CN105925915B - 一种超高碳钢及其铸造工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明是超高碳钢铸件及其铸造工艺。超高碳钢铸件的组分及含量（Wt%）为：C 1.5‑1.9；Cr 1.5‑1.8；Mn 0.3‑0.5；Si 0.1‑0.3；Mo 0.2‑0.35；Ni 0.1‑0.2；余量Fe。铸造工艺主要步骤是：1、材料的熔炼：包括配料、装料、熔炼，以工业纯铁、硅铁、锰铁、钼铁和铬铁为原材料，2、孕育处理：通过随流孕育方式对熔体进行孕育处理，3、浇铸成型：树脂砂外挂冷铁并配合喷水强制冷却方式使铸件成型。本发明借助于复合孕育剂控制超高碳钢的结晶过程、改变体系的凝固路径进而得到具有细晶化碳化物分布的铸态组织，使铸态组织中的碳化物主要以珠光体碳化物及细小颗粒状形式存在，进而改善铸件的塑、韧性。

Description

一种超高碳钢及其铸造工艺
技术领域
本发明涉及一种超高碳钢及其铸造工艺。
背景技术
超高碳钢是指碳含量介于1.0-2.1wt%的铁基合金材料。由于其碳含量很高，所以在常规铸造过程中极易产生大量的大块状的或网状碳化物，导致本身塑、韧性差而不能在工程中应用。消除网状碳化物并使碳化物呈现细小分布状态，是使超高碳钢走向工程实际的关键。
现有技术中，改善材料铸态组织形貌和提高材料力学性能的方法主要有热机械变形法、多重热处理法、粉末冶金法以及喷射成型法等，借助于破碎碳化物或通过固态相变控制碳化物细晶化析出的模式改变材料组织中的碳化物存在形态。
上述方法虽然有效，但能量消耗大，工艺过程复杂，且存在一定环保问题。
授权公告号CN101580913B的发明专利公开了一种主要用于含铬铸铁合金的复合孕育剂，它是一种纳米晶的稀土硅铁+硼铁的高铬铸铁复合孕育剂,由Fe-Ce-Si-Ca中间合金和Fe-B中间合金组成,其重量比为Fe-Ce-Si-Ca中间合金∶Fe-B中间合金=1∶0.07～0.13，复合孕育剂的纳米晶晶粒小于100NM。
发明内容
本发明的目的在于克服细化超高碳钢碳化物的现有技术能量消耗大且工艺过程复杂的技术问题，而公开一种超高碳钢及其铸造工艺。
本发明的超高碳钢的组分及含量（Wt%）为：
C 1.5-1.9；
Cr 1.5-1.8；
Mn 0.3-0.5；
Si 0.1-0.3；
Mo 0.2-0.35；
Ni 0.1-0.2 ；
余量Fe。
本超高碳钢添加Cr可以避免铸件石墨化和抑制碳化物颗粒的生长，有利于增强铸件的强度和塑性并消除其小裂纹。
本超高碳钢添加Mn有利于抑制S、P等微量元素的有害影响。
本超高碳钢中Fe的杂质含量限制为普通碳素钢标准。
上述一种超高碳钢的铸造工艺包括以下步骤：
1、材料的熔炼：包括配料、装料、熔炼，以工业纯铁、硅铁、锰铁、钼铁、铬铁和镍板为原材料，采用普通中频感应炉进行材料熔炼；
2、孕育处理：通过随流孕育方式对熔体进行孕育处理，复合孕育剂由Fe-Ce-Si-Ca中间合金和Fe-B中间合金组成,其重量比为Fe-Ce-Si-Ca中间合金∶Fe-B中间合金=1∶0.07～0.13，复合孕育剂的纳米晶晶粒小于100NM，复合孕育剂加入量是熔体质量的0.5—1.5%；熔体温度范围为1380℃--1460℃，稳定在1380℃时进行浇注；
3、浇铸成型：树脂砂外挂冷铁并配合喷水强制冷却方式使铸件成型。
所述复合孕育剂是薄片状的纳米晶的稀土硅铁+硼铁的高铬铸铁复合孕育剂,平均厚度0.2-0.5mm，平均宽度0.3-0.7mm，平均长度0.8-1.5mm。
本发明优点是：借助于所述复合孕育剂控制超高碳钢的结晶过程、改变体系的凝固路径进而得到具有细晶化碳化物分布的铸态组织，使铸态组织中的碳化物主要以珠光体碳化物及细小颗粒状形式存在，进而改善铸件的塑、韧性，从而提高了超高碳钢的综合力学性能。本发明与现有改善材料铸态组织形貌和提高材料力学性能的方法比较具有工艺过程简单、能量消耗小和环境污染较小的突出优点。
附图说明
附图1是本发明超高碳钢铸态组织光学显微照片。
具体实施方式
以下结合实施例并参照附图对本发明进一步详细叙述。
实施例1
1、材料的熔炼包括配料、装料、熔炼阶段，以工业纯铁、硅铁、锰铁、钼铁、铬铁和镍板为原材料，其组分及含量（Wt%）为：C 1.5；Cr 1.5；Mn 0.3；Si 0.1；Mo 0.2；Ni 0.1；余量为Fe。采用普通中频感应炉进行材料熔炼。
2、孕育处理：通过随流孕育方式对熔体进行孕育处理，复合孕育剂由Fe-Ce-Si-Ca中间合金和Fe-B中间合金组成,其重量比为Fe-Ce-Si-Ca中间合金∶Fe-B中间合金=1∶0.07，复合孕育剂的纳米晶晶粒小于100NM，复合孕育剂加入量是熔体质量的0.5%；熔体温度范围为1380℃--1460℃，稳定在1380℃时进行浇注。
3、浇铸成型：树脂砂外挂冷铁并配合喷水强制冷却方式使铸件成型。
实施例2
1、材料的熔炼包括配料、装料、熔炼阶段，以工业纯铁、硅铁、锰铁、钼铁、铬铁和镍板为原材料，其组分及含量（Wt%）为：C 1.7；Cr 1.6；Mn 0.4；Si 0.2；Mo 0.3；Ni 0.15；余量为Fe。采用普通中频感应炉进行材料熔炼。
2、孕育处理：通过随流孕育方式对熔体进行孕育处理，复合孕育剂由Fe-Ce-Si-Ca中间合金和Fe-B中间合金组成,其重量比为Fe-Ce-Si-Ca中间合金∶Fe-B中间合金=1∶0.1，复合孕育剂的纳米晶晶粒小于100NM，复合孕育剂加入量是熔体质量的1%；熔体温度范围为1380℃--1460℃，稳定在1380℃时进行浇注。
3、浇铸成型：树脂砂外挂冷铁并配合喷水强制冷却方式使铸件成型。
实施例3
1、材料的熔炼包括配料、装料、熔炼阶段，以工业纯铁、硅铁、锰铁、钼铁、铬铁和镍板为原材料，其组分及含量（Wt%）为：C 1.9；Cr 1.8；Mn 0.5；Si 0.3；Mo 0.35；Ni 0.2；余量为Fe。采用普通中频感应炉进行材料熔炼。
2、孕育处理：通过随流孕育方式对熔体进行孕育处理，复合孕育剂由Fe-Ce-Si-Ca中间合金和Fe-B中间合金组成,其重量比为Fe-Ce-Si-Ca中间合金∶Fe-B中间合金=1∶0.13，复合孕育剂的纳米晶晶粒小于100NM，复合孕育剂加入量是熔体质量的1.5%；熔体温度范围为1380℃--1460℃，稳定在1380℃时进行浇注。
3、浇铸成型：树脂砂外挂冷铁并配合喷水强制冷却方式使铸件成型。
以上各实施例中的复合孕育剂是薄片状的纳米晶的稀土硅铁+硼铁的高铬铸铁复合孕育剂,平均厚度0.2-0.5mm，平均宽度0.3-0.7mm，平均长度0.8-1.5mm。
以上各实施例的碳化物主要以珠光体碳化物及细小颗粒状的形式存在，其情形如图1中箭头指示。

Claims (2)

1.超高碳钢铸件，其特征在于其组分及含量(Wt％)为:
所述超高碳钢铸件的由以下铸造工艺制成，包括
步骤(1)材料的熔炼:包括配料、装料、熔炼，以工业纯铁、硅铁、锰铁、钼铁、铬铁和镍板为原材料，采用普通中频感应炉进行材料熔炼；
步骤(2)孕育处理:通过随流孕育方式对熔体进行孕育处理，复合孕育剂由Fe-Ce-Si-Ca中间合金和Fe-B中间合金组成，其重量比为Fe-Ce-Si-Ca中间合金:Fe-B中间合金＝1:0.07-0.13，复合孕育剂的纳米晶晶粒小于100nm，复合孕育剂加入量是熔体质量的0.5-1.5％；熔体温度范围为1380℃-1460℃，稳定在1380℃时进行浇注
步骤(3)浇铸成型:树脂砂外挂冷铁并配合喷水强制冷却方式使铸件成型。
2.根据权利要求1所述的超高碳钢铸件的铸造工艺，其特征在于:所述复合孕育剂是薄片状的纳米晶的稀土硅铁+硼铁的高铬铸铁复合孕育剂，平均厚度0.2-0.5mm，平均宽度0.3-0.7mm，平均长度0.8-1.5mm。
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