CN106893927A - 一种耐磨高铬铸铁材料的生产工艺 - Google Patents

一种耐磨高铬铸铁材料的生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明一种耐磨材料的生产工艺，公开了一种耐磨高铬铸铁材料的生产工艺，其包括以下步骤：S1、原料熔炼，先称取23‑25Cr、3.1‑3.2C、1.3‑1.5Mn、0.9‑1.1Cu、0.48‑0.58Mo、0.6‑0.8Si、0.4‑0.6Ni，然后在感应电磁炉内控制一定功率进行熔炼；S2、在浇注温度为1380～1400℃下进行浇注；S3、热处理，包括退火、淬火和回火。本发明提供的一种耐磨高铬铸铁材料的生产工艺，其制造的高铬铸铁材料具有良好的力学性能、较高的显微硬度、优异的耐磨性能和均较佳的耐磨性能和较大的冲击韧性值。

Description

一种耐磨高铬铸铁材料的生产工艺
技术领域
本发明涉及一种耐磨材料的生产工艺，尤其涉及了一种耐磨高铬铸铁材料的生产工艺。
背景技术
高铬铸铁是一类应用非常广泛的重要耐磨材料，其硬度通常高达HRC63，有很高的硬度、良好的显微组织，其优异的耐磨性能得到越来越广泛的关注，能够广泛用于磷化工、有色冶炼、水泥、火力发电、矿山的耐磨件。
但是由于马氏体+残余奥氏体基体吸收冲击和应力的能力有限，最理想状态也仅能到20J/cm 2，使高铬铸铁的韧性偏低，因而易导致过早发生断裂失效的问题，这就限制了高铬铸铁在大冲击和大应力情况下的使用，如果能较好的利用高铬铸铁的优异耐磨性又能提高其冲击韧性值，则将极大地扩大该系列材料的使用领域。
发明内容
本发明针对现有技术中因韧性不足而过早发生断裂失效的问题，提供了一种耐磨高铬铸铁材料的生产工艺。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：
一种耐磨高铬铸铁材料的生产工艺，包括以下步骤：S1、原料熔炼；S2、浇注；S3、热处理，
步骤S1、原料熔炼，具体包括以下步骤：
步骤(1)、按质量百分比称取23-25Cr、3.1-3.2C、1.3-1.5Mn、0.9-1.1Cu、0.48-0.58Mo、0.6-0.8Si、0.4-0.6Ni，其余为Fe；
步骤(2)、将步骤(1)中称取的配料放入感应电磁炉中熔炼，先采用45KW的功率送电，待炉料全部沉入液面后，减小送电功率至25KW，得到铁水，并控制铁水温度在1500-1520℃；由于铸件在出炉、变质处理以及浇注时的温降会比较大，因而在熔炼时稍微提高铁水温度，使其控制在1500-1520℃，在该温度范围之外的温度都会导致材料的硬度和冲击值有所下降。
步骤S2、浇注，将步骤S1中制得的铁水浇注到预制好的模具内成型，浇注温度控制在1380～1400℃，得到铸件；该浇注温度是经过试验研究得到的最佳温度，当浇注温度低于1380℃时，铁水充型困难，造成试样表面有许多折皱，从而减小有效断面积，降低冲击值；当浇注温度高于1400℃时，会使得试样的晶粒随着浇注温度的升高而逐渐粗大，中心的显微疏松倾向增大，从而导致冲击值严重下降。
步骤S3、热处理，具体包括以下步骤：
步骤(1)、退火：将步骤S2得到的铸件装入热处理炉，将炉内温度先升温至400-450℃，然后保温1-2h，然后再升温至600℃，再保温1-2h,之后以不超过150℃/h的温升速度，将炉温快速升至970℃后进行4h的保温，而后停止加热，待炉温自然降至800℃后控制热处理炉以10～15℃/h的温降速度将炉温降至700～720℃，并在此温度保温4～6h后停炉；
步骤(2)、淬火：以50℃/h的温升速度将炉温升至600℃，且在升温至200℃、400℃、600℃时分别保温1.5h，然后以100℃/h的温升速度将炉温升至淬火温度950℃后保温2-4h；
步骤(3)、回火，以200℃回火，之后出炉空冷，即得耐磨高铬铸铁材料。
作为优选，浇注之后在感应电磁炉内加入1.2％的Re和0.06％的B-Fe进行变质处理。因而经变质处理后，能够使得该高铬铸铁的硬度和冲击值大幅度提高，且能够使其显微组织明显细化。
作为优选，将热处理后的耐磨高铬铸铁材料经电流为60A的等离子表面重熔处理。通过对铸铁材料进行等离子表面重熔处理，能够大大改善材料硬度和耐磨性能。
作为优选，原料熔炼过程中进行脱氧处理，在感应电磁炉中加入0.5％的锰铁进行预脱氧，然后加0.25％的硅铁进行初脱氧，最后加入0.05％的铝进行终脱氧。通过脱氧处理使得晶体内部会掺杂少量的氧原子脱离金属材料，避免该氧原子影响金属材料的晶体结构，有效提高金属的力学性能的。
本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：
本发明提供的一种耐磨高铬铸铁材料的生产工艺，其制造的高铬铸铁材料具有良好的力学性能、较高的显微硬度、优异的耐磨性能和均较佳的耐磨性能和较大的冲击韧性值。
具体实施方式
实施例1
一种耐磨高铬铸铁材料的生产工艺，包括以下步骤：S1、原料熔炼；S2、浇注；S3、热处理，
步骤S1、原料熔炼，具体包括以下步骤：
步骤(1)、按质量百分比称取23Cr、3.1C、1.3Mn、0.9Cu、0.48Mo、0.6Si、0.4Ni，其余为Fe。
本实施例中合金元素Ni、Cu不溶于碳化物中，元素偏析比为零，溶于金属基体中发挥其增加淬透性作用，同时通过在高铬铸铁材料中加入少量Mo，使其与Mn、Ni、Cu等合金元素联合，可使得高铬铸铁材料的淬透性提高，实验研究表明当铸铁件中Mn含量为1.4％，不含Mo元素时，只能淬透直径为20mm的圆棒，当Mo元素含量为0.3％时可淬透直径为50mm的圆棒，当Mo元素含量为0.6％时可淬透直径为120mm的圆棒，再增加Mo元素含量后则不会出现更加显著的效果，因而本实施例中选取质量百分比为0.48-0.58Mo元素时能够达到最佳的淬透效果。
同时本实施例中采用质量百分百为23％Cr、3.1％C，使其制作成高碳高铬铸铁，相较于一般的高铬铸铁，其具有更高的抗磨性以及冲击韧性。
步骤(2)、将步骤(1)中称取的配料放入感应电磁炉中熔炼，先采用45KW的功率送电，待炉料全部沉入液面后，减小送电功率至25KW，得到铁水，并控制铁水温度在1500-1520℃。原料熔炼过程中进行脱氧处理，在感应电磁炉中加入0.5％的锰铁进行预脱氧，然后加0.25％的硅铁进行初脱氧，最后加入0.05％的铝进行终脱氧。
本实施例中通过减小送电功率来减小熔炼速度，避免因熔炼速度太快导致的金属液已达到规定温度，但难熔质点尚未全部溶解而引起的扩散不均匀，继而导致材料性能不均，同时也能够避免因过大送电功率引起的在液面上形成驼峰而造成的材料性能下降问题。采用本实施例中的先采用45KW的功率送电，待炉料全部沉入液面后，减小送电功率至25KW的方式来减慢熔炼速度，不仅提高铁水成分均匀性，还能避免驼峰，提高材料机械性能。
步骤S2、浇注，将步骤S1中制得的铁水浇注到预制好的模具内成型，浇注温度控制在1380～1400℃，得到铸件；将浇注温度控制在该温度下能够使得铸件的冲击值提高到较佳范围。
本实施例中在浇注之后，向感应电磁炉内加入1.2％的Re和0.06％的B-Fe 进行变质处理。稀土的加入，不仅可细化奥氏体，使得碳化物更趋于孤块状，而且能够净化晶界，改善夹杂物的形态，从而有效提高材料的冲击值。同时硼的加入一方面能够提高碳化物的数量和硬度，另一方面能够细化晶粒并固溶强化奥氏体。因而经变质处理后，能够使得该高铬铸铁的硬度和冲击值大幅度提高，且能够使其显微组织明显细化。
步骤S3、热处理，具体包括以下步骤：
步骤(1)、退火：将步骤S2得到的铸件装入热处理炉，将炉内温度先升温至400-450℃，然后保温1-2h，然后再升温至600℃，再保温1-2h,之后以不超过150℃/h的温升速度，将炉温快速升至950℃后进行3h的保温，而后停止加热，待炉温自然降至800℃后控制热处理炉以10～15℃/h的温降速度将炉温降至700～720℃，并在此温度保温4～6h后停炉；
步骤(2)、淬火：以50℃/h的温升速度将炉温升至600℃，且在升温至200℃、400℃、600℃时分别保温1.5h，在不同温度下分别进行保温，能够使其组织得到充分变化，使其材料性能得到最大程度的提高。然后以100℃/h的温升速度将炉温升至淬火温度970℃后保温4h；试验选取在箱体淬火介质下，分别选取保温时间为1h、2h、3h、4h、5h进行保温，结果表明在随着保温时间的增大其硬度值先增大后减小，且保温时间为1h与2h之间硬度值增大幅度较大，在保温时间为4h时硬度值最高，因而本实施中选取保温时间为4h。而另一方面在相同的保温时间内、相同淬火介质中，随着淬火温度的升高，硬度值也会出现先增大后减小的趋势，其在淬火温度为970℃时硬度值出现峰值。
步骤(3)、回火，以200℃回火，之后出炉空冷，即得耐磨高铬铸铁材料。试验中分别选取150℃、200℃、300℃、400℃、500℃进行回火处理，其材料硬度值在150℃与200℃之间呈上升趋势，二在200℃之后则随着回火温度的升高，硬度值逐渐降低，因而本实施例中选取200℃作为回火温度。
将热处理后的耐磨高铬铸铁材料经电流为60A的等离子表面重熔处理。本实施例中通过试验，分别检测不经重熔处理、经50A电流进行重熔处理、经60A电流进行重熔处理以及经70A电流进行重熔处理后得到在60A重熔处理后试样材料的显微硬度明显高于其他几组试样，因为重熔处理可使得奥氏体发送马氏体转变，马氏体的硬度大大高于奥氏体，而且马氏体可以为碳化物提供更加强有力的支撑，阻止碳化物在磨损时断裂和剥落，从而大大改善材料硬度和耐磨性能，而采用50A电流处理时，其显微硬度变化呈降低趋势，采用70A电流处理时，其因电流过大引起试样影响区组织过热而使其显微硬度变化呈起伏上升趋势，只有在60A电流时，其重熔性能最优，相对于未经重熔的试样其显微硬度能够提高600HV。
实施例2
同实施例1，所不同的是原料熔炼时质量百分比称取25Cr、3.2C、1.5Mn、1.1Cu、0.58Mo、0.8Si、0.6Ni，其余为Fe。
总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (4)

1.一种耐磨高铬铸铁材料的生产工艺，包括以下步骤：S1、原料熔炼；S2、浇注；S3、热处理，其特征在于：
步骤S1、原料熔炼，具体包括以下步骤：
步骤(1)、按质量百分比称取23-25Cr、3.1-3.2C、1.3-1.5Mn、0.9-1.1Cu、0.48-0.58Mo、0.6-0.8Si、0.4-0.6Ni，其余为Fe；
步骤(2)、将步骤(1)中称取的配料放入感应电磁炉中熔炼，先采用45KW的功率送电，待炉料全部沉入液面后，减小送电功率至25KW，得到铁水，并控制铁水温度在1500-1520℃；
步骤S2、浇注，将步骤S1中制得的铁水浇注到预制好的模具内成型，浇注温度控制在1380～1400℃，得到铸件；
步骤S3、热处理，具体包括以下步骤：
步骤(1)、退火：将步骤S2得到的铸件装入热处理炉，将炉内温度先升温至400-450℃，然后保温1-2h，然后再升温至600℃，再保温1-2h,之后以不超过150℃/h的温升速度，将炉温快速升至970℃后进行4h的保温，而后停止加热，待炉温自然降至800℃后控制热处理炉以10～15℃/h的温降速度将炉温降至700～720℃，并在此温度保温4～6h后停炉；
步骤(2)、淬火：以50℃/h的温升速度将炉温升至600℃，且在升温至200℃、400℃、600℃时分别保温1.5h，然后以100℃/h的温升速度将炉温升至淬火温度950℃后保温2-4h；
步骤(3)、回火，以200℃回火，之后出炉空冷，即得耐磨高铬铸铁材料。
2.根据权利要求1所述的一种耐磨高铬铸铁材料的生产工艺，其特征在于：浇注之后在感应电磁炉内加入1.2％的Re和0.06％的B-Fe进行变质处理。
3.根据权利要求1所述的一种耐磨高铬铸铁材料的生产工艺，其特征在于：将热处理后的耐磨高铬铸铁材料经电流为60A的等离子表面重熔处理。
4.根据权利要求1所述的一种耐磨高铬铸铁材料的生产工艺，其特征在于：原料熔炼过程中进行脱氧处理，在感应电磁炉中加入0.5％的锰铁进行预脱氧，然后加0.25％的硅铁进行初脱氧，最后加入0.05％的铝进行终脱氧。
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