CN1069929C

CN1069929C - 超高铬抗磨白口铸铁及生产工艺

Info

Publication number: CN1069929C
Application number: CN98110535A
Authority: CN
Inventors: 朱同家; 林志彬; 高美霞; 刘香玉; 逄中清; 逄妍
Original assignee: 朱同家
Priority date: 1998-10-27
Filing date: 1998-10-27
Publication date: 2001-08-22
Anticipated expiration: 2018-10-27
Also published as: CN1252455A

Abstract

本发明涉及一种超高铬抗磨白口铸铁及生产工艺。其特征在于各材料成份的含量(重量百分比)为C：3.2-4.2%，Cr：29-32%，Si：1.0-2.5%，Mn：1.0-2.5%，Mo：0.3-1.0%，Ni：0.2-2.0%，Cu：0.2-0.8%，Re(稀土)：0.01-0.1%，Fe：55-65%。工艺：配料、冶炼、铸造、退火、淬火、回火、冷却。同等工况条件下，比普通耐磨铸铁寿命提高4-6倍。

Description

超高铬抗磨白口铸铁及生产工艺

本发明涉及一种白口铸铁，属于铸铁材料领域。

现有抗磨白口铸铁的硬度少于58HRC，冲击韧性少于3J/cm²，不能满足各种设备和工具对硬度、冲击韧性、寿命等的要求。

本发明目的在于提供一种硬度在62HRC以上，冲击韧性在8J/cm²以上，综合性能优良，使用寿命提高4-6倍的超高铬抗磨白口铸铁生产工艺。

本发明的技术解决方案如下：本发明的超高铬抗磨白口铸铁各成份含量分别为(重量百分比)：C:3.2-4.2％,Cr:29-32％,Si:1.0-2.5％,Mn:1.0-2.5％,Mo:0.3-1.0％,Ni:0.2-2.0％,Cu:0.2-0.8％,Re(稀土):0.01-0.1％，余量为Fe:55-65％。

生产超高铬抗磨白口铸铁的铸造工艺步骤如下：按照上述所给出的材料含量范围进行配料——冶炼——在砂型内(或金属型内)铸造——退火——淬火——回火——冷却后成品库。

上述退火工艺步骤如下：铸件在室温条件下入炉，以≤80℃/小时速度升至700-750℃，保温0.5-2小时均热后，以≤100℃/小时的速度升至940-980℃，保温2-10小时后，随炉缓冷至750℃保温2-10小时，再随炉缓冷至300℃以下出炉空冷。

上述淬火工艺步骤如下：铸件在室温条件下入炉，以≤80℃/小时速度升至700-750℃，保温0.5-2小时均热后，以≤100℃/小时的速度升至1000-1080℃，保温2-10小时后出炉，进行强制风冷。

上述回火工艺步骤如下；铸件在室温条件下入炉，以≤80℃/小时的速度升至250-350℃，保温2-10小时后出炉空冷。

采用上述配比和工艺，提供了一种超高铬抗磨白口铸铁新材料，为了充分阐述本发明的技术方案为何能实现本发明的目的，现将各成份范围的选择理由及热处理工艺的制定依据表述如下：

C(碳)，碳能提高碳化物的数量，从而使材料硬度提高，为获得良好的抗磨性，又具有一定的强度和韧性，选用范围为3.2-4.2％。

Cr(铬)，铬与碳有很强的亲和力，当Cr/C比大于4时，就形成M₇C₃型[即(Cr-Fe)₇C₃型]六方晶系的共晶碳化物，使力学性能得到显著提高，铬还能提高淬透性和回火稳定性，使抗磨性提高，选用含量在29-32％。

Si(硅)，硅和氧亲和力较大，有助脱氧，但含量过高时降低塑性和韧性，为此，硅含量控制在1.0-2.5％。

Mn(锰)，锰对奥氏体及铁素体均有较强的固溶作用，提高硬度和强度，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，锰含量控制在1.0-2.5％。

Mo(钼)，钼可使组织细化均匀，提高淬透性，回火稳定性和抗热烈性，改善冲击韧性，选用在0.3-1.0％。

Cu(铜)，铜可代替部分钼，可提高铁水流动性，提高淬透性和韧性。选用在0.2-0.8％。

Re(稀土)，稀土能明显降低氧和硫含量，从而可明显减少晶界夹杂物，稀土能够改变碳化物形貌，增加抗磨性，确定Re的合理加入量，Re(残留量)0.01-0.1％。

Ni(镍)，镍可代替部分钼，增加淬透性，细化晶粒结构，提高韧性，因此确定在0.2-1.0％。

S(硫)和P(磷)为有害元素，含量应控制在0.04％以下，其余为Fe(铁)55-65％。

本发明的热处理工艺和理由阐述如下：

1、退火工艺：退火的目的是消除内应力和使组织均匀，改善性能，以便进行机械加工。本退火工艺的特点是：铸件在室温条件下入炉，以≤80℃/小时速度升至700-750℃，保温0.5-2小时均热后，以≤100℃/小时的速度升至940-980℃，保温2-10小时后，随炉缓冷至750℃保温2-10小时，再随炉缓冷300℃以下出炉空冷。

2、淬火工艺：淬火工艺的目的是使铸件获得足够的硬度，以使其具有一定的抗磨性和冲击韧性。本淬火工艺的特点是：铸件在室温条件下入炉，以≤80℃/小时速度升至700-750℃，保温0.5-2小时均热后，以≤100℃/小时的速度升至1000-1080℃，保温2-10小时后出炉，进行强制风冷，加快冷却速度。

回火工艺：回火的目的是为了消除淬火过程中产生的淬火应力，防止铸件淬火后出现裂纹，因此将铸件在室温条件下入炉，以≤80℃/小时速度升至250-350℃，保温2-10小时后出炉空冷，回火后金相组织为：碳化物+回火马氏体+残余奥氏体。

上述热处理工艺简单可行，保证铸件不产生裂纹不变形，材料最终硬度在62HRC以上，冲击韧性8J/cm²以上，综合性能优良。

本发明的技术方案特点在于冶炼后同时采用Ⅰ^#脱氧剂硅铝钡，Ⅱ^#变质剂处理和提高Cu、Si、Mn含量，采用Ⅰ^#脱氧剂、Ⅱ^#Re变质剂(稀土硅)处理可以细化晶粒，净化晶界，提高淬透性和组织及性能均匀性。加入Cu可提高材料的淬透性和韧性；加入Mn(锰)可以提高脱氧、脱硫的效果，提高材料的硬度和强度。上述特点使本发明具有优良的硬度和韧性，在较大硬度磨料磨损及较高温度、湿度工作条件下显示出独特的优越性能。

通过增加C、Cr含量、增大Cr/C比，增加弧立相的六方体M₇C₃型[即(Cr-Fe)₇C₃型]碳化物含量；通过Ⅰ^#脱氧剂，Ⅱ^#Re变质剂处理和提高Mn、Cu、Si含量，提高了变质效果，起到了细化晶粒，净化晶界，提高淬透性和改变基本结构性能的作用，aK≥8J/cm²。HRC62-64；通过解决感应电炉熔炼高铬铸铁氧化夹杂物过多；通过热处理工艺研究，提高了该材料的各项机械性能，使所研制的超高铬抗磨白口铸铁新材料，在同等工况条件下，与普通耐磨铸铁相比，使用寿命提高4-6倍。

上述条件下生产的超高铬抗磨白口铸铁的机械性能：

1、铸态：aK≥8J/cm² HRC≥59

2、淬火加回火态：aK≥8J/cm² HRC≥62

3、软化退火态：HRC≥48

上述条件生产的超高铬抗磨白口铸铁的金相组织(附图金相组织相片3张)。

1、铸态：所形成的碳化物是弧立相的六方体M₇C₃型[即(Cr-Fe)₇C₃型]，共晶碳化物含量＞40％，A体是连续相。金相组织为：共晶碳化物+马氏体+残余奥氏体。

2、淬火加回火态：金相组织为共晶碳化物M₇C₃+二次碳化物+奥氏体。

3、软化退火态：金相组织为共晶碳化物M₇C₃+二次碳化物+奥氏体。

上述条件下生产的超高铬抗磨白口铸铁新材料的用途：

该材料适用于电力系统，水泥、矿山建材、化工及选矿等行业中较大冲击载荷的磨料磨损，特别是在比较苛刻的运行工况条件下使用，更具有较高的开发和使用价值。同时又具有抗高温氧化及耐腐蚀等优点。因此，经济效益前景广阔。

采用本发明的配比和工艺生产的超高铬抗磨白口铸铁新材料在同等工况条件下，与普通耐磨铸铁相比，使用寿命提高了4-6倍。

附图说明：

图1：铸态金相组织。

图2：淬火加回火态金相组织。

图3：软化退火态金相组织。

下面给出本发明的具体实施例，用来对本发明做进一步的描述。

实施例1.本发明的超高铬抗磨白口铸铁各材料的重量百分比含量分别为3.2％的C,29％Cr,1.0％Si,1.0％Mn,0.3％Mo,0.29％Ni,0.2％Cu,0.01％Re,65％Fe。

实施例2.本发明的超高铬抗磨白口铸铁各材料的重量百分比含量分别为4.2％的C,32％Cr,2.5％Si,2.5％Mn,1.0％Mo,1.9％Ni,0.8％Cu,0.1％Re,55％Fe。

实施例3.本发明的超高铬抗磨白口铸铁各材料的重量百分比含量分别为3.8％的C,31％Cr,1.8％Si,1.8％Mn,0.7％Mo,1.2％Ni,0.5％Cu,0.05％Re,59.15％Fe。

生产工艺为：各成份按选取比例配料——冶炼——铸造——退火——淬火——回火——冷却入库。在冶炼工序后对钢水采用脱氧剂和变质剂进行处理。所述退火工艺步骤如下：铸件在室温条件下入炉，以≤80℃/小时速度升至700-750℃，保温0.5-2小时均热后，以≤100℃/小时的速度升至940-980℃，保温2-10小时后，随炉缓冷至750℃保温2-10小时，再随炉缓冷300℃以下出炉空冷。所述淬火工艺步骤如下：铸件在室温条件下入炉，以≤80℃/小时速度升至700-750℃，保温0.5-2小时均热后，以≤100℃/小时的速度升至1000-1080℃，保温2-10小时后出炉，进行强制风冷。所述回火工艺步骤如下：铸件在室温条件下入炉，以≤80℃/小时速度升至250-350℃，保温2-10小时后出炉空冷。

以上各实施例制造的超高铬抗磨白口铸铁硬度皆超过62HRC，冲击韧性皆大于8J/cm²，主要是通过增加C、Cr含量、增大Cr/C比，增加弧立相的六方体M₇C₃型[即(Cr-Fe)₇C₃Z型]碳化物含量；通过Ⅰ^#脱氧剂，Ⅱ^#Re变质剂处理和提高Mn、Cu、Si含量，提高了变质效果，起到了细化晶粒，净化晶界，提高淬透性和改变基本结构性能的作用，aK≥8J/cm²，HRC62-64；通过解决感应电炉熔炼高铬铸铁氧化夹杂物过多；通过热处理工艺研究，提高了该材料的各项机械性能，使所研制的超高铬抗磨白口铸铁新材料，在同等工况条件下，与普通耐磨铸铁相比，使用寿命提高4-6倍。

Claims

1、超高铬抗磨白口铸铁，其特征在于各成份的重量百分比含量分别是：C:3.2-4.2％,Cr:29-32％,Si:1.0-2.5％,Mn:1.0-2.5％,Mo:0.3-1.0％,Ni:0.2-2.0％,Cu:0.2-0.8％,Re(稀土):0.01-0.1％,Fe:55-65％。

2、超高铬抗磨白口铸铁的生产工艺，其特征在于其工艺步骤为：

a、各成份按选取比例配料；

b、冶炼，冶炼后对钢水采用脱氧剂和变质剂进行处理；

c、铸造；

d、退火：铸件在室温条件下入炉，以≤80℃/小时速度升至700-750℃，保温0.5-2小时均热后，以≤100℃/小时的速度升至940-980℃，保温2-10小时后，随炉缓冷至750℃保温2-10小时，再随炉缓冷300℃以下出炉空冷；

e、淬火：铸件在室温条件下入炉，以≤80℃/小时速度升至700-750℃，保温0.5-2小时均热后，以≤100℃/小时的速度升至1000-1080℃，保温2-10小时后出炉，进行强制风冷；

f、回火：铸件在室温条件下入炉，以≤80℃/小时速度升至250-350℃，保温2-10小时后出炉空冷；

g、冷却入库。