CN104498814A

CN104498814A - 铬合金铸铁及其制备和处理方法

Info

Publication number: CN104498814A
Application number: CN201410798810.6A
Authority: CN
Inventors: 温维刚; 吴海平
Original assignee: HUAIBEI MINING MACHINERY PRODUCT CO Ltd
Current assignee: HUAIBEI MINING MACHINERY PRODUCT CO Ltd
Priority date: 2014-12-19
Filing date: 2014-12-19
Publication date: 2015-04-08

Abstract

本发明公开了一种铬合金铸铁及其制备和处理方法。铸铁由2.6～3.2wt％的碳、23～27wt％的铬、0.4～0.6wt％的硅、0.6～1.0wt％的锰、0.2～1.0wt％的镍、0.05～1.0wt％的铜、0.05～1.0wt％的钒、0.007～0.009wt％的钛、≤0.05wt％的硫、≤0.05wt％的磷和余量为铁组成；制备方法为先将上述除钛之外的原料混合后置于1450～1550℃下熔炼至少1h，得到熔融状物，再将熔融状物倒入其内放置有由18～22wt％的钒铁、8～12wt％的钛铁、58～62wt％的稀土硅铁合金、8～12wt％的玻璃粉和余量为水组成的复合变质剂的容器中，得到熔融状混合物，待其冷却后，制得铬合金铸铁；处理方法为对其铸件毛坯依次进行软化退火、机械加工成型、淬火、回火，冷却后得到高精度的产成品。它可广泛地用于对水泵叶轮、水泵护套和浓浆泵眼镜板等产品的精确制造。

Description

铬合金铸铁及其制备和处理方法

技术领域

本发明涉及一种铸铁及制备和处理方法，尤其是一种铬合金铸铁及其制备和处理方法。

背景技术

具有高硬度和高耐磨性的铬合金铸铁主要应用于铸造浇注的毛坯铸件，经铸造浇注成型的铬合金铸铁的铸件毛坯，其实际硬度常高达HRC50以上，远大于参照GB/T8263推荐的超高铬抗磨白口铸铁热处理退火后的硬度规定——HRC≤46。如此高的退火后硬度，使用常规的刀具来进行机械加工极为困难，即使使用如硬质合金及陶瓷等的特种刀具进行机械加工，也有着加工成本高、不便捷，甚至无法加工的难题。若将铸件毛坯经淬火回火热处理后直接应用，就存在着一些铸件的配合间隙过大，密封不好，易过早损坏的缺陷；如水泵的叶轮、护套及浓浆泵眼镜板等产成品，使高硬度的铬合金铸铁产品的应用受到了极大的限制。

近年来，为解决这一难题，人们关注的重点多在铬系白口铸铁的化学成分、合金化、造型浇注及其淬火回火工艺等的优化改进上，其虽取得了一些成效，但仍未从根本上解决问题，从而阻碍了铬系白口铸铁的推广应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种具有较高硬度和耐磨性的铬合金铸铁。

本发明要解决的另一个技术问题为提供一种上述铬合金铸铁的制备方法。

本发明要解决的又一个技术问题为提供一种上述铬合金铸铁的处理方法，以使其铸件毛坯既易于机械加工成型，又具有较高的硬度。

为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为：铬合金铸铁的组分及含量为：

为解决本发明的另一个技术问题，所采用的另一个技术方案为：上述铬合金铸铁的制备方法采用熔炼法，特别是完成步骤如下：

步骤1，先将组分及含量为2.6～3.2wt％的碳、23～27wt％的铬、0.4～0.6wt％的硅、0.6～1.0wt％的锰、0.2～1.0wt％的镍、0.05～1.0wt％的铜、0.05～1.0wt％的钒、≤0.05wt％的硫和≤0.05wt％的磷，以及余量为铁相混合，得到混合物，再将混合物置于1450～1550℃下熔炼至少1h，得到熔融状物；

步骤2，先按照重量百分比为18～22wt％：8～12wt％：58～62wt％：8～12wt％的比例将标号为V401的钒铁、FeTi40-A的钛铁和xt35的稀土硅铁合金以及玻璃粉混合，得到复合变质剂，再将熔融状物倒入其内放置有复合变质剂的容器中，其中，复合变质剂为熔融状物的0.3～0.5wt％，得到熔融状混合物；

步骤3，待熔融状混合物冷却后，制得铬合金铸铁。

作为铬合金铸铁的制备方法的进一步改进：

优选地，复合变质剂为颗粒状，其粒径为3～5mm。

优选地，冷却为将熔融状混合物于1450～1470℃下浇注至铸型中冷却。

为解决本发明的又一个技术问题，所采用的又一个技术方案为：上述铬合金铸铁的处理方法包括对其铸件毛坯的机械加工，特别是，

先将铸件毛坯依次分别置于220±5℃下60±5min、240±5℃下60±5min、260±5℃下60±5min、280±5℃下60±5min、300±5℃下60±5min、350±5℃下120±5min、450±5℃下120±5min、500±5℃下120±5min、550±5℃下120±5min、600±5℃下120±5min、650±5℃下120±5min、750±5℃下60±5min、850±5℃下60±5min和1020±5℃下180±5min软化退火，再将其冷却至室温，得到软化的铸件毛坯；

之后，对软化的铸件毛坯进行机械加工，得到成型的铸件工件；

最后，先将成型的铸件工件依次分别置于220±5℃下120±5min、420±5℃下120±5min、650±5℃下180±5min、850±5℃下120±5min和1050±5℃下180±5min加热后，置于淬火液中淬火，其中，淬火液为0.3～0.8wt％的三乙醇胺、30.5～31.5wt％的聚醚、4.5～5.5wt％的亚硝酸钠、8～10wt％的泡花碱和余量为水的混合液，再将其置于200±5℃下120±5min回火后冷却，获得铬合金铸铁的产成品。

作为铬合金铸铁的处理方法的进一步改进：

优选地，淬火液的pH值为9～11、比重为1.09±0.02。

优选地，铸件毛坯为水泵叶轮，或水泵护套，或浓浆泵眼镜板。

相对于现有技术的有益效果是：

其一，对制得的铬合金铸铁进行表征，由其结果可知，铬合金铸铁的洛氏硬度HRC≥63。这种经优化整合后的合金成分，使铬合金铸铁既有着较高的硬度，又保持了较好的韧性。

其二，制备方法简单、高效，复合变质剂的后续加入提高了冶金的质量并强化了基体的组织结构，为制得具有较高硬度和耐磨性的铬合金铸铁奠定了基础。

其三，处理方法科学、有效。将具有较高硬度的铬合金铸铁的铸件毛坯经多阶段加热及接近于平衡状态冷却方式的软化退火热处理工艺后，改变了铸件毛坯组织的形态，使其洛氏硬度仅为29.5HRC，解决了铬合金铸铁的铸件毛坯无法使用常规刀具进行机械加工的难题，保证了铬合金铸铁产成品配件的配合间隙。对机械加工后成型的铸件工件再进行分段加热、保温，迅速放入配制的淬火液中冷却，取出后再经低温回火的工艺，确保了成型的铸件工件能获得高硬度及合适的耐冲击性能，经检测，其硬度为64HRC、常温冲击值A_k≥5J。

将铬合金铸铁应用于输送高含固量浓稠浆料的液压注塞浓浆泵的眼睛板产品，经与现有的硬质合金镶块的眼睛板铸件相对比，以每天运行24小时计算，实际使用高达12个月，即较硬质合金镶块的眼睛板铸件的使用寿命提高了3倍以上。

本发明可广泛地应用于既有高硬度要求，也有配合精度要求的耐磨件铸件产品，尤为适用于流体的冲刷、固体颗粒的凿削损伤以及弱酸腐蚀破坏环境中的铸件产品，如水泵叶轮、水泵护套和浓浆泵眼镜板等产品的精确制造。

附图说明

图1是本发明处理方法中软化退火热处理工艺的一种示意图。

图2是铬合金铸铁经软化退火热处理工艺后的组织结构图，由其可看出，其组织结构为共晶碳化物+珠光体。

图3是本发明处理方法中淬火热处理工艺的一种示意图。

图4是本发明处理方法中回火热处理工艺的一种示意图。

图5是铬合金铸铁经软化退火热处理工艺、淬火热处理工艺和回火热处理工艺后的组织结构图，由其可看出，其组织结构为共晶碳化物+二次碳化物+马氏体+残留奥氏体。

图6是本发明应用于具体产品——浓浆泵眼镜板的一种外形结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选方式作进一步详细的描述。

实施例1

制备的具体步骤为：

步骤1，先将组分及含量为2.6wt％的碳、27wt％的铬、0.4wt％的硅、1wt％的锰、0.2wt％的镍、1.0wt％的铜、0.05wt％的钒、0.03wt％的硫和0.05wt％的磷，以及余量为铁相混合，得到混合物，再将混合物置于1450℃下熔炼1.4h，得到熔融状物。

步骤2，先按照重量百分比为18wt％：12wt％：58wt％：12wt％的比例将标号为V401的钒铁、FeTi40-A的钛铁和xt35的稀土硅铁合金以及玻璃粉混合，得到复合变质剂；其中，复合变质剂为颗粒状，其粒径为3mm。再将熔融状物倒入其内放置有复合变质剂的容器中，其中，复合变质剂为熔融状物的0.3wt％，得到熔融状混合物。

步骤3，将熔融状混合物于1450℃下浇注至铸型中冷却，制得铬合金铸铁。

实施例2

制备的具体步骤为：

步骤1，先将组分及含量为2.7wt％的碳、26t％的铬、0.45wt％的硅、0.9wt％的锰、0.4wt％的镍、0.5wt％的铜、0.08wt％的钒、0.35wt％的硫和0.45wt％的磷，以及余量为铁相混合，得到混合物，再将混合物置于1475℃下熔炼1.3h，得到熔融状物。

步骤2，先按照重量百分比为19wt％：11wt％：59wt％：11wt％的比例将标号为V401的钒铁、FeTi40-A的钛铁和xt35的稀土硅铁合金以及玻璃粉混合，得到复合变质剂；其中，复合变质剂为颗粒状，其粒径为3.5mm。再将熔融状物倒入其内放置有复合变质剂的容器中，其中，复合变质剂为熔融状物的0.35wt％，得到熔融状混合物。

步骤3，将熔融状混合物于1455℃下浇注至铸型中冷却，制得铬合金铸铁。

实施例3

制备的具体步骤为：

步骤1，先将组分及含量为2.9wt％的碳、25wt％的铬、0.5wt％的硅、0.8wt％的锰、0.6wt％的镍、0.1wt％的铜、0.1wt％的钒、0.04wt％的硫和0.04wt％的磷，以及余量为铁相混合，得到混合物，再将混合物置于1500℃下熔炼1.2h，得到熔融状物。

步骤2，先按照重量百分比为20wt％：10wt％：60wt％：10wt％的比例将标号为V401的钒铁、FeTi40-A的钛铁和xt35的稀土硅铁合金以及玻璃粉混合，得到复合变质剂；其中，复合变质剂为颗粒状，其粒径为4mm。再将熔融状物倒入其内放置有复合变质剂的容器中，其中，复合变质剂为熔融状物的0.4wt％，得到熔融状混合物。

步骤3，将熔融状混合物于1460℃下浇注至铸型中冷却，制得铬合金铸铁。

实施例4

制备的具体步骤为：

步骤1，先将组分及含量为3wt％的碳、24wt％的铬、0.55wt％的硅、0.7wt％的锰、0.8wt％的镍、0.08wt％的铜、0.5wt％的钒、0.45wt％的硫和0.35wt％的磷，以及余量为铁相混合，得到混合物，再将混合物置于1525℃下熔炼1.1h，得到熔融状物。

步骤2，先按照重量百分比为21wt％：9wt％：61wt％：9wt％的比例将标号为V401的钒铁、FeTi40-A的钛铁和xt35的稀土硅铁合金以及玻璃粉混合，得到复合变质剂；其中，复合变质剂为颗粒状，其粒径为4.5mm。再将熔融状物倒入其内放置有复合变质剂的容器中，其中，复合变质剂为熔融状物的0.45wt％，得到熔融状混合物。

步骤3，将熔融状混合物于1465℃下浇注至铸型中冷却，制得铬合金铸铁。

实施例5

制备的具体步骤为：

步骤1，先将组分及含量为3.2wt％的碳、23wt％的铬、0.6wt％的硅、0.6wt％的锰、1.0wt％的镍、0.05wt％的铜、1.0wt％的钒、0.05wt％的硫和0.03wt％的磷，以及余量为铁相混合，得到混合物，再将混合物置于1550℃下熔炼1h，得到熔融状物。

步骤2，先按照重量百分比为22wt％：8wt％：62wt％：8wt％的比例将标号为V401的钒铁、FeTi40-A的钛铁和xt35的稀土硅铁合金以及玻璃粉混合，得到复合变质剂；其中，复合变质剂为颗粒状，其粒径为5mm。再将熔融状物倒入其内放置有复合变质剂的容器中，其中，复合变质剂为熔融状物的0.5wt％，得到熔融状混合物。

步骤3，将熔融状混合物于1470℃下浇注至铸型中冷却，制得铬合金铸铁。

铬合金铸铁的处理方法为，

先将铸件毛坯依次分别置于220±5℃下60±5min、240±5℃下60±5min、260±5℃下60±5min、280±5℃下60±5min、300±5℃下60±5min、350±5℃下120±5min、450±5℃下120±5min、500±5℃下120±5min、550±5℃下120±5min、600±5℃下120±5min、650±5℃下120±5min、750±5℃下60±5min、850±5℃下60±5min和1020±5℃下180±5min软化退火；其中，铸件毛坯为如图6所示的浓浆泵眼镜板(也可为水泵叶轮或水泵护套)。再将其冷却至室温，得到软化的铸件毛坯；其组织结构如图2所示。

之后，对软化的铸件毛坯进行机械加工，得到成型的铸件工件

最后，先将成型的铸件工件依次分别置于220±5℃下120±5min、420±5℃下120±5min、650±5℃下180±5min、850±5℃下120±5min和1050±5℃下180±5min加热后，置于淬火液中淬火；其中，淬火液为0.3～0.8wt％的三乙醇胺、30.5～31.5wt％的聚醚、4.5～5.5wt％的亚硝酸钠、8～10wt％的泡花碱和余量为水的混合液，其pH值为9～11、比重为1.09±0.02。再将其置于200±5℃下120±5min回火后冷却，获得浓浆泵眼镜板的产成品；其组织结构如图5所示。

无论是对铬合金铸铁的铸件毛坯进行软化退火热处理，还是对成型的铸件工件进行淬火和低温回火，只要在上述的温度和时间内，以及组成淬火液的各原料的组分和含量内，均可实现铬合金铸铁的软化和再次硬化之目的。

显然，本领域的技术人员可以对本发明的铬合金铸铁及其制备和处理方法进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种铬合金铸铁，其组分及含量为：

2.一种权利要求1所述铬合金铸铁的制备方法，采用熔炼法，其特征在于完成步骤如下：

步骤3，待熔融状混合物冷却后，制得铬合金铸铁。

3.根据权利要求2所述的铬合金铸铁的制备方法，其特征是复合变质剂为颗粒状，其粒径为3～5mm。

4.根据权利要求2所述的铬合金铸铁的制备方法，其特征是冷却为将熔融状混合物于1450～1470℃下浇注至铸型中冷却。

5.一种权利要求1所述铬合金铸铁的处理方法，包括对其铸件毛坯的机械加工，其特征在于：

6.根据权利要求5所述的铬合金铸铁的处理方法，其特征是淬火液的pH值为9～11、比重为1.09±0.02。

7.根据权利要求5所述的铬合金铸铁的处理方法，其特征是铸件毛坯为水泵叶轮，或水泵护套，或浓浆泵眼镜板。