CN105838972A - 一种含碳化物的奥氏体球墨铸铁及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含碳化物的奥氏体球墨铸铁，含有以下百分比含量的元素成分：C 3.0‑3.7％、Si 2.7‑3.2％、Mn 1.0‑1.5％、Nb 0.2‑0.3％、Ni 0.2‑0.4％、V 0.2‑0.3％、Mg 0.02‑0.04％、RE 0.02‑0.045％，余量为Fe及不可避免的杂质，本发明还公开了一种含碳化物的奥氏体球墨铸铁的制备方法，包括熔炼、球化孕育、浇注、热处理等步骤，经等温油淬处理工艺得到了贝氏体为主+残余奥氏体+少量马氏体的基体组织，且组织分布均匀，进一步提高CADI的力学性能，具有很好的韧性、硬度和耐磨损性能，且生产制备工艺简单。

Description

一种含碳化物的奥氏体球墨铸铁及其制备方法
技术领域
本发明涉及冶金铸造领域，具体涉及一种含碳化物的奥氏体球墨铸铁及其制备方法。
背景技术
在当前高度发达的社会中，耐磨材料的消耗量巨大，据统计仅中国每年消耗的金属耐磨材料约达300万吨以上，如果通过利用摩擦磨损理论防止和减缓磨损的发生，则每年可节约超过140亿美元。金属耐磨材料主要分为锰钢系列、耐磨合金钢系列、高铬铸铁系列等，根据成本和使用环境要求的不同，可选择不同的金属耐磨材料。如在矿石和冶金行业广泛应用的锤头，采用的是ZGMn13Cr2高锰铸钢，通过利用冲击载荷作用产生的冷变形，使锤头得到强化，从而提高锤头的耐磨性保证其使用寿命。然而这种材料在低冲击载荷或无冲击作用的环境下，则体现不出该铸钢的优越性，也不适用于这种低冲击(或无冲击)的环境。类似的还有的65Mn钢，其在农用机械的易磨损件中大量使用。近年发展了一种高性能球墨铸铁：含碳化物的等温淬火球墨铸铁(Carbidicaustemperedductileiron，简称CADI)，因其含有特殊的微观组织：石墨球、奥铁体和碳化物，从而具有优良的耐磨性能，同时还有一定的冲击韧性，此外CADI材料的成本较低。在冲击载荷低(或无冲击)的条件下可以充分发挥其耐磨性能，如CADI用于制备犁铧和衬板等，在农机、冶金矿山行业得到了应用。随着工作强度的加大，对CADI材料的耐磨性提出了更高的要求，同时还要求具有更好的冲击韧性，以保证在高强度作业时不发生断裂事件。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含碳化物的奥氏体球墨铸铁及其制备方法，制得球墨铸铁具有很好的冲击韧性、耐磨性和硬度。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种含碳化物的奥氏体球墨铸铁，含有以下百分比含量的元素成分：C 3.0-3.7％、Si 2.7-3.2％、Mn 1.0-1.5％、Nb 0.2-0.3％、Ni 0.2-0.4％、V 0.2-0.3％、Mg 0.02-0.04％、RE 0.02-0.045％，余量为Fe及不可避免的杂质。
优选地，还含有Cu 0.25-0.45％。
优选地，还含有Mo 0.2-0.3％。
含碳化物的奥氏体球墨铸铁的制备方法，包括以下步骤：
1)熔炼：将回炉铁、废钢、生铁、增碳剂、镍铁加入到中频感应炉中升温至1200-1250℃，保持5-10min，再升温至1480-1520℃进行熔融，调质，得到原铁液，出炉；
2)球化孕育：采用包内冲入法进行球化孕育处理，将低稀土镁硅铁合金球化剂置于球化包包底凹槽下层，上层放置部分铁硅合金孕育剂，将球化包置于振动机上的振动台板上，将原铁液浇入到球化包中时开启振动机，浇入过程中随流加入碳化铌纳米细粉和部分孕育剂；
3)浇注：将剩下的孕育剂放入型腔中，将处理后的原铁液浇注到砂型型腔中，冷却得球墨铸铁；
4)热处理：将冷却后的球墨铸铁加热到500-550℃，保持0.5-1h，再升温至880-910℃，保温2-4h，然后放入油浴中进行淬火，淬火后球墨铸铁表面温度控制在260-300℃，快速送入保温炉中保温2-3h，取出，冷却至室温，得含碳化物的奥氏体球墨铸铁。
优选地，所述球化孕育处理温度为1450-1480℃。
优选地，所述浇注温度为1300-1330℃。
优选地，所述孕育剂三次添加量质量比为1:1:1。
本发明有益效果：本发明在浇注过程中随流加入碳化铌，在铁水中形成许多细小的碳化物晶核，并且含有的V元素也易于形成硬度较高的V的碳化物，和石墨球相互制约，使得碳化物尺寸和石墨球直径均减小，多次孕育能很好的促进石墨化，并改善石墨形态，细化基体组织，增加共晶团数量，球化孕育过程中振动操作使得碳化物和石墨球均匀分散在基体中，提高其均匀性和稳定性，使得CADI的强度、韧性、硬度和耐磨性同时提高，等温油淬处理工艺之后得到了贝氏体为主+残余奥氏体+少量马氏体的基体组织，且组织分布均匀，进一步提高CADI的力学性能，具有很好的韧性、硬度和耐磨损性能，且生产制备工艺简单。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种含碳化物的奥氏体球墨铸铁，含有以下百分比含量的元素成分：C 3.5％、Si 3.0％、Mn 1.3％、Nb 0.25％、Ni 0.3％、V 0.25％、Mg 0.03％、RE 0.03％，余量为Fe及不可避免的杂质。
含碳化物的奥氏体球墨铸铁的制备方法，包括以下步骤：
1)熔炼：将回炉铁、废钢、生铁、增碳剂、镍铁加入到中频感应炉中升温至1230℃，保持6min，再升温至1500℃进行熔融，调质，得到原铁液，出炉；
2)球化孕育：采用包内冲入法进行球化孕育处理，将低稀土镁硅铁合金球化剂置于球化包包底凹槽下层，上层放置1/3的铁硅合金孕育剂，将球化包置于振动机上的振动台板上，将原铁液浇入到球化包中时开启振动机，浇入过程中随流加入碳化铌纳米细粉和1/3孕育剂，球化孕育处理温度为1460℃；
3)浇注：将剩下孕育剂放入型腔中，将处理后的原铁液浇注到砂型型腔中，浇注温度为1320℃，冷却得球墨铸铁；
4)热处理：将冷却后的球墨铸铁加热到520℃，保持40min，再升温至900℃，保温3h，然后放入油浴中进行淬火，淬火后球墨铸铁表面温度控制在280℃，快速送入保温炉中保温2.5h，取出，冷却至室温，得含碳化物的奥氏体球墨铸铁。
实施例2：
一种含碳化物的奥氏体球墨铸铁，含有以下百分比含量的元素成分：C 3.0％、Si 3.2％、Mn 1.0％、Nb 0.3％、Ni 0.2％、V 0.3％、Mg 0.02％、RE 0.045％，余量为Fe及不可避免的杂质。
含碳化物的奥氏体球墨铸铁的制备方法，包括以下步骤：
1)熔炼：将回炉铁、废钢、生铁、增碳剂、镍铁加入到中频感应炉中升温至1200℃，保持10min，再升温至1480℃进行熔融，调质，得到原铁液，出炉；
2)球化孕育：采用包内冲入法进行球化孕育处理，将低稀土镁硅铁合金球化剂置于球化包包底凹槽下层，上层放置1/3的铁硅合金孕育剂，将球化包置于振动机上的振动台板上，将原铁液浇入到球化包中时开启振动机，浇入过程中随流加入碳化铌纳米细粉和1/3孕育剂，球化孕育处理温度为1450℃；
3)浇注：将剩下孕育剂放入型腔中，将处理后的原铁液浇注到砂型型腔中，浇注温度为1300℃，冷却得球墨铸铁；
4)热处理：将冷却后的球墨铸铁加热到500℃，保持0.5h，再升温至880℃，保温2h，然后放入油浴中进行淬火，淬火后球墨铸铁表面温度控制在260℃，快速送入保温炉中保温2h，取出，冷却至室温，得含碳化物的奥氏体球墨铸铁。
实施例3：
一种含碳化物的奥氏体球墨铸铁，含有以下百分比含量的元素成分：C 3.7％、Si 2.7％、Mn 1.5％、Nb 0.2％、Ni 0.4％、V 0.2％、Mg 0.04％、RE 0.02％，余量为Fe及不可避免的杂质。
含碳化物的奥氏体球墨铸铁的制备方法，包括以下步骤：
1)熔炼：将回炉铁、废钢、生铁、增碳剂、镍铁加入到中频感应炉中升温至1250℃，保持5min，再升温至1520℃进行熔融，调质，得到原铁液，出炉；
2)球化孕育：采用包内冲入法进行球化孕育处理，将低稀土镁硅铁合金球化剂置于球化包包底凹槽下层，上层放置1/3的铁硅合金孕育剂，将球化包置于振动机上的振动台板上，将原铁液浇入到球化包中时开启振动机，浇入过程中随流加入碳化铌纳米细粉和1/3孕育剂，球化孕育处理温度为1480℃；
3)浇注：将剩下孕育剂放入型腔中，将处理后的原铁液浇注到砂型型腔中，浇注温度为1330℃，冷却得球墨铸铁；
4)热处理：将冷却后的球墨铸铁加热到550℃，保持1h，再升温至910℃，保温2h，然后放入油浴中进行淬火，淬火后球墨铸铁表面温度控制在300℃，快速送入保温炉中保温2h，取出，冷却至室温，得含碳化物的奥氏体球墨铸铁。
实施例4：
一种含碳化物的奥氏体球墨铸铁，含有以下百分比含量的元素成分：C 3.6％、Si 2.8％、Mn 1.2％、Nb 0.3％、Ni 0.25％、V 0.3％、Mg 0.025％、RE 0.03％、Cu 0.30％，余量为Fe及不可避免的杂质。
含碳化物的奥氏体球墨铸铁的制备方法，包括以下步骤：
1)熔炼：将回炉铁、废钢、生铁、增碳剂、镍铁加入到中频感应炉中升温至1220℃，保持7min，再升温至1510℃进行熔融，调质，得到原铁液，出炉；
2)球化孕育：采用包内冲入法进行球化孕育处理，将低稀土镁硅铁合金球化剂置于球化包包底凹槽下层，上层放置1/3的铁硅合金孕育剂，将球化包置于振动机上的振动台板上，将原铁液浇入到球化包中时开启振动机，浇入过程中随流加入碳化铌纳米细粉和1/3孕育剂，球化孕育处理温度为1460℃；
3)浇注：将剩下孕育剂放入型腔中，将处理后的原铁液浇注到砂型型腔中，浇注温度为1320℃，冷却得球墨铸铁；
4)热处理：将冷却后的球墨铸铁加热到520℃，保持1h，再升温至900℃，保温3h，然后放入油浴中进行淬火，淬火后球墨铸铁表面温度控制在290℃，快速送入保温炉中保温2.5h，取出，冷却至室温，得含碳化物的奥氏体球墨铸铁。
实施例5：
一种含碳化物的奥氏体球墨铸铁，含有以下百分比含量的元素成分：C 3.5％、Si 3.1％、Mn 1.2％、Nb 0.3％、Ni 0.3％、V 0.2％、Mg 0.025％、RE 0.035％、Cu 0.35％、Mo 0.25％，余量为Fe及不可避免的杂质。
含碳化物的奥氏体球墨铸铁的制备方法，包括以下步骤：
1)熔炼：将回炉铁、废钢、生铁、增碳剂、镍铁加入到中频感应炉中升温至1220℃，保持6min，再升温至1500℃进行熔融，调质，得到原铁液，出炉；
2)球化孕育：采用包内冲入法进行球化孕育处理，将低稀土镁硅铁合金球化剂置于球化包包底凹槽下层，上层放置1/3的铁硅合金孕育剂，将球化包置于振动机上的振动台板上，将原铁液浇入到球化包中时开启振动机，浇入过程中随流加入碳化铌纳米细粉和1/3孕育剂，球化孕育处理温度为1460℃；
3)浇注：将剩下孕育剂放入型腔中，将处理后的原铁液浇注到砂型型腔中，浇注温度为1310℃，冷却得球墨铸铁；
4)热处理：将冷却后的球墨铸铁加热到520℃，保持40min，再升温至890℃，保温3h，然后放入油浴中进行淬火，淬火后球墨铸铁表面温度控制在280℃，快速送入保温炉中保温2.5h，取出，冷却至室温，得含碳化物的奥氏体球墨铸铁。
对本发明实施例1-5制备的含碳化物的奥氏体球墨铸铁进行性能检测试验，试验结果如下：
表1 含碳化物的奥氏体球墨铸铁性能指标
从表中可以看出，实施例1-5中的奥氏体球墨铸铁的硬度、冲击韧性和抗拉强度等性能优异。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种含碳化物的奥氏体球墨铸铁，其特征在于，含有以下百分比含量的元素成分：C 3.0-3.7％、Si 2.7-3.2％、Mn 1.0-1.5％、Nb 0.2-0.3％、Ni 0.2-0.4％、V 0.2-0.3％、Mg 0.02-0.04％、RE 0.02-0.045％，余量为Fe及不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的含碳化物的奥氏体球墨铸铁，其特征在于，还含有Cu 0.25-0.45％。
3.如权利要求2所述的含碳化物的奥氏体球墨铸铁，其特征在于，还含有Mo 0.2-0.3％。
4.如权利要求1-3任一所述的含碳化物的奥氏体球墨铸铁的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)熔炼：将回炉铁、废钢、生铁、增碳剂、镍铁加入到中频感应炉中升温至1200-1250℃，保持5-10min，再升温至1480-1520℃进行熔融，调质，得到原铁液，出炉；
2)球化孕育：采用包内冲入法进行球化孕育处理，将低稀土镁硅铁合金球化剂置于球化包包底凹槽下层，上层放置部分铁硅合金孕育剂，将球化包置于振动机上的振动台板上，将原铁液浇入到球化包中时开启振动机，浇入过程中随流加入碳化铌纳米细粉和部分孕育剂；
3)浇注：将剩下的孕育剂放入型腔中，将处理后的原铁液浇注到砂型型腔中，冷却得球墨铸铁；
4)热处理：将冷却后的球墨铸铁加热到500-550℃，保持0.5-1h，再升温至880-910℃，保温2-4h，然后放入油浴中进行淬火，淬火后球墨铸铁表面温度控制在260-300℃，快速送入保温炉中保温2-3h，取出，冷却至室温，得含碳化物的奥氏体球墨铸铁。
5.如权利要求4所述的含碳化物的奥氏体球墨铸铁的制备方法，其特征在于，所述球化孕育处理温度为1450-1480℃。
6.如权利要求4所述的含碳化物的奥氏体球墨铸铁的制备方法，其特征在于，所述浇注温度为1300-1330℃。
7.如权利要求4所述的含碳化物的奥氏体球墨铸铁的制备方法，其特征在于，所述孕育剂三次添加量质量比为1:1:1。
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