CN102876964A - 一种灰铸铁及其生产工艺 - Google Patents

Abstract

一种灰铸铁，由下列成分按质量百分比制成：C2.7—3.0%，Mn0.9—1.2%，Ni1—1.5%，Cr0.3—0.5%，Sn0.3—0.5%，包芯线1.6—2.0%，P≤0.1%,S≤0.1%，余量为铁和不可避免的杂质。包芯线的粉状内芯中含有轻稀土。本发明通过对灰铸铁的原材料配比进行合理的调整及增加孕育处理，使得灰铸铁强度及硬度均得到明显提升。该灰铸铁冶炼比较方便，具有良好的铸造性能，经孕育处理后，铸铁件不易开裂。使用现有材料炼出的灰铸铁铸件抗压强度、硬度都获得了明显提升，同时降低了企业生产成本，提高了产品合格率，扩大了铸件应用范围，具有很好的经济效益。

Description

一种灰铸铁及其生产工艺

技术领域

本发明涉及一种铸铁材料，尤其是涉及一种灰铸铁及其生产工艺。

背景技术

含碳量大于2.11%的铁碳合金称为铸铁，常用铸铁的分类按碳存在的形式不同可分为灰铸铁、 球墨铸铁、蠕墨铸铁等。灰铸铁中的碳大部分或全部以自由状态的片状石墨形式存在，其断口呈暗灰色，有一定的力学性能和良好的被切削性能，普遍应用于工业中。灰铸铁基本上是由铁、碳和硅组成的共晶型合金，其中，碳主要以石墨的形态存在。若在浇注前向铁液中加入少量孕育剂，形成大量的、高度弥散的难熔质点，成为石墨的结晶核心，促进石墨的形核，得到细珠光体基体和细小均匀分布的片状石墨。这种方法称为孕育处理，孕育处理后得到的铸铁叫做孕育铸铁。生产高强度铸件，控制铸铁凝固时形成的石墨的形态和基体金属组织是至关重要的。

灰铸铁抗压强度比较高，有良好的吸振性、减震性和润滑性，有良好的导热性、切削加工型与铸造性，广泛的应用于机电产品中。但是现有铸造工艺在铸造圆周速度大于20m/s的带环、存在滑动摩擦等场合因其强度不能满足实际需求、易开裂等问题，以致限制了其使用范围。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有优良性能的灰铸铁及其生产工艺，以解决现有灰铸铁铸件强度不能满足实际需求、易开裂、使用范围受到限制等技术问题。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的： 一种灰铸铁，该灰铸铁由下列成分按质量百分比制成：

C2.7—3.0%，Mn0.9—1.2%，Ni1—1.5%，Cr0.3—0.5%，Sn 0.3—0.5%，包芯线1.6—2.0%， P≤0.1%,S≤0.1%，余量为铁和不可避免的杂质。

包芯线包括碳钢外皮和粉状内芯，所述粉状内芯中的元素组份及质量百分比为：Ca5－8%，Si35－40%，轻稀土16－20%、Zr2.1－3.5%，Ti3－5%，Ta3－5%，余量为铁和不可避免的杂质。

轻稀土的主要成分为Ce51%、La29%、Nd13%、Pr4.5%、Sm1.3%、Y1.2%。

在本发明化学成分中，碳是灰铸铁中的关键元素。它可增加灰铸铁中碳化物量,是石墨结晶核心的来源。碳元素能提高灰铸铁的硬度和强度。但是会降低其韧性和塑形。本发明中碳元素的含量为2.7—3.0%。

锰能提高灰铸铁的强度和硬度，并能推迟奥氏体冷却时铁素体的析出，有效地起到对铁素体固溶强化和细化晶粒作用。当灰铸铁中的含锰量在0.9—1.2%时，有利于生产出高强度的灰铸铁。

镍溶于液体铁及铁素体，在共晶期间促进石墨化，消除白口和游离渗碳体，细化石墨，细化并增加珠光体，还能提高铸铁的强度、硬度和冲击韧度。本发明中Ni的含量为1—1.5%。

铬在铸铁中使碳在奥氏体中的溶解度增加，因而阻碍铁素体生核成长，是很强的珠光体促成元素。本发明中的Cr含量控制在0.3—0.5%内，能有效地提高灰铸铁的性能，且不会出现碳化物。

锡元素有促成珠光体形成的作用。锡易于聚集在石墨-奥氏体界面上，阻止碳向石墨扩散，使碳固溶于奥氏体，从而促进形成珠光体。本发明中Sn的含量为0.3-0.5%。

硅是灰铸铁中必不可少的，极为重要的元素。如果没有硅的存在即使碳很高也很难获得游离体的铸铁组织。在灰铸铁中Si是强烈促进石墨化的元素，铁中只有C没有Si石墨化是很难完成的。Si元素含量低时，铸铁易出现白口组织，力学性能和铸造性能都较低：含量过高时，石墨片过多且粗大，甚至会出现过饱和碳，严重降低铸铁的机械性能和质量。

轻稀土加入铁水中，能起到精炼、脱硫、中和低熔点有害杂质的作用，并可以改善铸铁的加工性能,并提高铸铁室温及高温机械性能。

锆是常用的微合金化元素，它在铸铁中形成氮化物，有助于形成石墨核心，可以细化晶粒，抑制奥氏体晶粒的长大，从而提高铸铁的力学性能，特别是提高铸铁的抗裂纹扩展能力。

微量的钛能够促进石墨化，细化石墨和晶粒，减少白口和硬点，提高强度但是过量的钛会导致铸铁中形成D型石墨。

钽具有质地坚硬，熔点高，韧性强的特点，它能起到细化灰铸铁基体组织，提高抗拉强度、冲击韧性和硬度的作用。当与Ti、稀土金属配合后加入铁水中，可显著提高铸铁的耐高热腐蚀的能力。

硫、磷为杂质元素，应控制在合理范围内。磷能提高铸铁的抗拉强度和抗大气腐蚀能力，改善铸铁的切削加工性能，但是它会降低铸铁的塑形和韧性。因此硫、磷含量均≤0.1%。

本发明工艺为：将铁原料投入冲天炉中，升温至1450-1480℃，待原料完全液化后，加入根据配比计量好的C、Mn，Ni，Cr，Sn ，升温至1520℃，喂入包芯线，铁水出炉。

综上所述，本发明通过对灰铸铁的原材料配比进行合理的调整及增加孕育处理，使得灰铸铁强度及硬度均得到明显提升。该灰铸铁冶炼比较方便，具有良好的铸造性能，经孕育处理后，铸铁件不易开裂。使用现有材料炼出的灰铸铁铸件抗压强度、硬度都获得了明显提升，同时降低了企业生产成本，提高了产品合格率，扩大了铸件应用范围，具有很好的经济效益。

具体实施方式

下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：将铁原料（P≤0.1%,S≤0.1%）投入冲天炉中，升温至1450-1480℃，待原料完全液化后，加入2.85%的C，1.05%的Mn，1.25%的Ni，0.4%的Cr，0.4%的Sn 。继续升温至1520℃，喂入1.8%的包芯线（Ca6.5%，Si37.5%，轻稀土18%、Zr2.8%，Ti4%，Ta4%，余量为铁和不可避免的杂质，所述包芯线轻稀土的成分为Ce51%、La29%、Nd13%、Pr4.5%、Sm1.3%、Y1.2%），然后将铁液倒入浇包。

按GB/T9394灰铸铁件标准，用实施例1得到的铁液制作单铸试棒，对试棒进行拉伸试验和硬度测试，其最小抗拉强度为378Mpa，布氏硬度（HBW）246。

实施例2：将铁原料（P≤0.1%,S≤0.1%）投入冲天炉中，升温至1450-1480℃，待原料完全液化后，加入2.7%的C，0.9%的Mn，1%的Ni，0.3%的Cr，0.3%的Sn 。继续升温至1520℃，喂入1.6%的包芯线（Ca5%，Si35%，轻稀土16%、Zr2.1%，Ti3%，Ta3%，余量为铁和不可避免的杂质，其中轻稀土的成分为Ce51%、La29%、Nd13%、Pr4.5%、Sm1.3%、Y1.2%），然后将铁液倒入浇包。。

按GB/T9394灰铸铁件标准，用实施例2得到的铁液制作单铸试棒，对试棒进行拉伸试验和硬度测试，其最小抗拉强度为363Mpa，布氏硬度（HBW）225。

实施例3：将铁原料（P≤0.1%,S≤0.1%）投入冲天炉中，升温至1450-1480℃，待原料完全液化后，加入3%的C，1.2%的Mn，1.5%的Ni，0.5%的Cr，0.5%的Sn 。继续升温至1520℃，喂入2.0%的包芯线（Ca8%，Si40%，轻稀土20%、Zr3.5%，Ti5%，Ta5%，余量为铁和不可避免的杂质，其中轻稀土的成分为Ce51%、La29%、Nd13%、Pr4.5%、Sm1.3%、Y1.2%），然后将铁液倒入浇包。

按GB/T9394灰铸铁件标准，用实施例3得到的铁液制作单铸试棒，对试棒进行拉伸试验和硬度测试，其最小抗拉强度为390Mpa，布氏硬度（HBW）265。

实施例4：将铁原料（P≤0.1%,S≤0.1%）投入冲天炉中，升温至1450-1480℃，待原料完全液化后，加入2.8%的C，1 %的Mn，1.12%的Ni， 0.3%的Cr，0.4%的Sn 。继续升温至1520℃，喂入1.7%的包芯线（Ca5.8%，Si36%，轻稀土17%、Zr2.4%，Ti3.5%，Ta3.5%，余量为铁和不可避免的杂质，其中轻稀土的成分为Ce51%、La29%、Nd13%、Pr4.5%、Sm1.3%、Y1.2%），然后将铁液倒入浇包。

按GB/T9394灰铸铁件标准，用实施例4得到的铁液制作单铸试棒，对试棒进行拉伸试验和硬度测试，其最小抗拉强度为369Mpa，布氏硬度（HBW）240。

实施例5：将铁原料（P≤0.1%,S≤0.1%）投入冲天炉中，升温至1450-1480℃，待原料完全液化后，加入2.9%的C，1.1%的Mn，1.35%的Ni， 0.45%的Cr，0.45%的Sn 。继续升温至1520℃，喂入1.9%的包芯线（Ca7.2%，Si39%，轻稀土19%、Zr3.2%，Ti4.5%，Ta4.5%，余量为铁和不可避免的杂质，其中轻稀土的成分为Ce51%、La29%、Nd13%、Pr4.5%、Sm1.3%、Y1.2%），然后将铁液倒入浇包。按GB/T9394灰铸铁件标准，用实施例5得到的铁液制作单铸试棒，对试棒进行拉伸试验和硬度测试，其最小抗拉强度为382Mpa，布氏硬度（HBW）259。

为了验证本发明的效果，另外制作对比例进行比较：

对比例1：将铁原料（P≤0.1%,S≤0.1%）投入冲天炉中，升温至1450-1480℃，待原料完全液化后，加入2.8%的C，1.2%的Mn，1.3%的Ni，0.5%的Cr，0.5%的Sn 。继续升温至1520℃，然后将铁液倒入浇包。

按GB/T9394灰铸铁件标准，用对比例1得到的铁液制作单铸试棒，对试棒进行拉伸试验和硬度测试，其最小抗拉强度为312Mpa，布氏硬度（HBW）196。

通过对本发明实施例和对比例的测试数据进行比较，可以发现本发明实施例中最小抗拉强度均超过350Mpa；而对比例中的最小抗拉强度为312Mpa，其硬度也远比本发明各实施例低。

Claims (4)

1.一种灰铸铁,其特征是该灰铸铁由下列成分按质量百分比制成：C2.7—3.0%，Mn0.9—1.2%，Ni1—1.5%，Cr0.3—0.5%，Sn 0.3—0.5%，包芯线1.6—2.0%， P≤0.1%,S≤0.1%，余量为铁和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的一种灰铸铁，其特征是所述包芯线包括碳钢外皮和粉状内芯，所述粉状内芯中的元素组份及质量百分比为：Ca5－8%，Si35－40%，轻稀土16－20%、Zr2.1－3.5%，Ti3－5%，Ta3－5%，余量为铁和不可避免的杂质。

3.根据权利要求2所述的一种灰铸铁，其特征是所述包芯线的粉状内芯中轻稀土的成分为Ce51%、La29%、Nd13%、Pr4.5%、Sm1.3%、Y1.2%。

4.一种生产权利要求1的灰铸铁的工艺，其特征是：将铁原料投入冲天炉中，升温至1450-1480℃，待原料完全液化后，加入根据配比计量好的的碳、锰，镍，铬，锡，升温至1520℃，喂入包芯线，铁水出炉。