CN1044131A - 铬钼钒稀土系耐热耐磨铸铁 - Google Patents

Abstract

本发明涉及耐热耐磨铸铁，特别是关于含碳、硅、锰、铬、钼、钒、钛、铜、铝、稀土等元素，余量为铁的球状珠光体型耐热耐磨铸铁，适用于制作耐高温冲击和高温燃气冲刷的零部件(如内燃机进、排气门座圈)。其铸态金相组织为奥氏体(或奥氏体的转变产物——屈氏体、马氏体)+共晶碳化物，其热处理后的金相组织为球状珠光体+共晶碳化物。是一种性能优良的耐热耐磨铸铁。

Description

本发明涉及耐热耐磨铸铁，特别是关于铬钼钒稀土系耐热耐磨铸铁，适用于制作耐高温冲击和高温燃气冲刷的另部件（如内燃机进、排气门座圈）。

现有的耐高温冲击和高温燃气冲刷的另部件（如内燃机进、排气门座圈）国外主要采用高铬镍合金或镍基、钴基合金（成份见表1），我国因Ni、Co、W等资源紧缺，一般以球墨铸铁、中铜铬钼合金铸铁（成份见表1）作为农机，车用内燃机进、排气门座圈材料，但由于合金元素含量少，因而耐热耐磨性差，易出现热疲劳裂纹、高温燃气冲刷的蚀坑、烧蚀等缺陷，导致气门座圈下沉量大和气密性差。为此人们要求研制一种性能优良，又适合国内资源特点的耐热耐磨铸铁，取代球墨铸铁和中铜铬钼合金铸铁，以提高农机、车用内燃机进、排气门座圈的使用寿命。

本发明的目的在于提供一种不含Ni、Co、W等元素，性能优良的耐热耐磨铸铁，以提高耐高温，耐磨蚀的另部件（如内燃机进、排气门座圈）的使用寿命。

为达到上述目的，本发明耐热耐磨铸铁中含有碳、硅、锰、铬、钼、钒、钛、铜、铝、稀土，余量为铁，其组成含量为：（重量%）

C1.6～2.2

Si0.9～2.0

Mn≤0.6

Cr9.0～14.0

Mo1.0～2.0

V0.08～0.5

Ti0.4～3.0

Cu0.2～0.8

Al0.1～0.2

RE0.01～0.15

S≤0.035

P≤0.035

Fe余量

本发明耐热耐磨铸铁在碱性炉衬的150Kg或250Kg的非真空工频、中频感应电炉中熔制，出炉温度：1480～1510℃在1420～1450℃浇注成管坯（铸造采用砂型、金属型、精密铸造皆可），空冷后进行热处理。

本发明耐热耐磨铸铁的铸态金相组织为：

奥氏体+共晶碳化物或奥氏体+共晶碳化物+奥氏体的转变产物（屈氏体、马氏体）。

本发明耐热耐磨铸铁热处理后的金相组织为：

球状珠光体+共晶碳化物

本发明耐热耐磨铸铁的物理性能和高温机械性能见表2、3、4、5、6。

本发明耐热耐磨铸铁的合金元素按下述理由确定：

铬：

Cr元素的加入使铸铁组织中具有较多的碳化物，在高温状态下可形成稳定的Fe-Cr-C化合物，当Cr的含量低于9%时，使碳化物含量减少，将使其耐磨性降低，当Cr含量高于14%时，在铸铁组织中生成以Me₂₃C₆为主的共晶碳化物，为使铸铁组织中的Cr以Me₇C₃碳化物形式存在，将Cr的含量控制在9.0～14.0%之间。Cr元素除上述作用外，还是一种钝化元素，可在铸铁表面形成一层致密的Cr₂O₃氧化膜，可有效地增强铸铁的抗腐蚀性能和抗高温氧化性能。

钼：

铸铁中加入钼元素可使铸铁组织均匀和碳化物稳定，从而提高铸铁的热强性和耐磨性。在铸铁中同时加入Cr、Mo元素，可消除高温时晶粒长大的倾向，从而提高材料的高温综合机械性能。当铸铁中Mo元素的含量低于1%时，其耐热耐磨性能不能满足使用要求，当Mo的含量高于2%时，使材料的硬度增加，除加工困难外，还将提高铸铁的成本，因而将Mo控制在1～2%之间。

硅：

硅在铸铁中以固溶体的形态存在于铁素体中，可提高固溶体的强度，并在铸铁表面形成钝化膜，使其抗氧化性能提高。硅在铸铁中可部分代替铬元素的作用，在高温下，硅可在铸铁表面形成一层SiO₂薄膜，在含铬铸铁中，可形成硅酸层或硅酸铁层，可显著提高铸铁的抗高温氧化、硫化性能。本发明将耐热耐磨铸铁的硅含量控制在0.9～2.0%范围内。

碳：

铸铁中碳的含量超过2.2%时，将使铸铁中碳化物的数量增加，虽可提高铸件的耐磨性，但韧性和可塑性却随之下降。当碳的含量低于1.6%时，使铸铁中碳化物量减少，铸件的耐磨性不能满足使用要求。因而将铸铁中碳的含量控制在1.6～2.2%的范围内。

钒、钛、铝：

钒、钛和碳、氮、氧有着很强的亲合力，与之形成稳定的化合物，在铸铁中钒、钛形成高度弥散分布的碳氮化合物微粒，这些微粒在高温下聚合长大也很缓慢，因而可提高铸铁的热强性和蠕变抗力。当钒的含量低于下限时，上述作用不明显。

钛和铝是良好的脱氧剂，可减少硅和锰的烧损，当钛的含量高于上限时，使铸铁中非金属夹杂物增加，铸件废品率高。

铜：

铸铁中加入铜元素有利于提高铸铁的热传导性能。

稀土：

稀土元素在铸铁中起到细化晶粒和纯净组织的作用，并可增加基体与外层氧化物间的结合力，提高铸铁的抗高温氧化性能。本发明铸铁的稀土含量控制在0.01～0.15%范围内。

锰：

锰在铸铁中为残存元素。

实施例：

用本发明耐热耐磨铸铁制作的柴油机进、排气门座圈，化学成份：（重量%）

C1.86，Si1.68，Mn0.44，P0.025，S0.021，Cr13.19，Mo1.89，V0.27，Cu0.40，Al0.18，Ti0.42，RE0.05。

在250Kg碱性炉衬工频电炉中熔制，出炉温度1490℃，在1420～1450℃浇注成管坯（砂型干模铸造），经热处理后，机加工成R4100型、195型、SD1100型柴油机进、排气门座圈。

铸态金相组织：

奥氏体+共晶碳化物。

热处理后的金相组织：

球状珠光体+共晶碳化物。

物理机械性能见表2、3、4、5、6。

用本发明铸铁制作的R4100型、195型、SD1100型柴油机进、排气门座圈的装机试验结果见表7、8、9。

积极效果：

1·本发明耐热耐磨铸铁不含Ni、Co、W等元素，与Ni、Co合金相比，成本降低80%。

2·可直接铸成管坯，材料利用率提高30%。

3·本发明耐热耐磨铸铁热处理后的金相组织为球状珠光体+共晶碳化物。其耐热耐磨性好。

4·本发明耐热耐磨铸铁制作的农机，车用柴油机进、排气门座圈经试验证明：比中铜铬钼合金铸铁进、排气门座圈的使用寿命提高10倍左右，可在一个大修期内（2000小时）不更换。

Claims (1)

1、一种含碳、硅、锰、铬、钼、钒、钛、铜、铝、稀土的球状珠光体型耐热耐磨铸铁；其特征是化学组成为：(重量%)

C            1.6～2.2        Si        0.9～2.0

Mn        ≤0.6                    Cr        9.0～14.0

Mo        1.0～2.0        V            0.08～0.5

Ti        0.4～3.0        Cu        0.2～0.8

Al        0.1～0.2        RE        0.01～0.15

S            ≤0.035            P            ≤0.035

Fe余量。