CN105755363A - 一种钨钛铬铸铁及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种钨钛铬铸铁由以下成分及质量百分含量组成：C：3.7～4.3%，Cr：0.5～1.5%，Si：2.2～2.8%，Mn：1.0～1.5%，Ti：0.05～1.0%，W：0.1～2.0%，Mg：0.025～0.045%，Ca：0.02～0.04%，Al：0.020～0.04%，RE：0.1～0.3%，S＜0.01%，P＜0.02%，余量Fe及不可避免的杂质元素。所述制备方法以下步骤组成：熔炼生铁、铬铁、锰铁和硅铁，熔炼温度1450～1500℃；铁水包底加入球化剂稀土镁硅铁，同时加入孕育剂硅铁，当铁水温度1300～1350℃时浇入铸型中，经凝固、冷却即获得铸铁铸件；将铸件进行热处理。采用本发明的合金成分及其制备方法可获得强韧耐磨兼备的钨钛铬铸铁。

Description

一种钨钛铬铸铁及其制备方法
技术领域
本发明涉及铸铁及其制备方法，尤其涉及一种钨钛铬铸铁及其制备方法。
背景技术
铸铁通过合金化元素及其适宜的热处理工艺，获得强韧性好的马氏体、贝氏体、奥氏体基体及其上分布高硬度碳化物组织，从而可替代高锰钢、合金钢、高铬铸铁广泛应用于电力、建材、冶金、矿山等耐磨配件，前景广阔。但目前铸铁合金化元素多采用Cr、W等复合或单独加入，基体中形成Cr、W碳化物，可大幅度提高铸铁硬度，铸铁铸件耐磨性提高，但Cr、W碳化物呈骨骼状、多角状、网状分布，割裂基体，降低合金化铸铁强韧性，限制其应用范围。因此，需要开发新型合金化铸铁及其制备方法，使其兼具高的强韧性和耐磨性，扩大球铸铁应用范围。
CN104651709A公开了一种可提高铸铁耐高温、耐磨性能的球磨铸铁，按以下重量百分组成，碳1～2、铬2～3、锰3～6、硅1.2～1.5、钒0.1～0.5、硼0.05～0.1、钨0.5～0.8、镁0.03～0.04、铝0.003～0.004、铜0.6～0.8、磷0.3～0.4，低于0.1%的杂质，余量为铁，该发明以球墨铸铁为主要成分，能够以低成本制造高温强度和耐氧化性且具有优良的延性的球墨铸铁，降低了企业的生产成本，提高了生产效率，有效地提高了铸铁的使用寿命。
CN104233051A公开了一种含碳化物奥铁体球墨铸铁及其制备方法，球墨铸铁组成及质量百分含量为：C：3.10～3.60；Si：2.50～3.50；Mn：0.4～1.2；P≤0.040；S≤0.008；Mg：0.02～0.04；RE：0.02～0.045；Cr：0.30～1.80；V：0.19～0.60；余量为铁。其制备方法步骤如下：熔炼：配制原料，加热熔炼；将VNCR-80稀土镁球化剂置于包底凹槽，放置VI-370硅钡合金孕育剂，球化孕育后即制得铁液；将铁液浇注在砂型型腔中，冷却后即制备含碳化物和石墨球的珠光体基体球墨铸铁；将珠光体基体球墨铸铁放入加热至250～300℃的45%KNO3+55%NaNO3熔盐中，保温1.5～3.0小时后，再冷却至常温。该发明的球墨铸铁是一种硬度高，强度高，韧性和耐磨性能好的含碳化物奥铁体球墨铸铁。
发明内容
本发明目的是提供一种具有强韧性和耐磨性的钨钛铬铸铁。
本发明的另一个目的是提供一种所述钨钛铬铸铁的制备方法。
本发明所述的钨钛铬铸铁由以下成分及质量百分含量组成：C：3.7～4.3%，Cr：0.5～1.5%，Si：2.2～2.8%，Mn：1.0～1.5%，Ti：0.05～1.0%，W：0.1～2.0%，Mg：0.025～0.045%，Ca：0.02～0.04%，Al：0.020～0.04%，RE：0.1～0.3%，S＜0.01%，P＜0.02%，余量Fe及不可避免的杂质元素。
优选的钨钛铬铸铁的成分及质量百分比组成：C：3.9～4.1%，Cr：0.8～1.2%，Si：2.4～2.6%，Mn：1.2～1.4%，Ti：0.08～0.8%，W：0.16～1.6%，Mg：0.03～0.04%，Ca：0.025～0.035%，Al：0.025～0.04%，RE：0.15～0.25%，S＜0.01%，P＜0.02%，余量Fe及不可避免的杂质元素。
最佳的钨钛铬铸铁的成分及质量百分比组成：C：4.0%，Cr：1.0%，Si：2.5%，Mn：1.3%，Ti：0.5%，W：1.0%，Mg：0.035%，Ca：0.03%，Al：0.03%，RE：0.2%，S＜0.01%，P＜0.02%，余量Fe及不可避免的杂质元素。
本发明的钨钛铬铸铁制备方法由以下步骤组成：
1）熔炼生铁、铬铁、锰铁和硅铁，熔炼温度1450～1500℃，用硅钙、铝预脱氧，加入钛铁、钨铁，抽真空至真空度80～100Pa；
2）铁水包底加入0.12%球化剂稀土镁硅铁，将铁水倒入包中，同时加入0.15%孕育剂硅铁，当铁水温度1300～1350℃时浇入铸型中，经凝固、冷却即获得铸铁铸件；
3）热处理方法：将铸件加热到960～1000℃保温3～5小时，炉冷到800～840℃保温3～5小时，吹风冷却到350～400℃放入250～320℃保温1～3小时，出炉空冷，放入200～250℃保温6～10小时。
所述球化剂稀土镁硅铁的成分及质量百分含量为：RE：0.5～2.0%、Mg：5～12%、Si≤40%、Ca＜5%，余量为Fe。
所述孕育剂硅铁的成分及质量百分含量为：Si：70～79%、Ca：0.5～1.0%，余量为Fe。
C、Si是铸铁材料基本元素，是获得球状石墨所必须的，由于本发明含Cr、W、Ti碳化物形成元素，要消耗部分C，所以较高。
Mn主要提高铸铁淬透性，同时提高其强度和硬度，但太高易偏聚，降低球墨铸铁件韧性；
Cr、W、Ti是碳化物形成元素，提高铸件硬度及耐磨性，但单独或复合Cr、W，形成的碳化物呈骨骼状、多角状、网状，严重影响铸铁件韧性，通过Ti在铸件凝固过程中优先形核，形成TiC核心，可作为Cr、W碳化物结晶核心，优化Cr、W碳化物形态，改善铸铁件韧性。
本发明采用预脱氧及真空熔炼方法为了使铸铁铸件获得好的冶金质量，以提高其强韧性，采用1300～1350℃浇铸温度，有利于铸件组织细化，进一步提高强韧性。
热处理采用将铸件加热到960～1000℃保温3～5小时，在于消除偏析，使成分、组织均匀；吹风冷却到350～400℃，为了避开珠光体转变温度点，避免产生珠光体组织，在随后250～320℃保温1～3小时后获得贝氏体组织，出炉空冷过程中未转变奥氏体转变成马氏体，到室温还存在未转变残余奥氏体，在200～250℃保温6～10小时可部分消除残余应力。通过上述热处理工艺铸铁铸件基体获得马氏体、贝氏体、奥氏体组织。
采用本发明的成分及其制备方法可获得强韧耐磨兼备的钨钛铬铸铁。
具体实施方式
实施例1
本实施例的铸铁成分及质量百分比：C：4.0%，Cr：1.0%，Si：2.5%，Mn：1.3%，Ti：0.5%，W：1.0%，Mg：0.035%，Ca：0.03%，Al：0.03%，RE：0.20%，S＜0.01%，P＜0.02%，余量Fe及不可避免的杂质元素。
炉中加入生铁、铬铁、锰铁和硅铁，熔炼温度1480℃，用硅钙、铝预脱氧，加入钛铁、钨铁，抽真空至真空度90Pa；铁水包底加入0.12%球化剂稀土镁硅铁，将铁水倒入包中，同时加入0.15%孕育剂硅铁，当铁水温度1340℃时浇入铸型中，经凝固、冷却即获得铸铁铸件；热处理方法：将铸件加热到980℃保温4小时，炉冷到820℃保温4小时，空冷到380℃放入280℃保温1.5小时，出炉空冷，放入220℃保温8小时。
实施例2
本实施例的铸铁成分及质量百分比：C：0.2%，Cr：1.2%，Si：2.6%，Mn：1.4%，Ti：0.6%，W：1.2%，Mg：0.035%，Ca：0.03%，Al：0.03%，RE：0.28%，S＜0.01%，P＜0.02%，余量Fe及不可避免的杂质元素。
炉中加入生铁、铬铁、锰铁和硅铁，熔炼温度1470℃，用硅钙、铝预脱氧，加入钛铁、钨铁，抽真空至真空度85Pa；铁水包底加入0.12%球化剂稀土镁硅铁，将铁水倒入包中，同时加入0.15%孕育剂硅铁，当铁水温度1320℃时浇入铸型中，经凝固、冷却即获得铸铁铸件；热处理方法：将铸件加热到990℃保温4小时，炉冷到810℃保温4小时，空冷到370℃放入260℃保温1.5小时，出炉空冷，放入230℃保温8小时。
实施例3
本实施例的铸铁成分及质量百分比：C：3.8%，Cr：0.8%，Si：2.3%，Mn：1.2%，Ti：0.7%，W：1.4%，Mg：0.035%，Ca：0.03%，Al：0.03%，RE：0.16%，S＜0.01%，P＜0.02%，余量Fe及不可避免的杂质元素。
炉中加入生铁、铬铁、锰铁和硅铁，熔炼温度1490℃，用硅钙、铝预脱氧，加入钛铁、钨铁，抽真空至真空度95Pa；铁水包底加入0.12%球化剂稀土镁硅铁，将铁水倒入包中，同时加入0.15%孕育剂硅铁，当铁水温度1340℃时浇入铸型中，经凝固、冷却即获得铸铁铸件；热处理方法：将铸件加热到970℃保温4小时，炉冷到830℃保温4小时，空冷到360℃放入300℃保温1.5小时，出炉空冷，放入210℃保温8小时。
实施例的钨钛铬铸铁的力学性能见表1。
表1本发明实施例的钨钛铬铸铁力学性能
*相对耐磨性：以珠光体球墨铸铁磨损量作为参照基数，其它材料磨损量与其对比，数字越大耐磨性越高。

Claims (6)

1.一种钨钛铬铸铁，其特征在于由以下成分及质量百分含量组成：C：3.7～4.3%，Cr：0.5～1.5%，Si：2.2～2.8%，Mn：1.0～1.5%，Ti：0.05～1.0%，W：0.1～2.0%，Mg：0.025～0.045%，Ca：0.02～0.04%，Al：0.020～0.04%，RE：0.1～0.3%，S＜0.01%，P＜0.02%，余量Fe及不可避免的杂质元素。
2.根据权利要求1所述的钨钛铬铸铁，其特征在于由以下成分及质量百分含量组成：C：3.9～4.1%，Cr：0.8～1.2%，Si：2.4～2.6%，Mn：1.2～1.4%，Ti：0.08～0.8%，W：0.16～1.6%，Mg：0.03～0.04%，Ca：0.025～0.035%，Al：0.025～0.04%，RE：0.15～0.25%，S＜0.01%，P＜0.02%，余量Fe及不可避免的杂质元素。
3.根据权利要求1所述的钨钛铬铸铁，其特征在于由以下成分及质量百分含量组成：C：4.0%，Cr：1.0%，Si：2.5%，Mn：1.3%，Ti：0.5%，W：1.0%，Mg：0.035%，Ca：0.03%，Al：0.03%，RE：0.2%，S＜0.01%，P＜0.02%，余量Fe及不可避免的杂质元素。
4.权利要求1所述的钨钛铬铸铁的制备方法，其特征在于由以下步骤组成：
1）熔炼生铁、铬铁、锰铁和硅铁，熔炼温度1450～1500℃，加入钛铁、钨铁，抽真空至真空度80～100Pa；
2）铁水包底加入0.12%球化剂稀土镁硅铁，将铁水倒入包中，同时加入0.15%孕育剂硅铁，当铁水温度1300～1350℃时浇入铸型中，经凝固、冷却即获得铸铁铸件；
3）热处理方法：将铸件加热到960～1000℃保温3～5小时，炉冷到800～840℃保温3～5小时，吹风冷却到350～400℃放入250～320℃保温1～3小时，出炉空冷，放入200～250℃保温6～10小时。
5.权利要求4所述的钨钛铬铸铁的制备方法，其特征在于所述球化剂稀土镁硅铁的成分及质量百分含量为：RE：0.5～2.0%、Mg：5～12%、Si≤40%、Ca＜5%，余量为Fe。
6.权利要求4所述的钨钛铬铸铁的制备方法，其特征在于所述孕育剂硅铁的成分及质量百分含量为：Si：70～79%、Ca：0.5～1.0%，余量为Fe。
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