体的准备：按重量百分含量C为2.5%，Si为1.1%, Mn为0.6%, Gd为0.5%, P<0.08%, S <0.25%,其余为Fe进行配料；球墨可锻铸铁原料在感应电炉中熔化，熔化温度为1460-1465℃；

将上述球墨可锻铸铁铁水浇入装有金属丝团的干砂铸型，液态铁水将镀镍低碳钢丝及镀铬镍铁丝包围，然后冷却凝固；然后将凝固得到的铸铁放入电炉中热处理，加热到970℃，保温5小时后随炉冷却，即得到以球墨可锻铸铁为基的其中分布有金属丝团的耐蚀材料。

实施例二：

球墨可锻铸铁材料基体按重量百分含量：C为3.0%，Si为1.4%, Mn为0.9%, Gd为0.8%, P<0.08%, S <0.25%,其余为Fe进行配料。

镀镍低碳钢丝及镀铬铁丝的准备：

低碳钢丝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，直径为2mm。

铁丝成分的重量百分含量为：C为0.05%，Si为0.3%, Mn为0.35%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe，直径为2mm。控制低碳钢丝及铁丝二者共占材料的体积百分比为40%，所用低碳钢丝与铁丝两种金属丝的总体长度相当。

低碳钢丝按常规方法表面镀镍；铁丝按常规方法表面镀铬，分别形成镀镍低碳钢丝及镀铬铁丝，镀镍层和镀铬层的厚度均为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10cm。

制备中，将凝固得到的铸铁放入电炉中热处理，加热到990℃，保温9小时。其余制备过程同实施例一。

实施例三：

球墨可锻铸铁材料基体按重量百分含量：C为2.7%，Si为1.3%, Mn为0.7%, Gd为0.7%, P<0.08%,S <0.25%,其余为Fe进行配料。

镀镍低碳钢丝及镀铬铁丝的准备：

低碳钢丝成分的重量百分含量为：C为0.09%，Si为0.1%, Mn为0.32%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe，直径为1.2mm。

铁丝成分的重量百分含量为：C为0.03%，Si为0.25%, Mn为0.3%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe。直径为1.2mm。控制低碳钢丝及铁丝二者共占材料的体积百分比为25%，所用两种金属丝的总体长度相当。

低碳钢丝按常规方法表面镀镍；铁丝按常规方法表面镀铬，镀镍层和镀铬层的厚度均为50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。

制备中，将凝固得到的铸铁放入电炉中热处理，加热到980℃，保温7小时。其余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

球墨可锻铸铁材料基体按重量百分含量：C为2%，Si为1%, Mn为0.4%, Gd为0.3%, P<0.08%, S <0.25%,其余为Fe进行配料。

镀镍低碳钢丝及镀铬铁丝的准备：

低碳钢丝成分的重量百分含量为：C为0.04%，Si为0.05%, Mn为0.2%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe。直径为0.8mm。

铁丝成分的重量百分含量为：C为0.01%，Si为0.1%, Mn为0.1%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe。直径为0.8mm。控制低碳钢丝及铁丝二者共占材料的体积百分比为4%，两种金属丝长度相当。

低碳钢丝不镀镍。铁丝按常规方法表面镀铬，镀铬层厚度均为200微米。按清洁球生产的常规方法制作低碳钢丝与镀铬铁丝两种金属丝混合的双丝金属丝团，金属丝团直径为10cm。

制备中，将凝固得到的铸铁放入电炉中热处理，加热到950℃，保温4小时。其余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

球墨可锻铸铁材料基体按重量百分含量：C为4.0%，Si为1.6%, Mn为1%, Gd为1%, P<0.08%, S <0.25%,其余为Fe进行配料。

镀镍低碳钢丝及镀铬铁丝的准备：

低碳钢丝成分的重量百分含量为：C为0.3%，Si为0.2%, Mn为0.4%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe。直径为3mm。

铁丝成分的重量百分含量为：C为0.08%，Si为0.4%, Mn为0.5%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe。直径为3mm。控制低碳钢丝及铁丝二者共占材料的体积百分比为45%，两种金属丝长度相当。

铁丝不镀铬，低碳钢丝按常规方法表面镀镍，镀镍层的厚度均为50微米。按清洁球生产的常规方法制作两种金属丝（镀镍低碳钢丝和铁丝）混合的双丝金属丝团，金属丝团直径为10cm。

制备中，将凝固得到的铸铁放入电炉中热处理，加热到1100℃，保温10小时。其余制备过程同实施例一。

 表1

由上表可见，本发明材料中的球墨可锻铁和低碳钢丝及镀铬铁丝的化学成分中C、Si、 Mn增加，利于材料硬度的提高。但是过多，会降低基体材料的韧性。P和S 增加，也会基体材料的韧性。

球墨可锻铁中Gd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Gd和C化合物Gd3C的增加，降低材料的韧性。

低碳钢丝及镀铬铁丝体积百分比的增加，利于材料韧性的提高。但是过多，铸铁基体包不住钢丝及镀铬铁丝，基体出现裂纹，则降低了材料的韧性，因此也降低了材料的耐蚀性。

钢丝及镀铬铁丝直径太细，表面积太大，所带Ni和Cr量太多，不利于元素在铁水中的溶解。钢丝及铁丝直径太粗，在铸铁基体中分布的密度减小，不利于材料整体耐蚀性的提高。

材料热处理温度不高和时间过短，不利于合金的石墨化；温度过高和时间过长，容易造成金属丝和基体组织粗化，不利于材料韧性的提高。

Claims (3)

1.一种耐蚀球墨可锻铸铁材料，其特征在于：该材料以球墨可锻铸铁为基体，在基体上分布着由低碳钢丝及铁丝形成的金属丝团，所用低碳钢丝及铁丝直径均为1-2mm，材料中低碳钢丝与铁丝总体长度相当，金属丝团的直径为10-15cm；低碳钢丝和铁丝二者共占材料的体积百分比为5-40%；

球墨可锻铸铁基体的化学成分的重量百分含量： C为2.5%～3.0%，Si为1.1%～1.4%, Mn为0.6-0.9%, Gd为0.5-0.8%, P<0.08%, S <0.25%,其余为Fe；

低碳钢丝的化学成分的重量百分含量为：C为0.05%～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0.02-0.05%，Si为0.2%～0.3%, Mn为0.25-0.35%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe。

2.根据权利要求1所述的耐蚀球墨可锻铸铁材料，其特征在于：基体中还分布有化合物Ni3C、Ni3Si、Cr3Si和Cr23C6 颗粒。

3.一种耐蚀球墨可锻铸铁材料的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：

镀镍低碳钢丝及镀铬铁丝的准备：取直径为1-2mm、成分重量百分含量：C为0.05%～0.2%，Si为0.09%～0.12%, Mn为0.3-0.35%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe的低碳钢丝；另取直径为1-2mm、成分重量百分含：C为0.02-0.05，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，所用低碳钢丝与铁丝的总体长度相当，控制低碳钢丝和铁丝两者共占材料的体积百分比为5-40%；

按常规方法分别在低碳钢丝表面镀镍以及在铁丝有表面镀铬；分别形成镀镍低碳钢丝及镀铬铁丝；镀镍层和镀铬层的厚度均为50-500微米；

按清洁球生产的常规方法将上述渗镀镍低碳钢丝及镀铬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低碳钢丝和铁丝两者共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；

球墨可锻铸铁材料基体的准备：按重量百分含量C为2.5%～3.0%，Si为1.1%～1.4%, Mn为0.6-0.9%, Gd为0.5-0.8%, P<0.08%, S <0.25%,其余为Fe的进行配料；球墨可锻铸铁原料在感应电炉中熔化,形成液态铁水，熔化温度为1450-1480℃；

将上述球墨可锻铸铁铁水浇入装有金属丝团的干砂铸型，液态铁水将镀镍低碳钢丝及镀铬镍铁丝包围，然后冷却凝固；然后将凝固得到的铸铁放入电炉中热处理，加热到970-990℃，保温5-9小时后随炉冷却，即得到以球墨可锻铸铁为基的其中分布有金属丝团的耐蚀材料。

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