CN107022713B - 一种防腐耐磨铬铜合金铸铁及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种防腐耐磨铬铜合金铸铁及其制备，由以下质量百分含量制成：C 2.8‑2.9％、Si 1.5‑1.6％、Mn 0.7‑0.9％、Cr 1.5‑1.6％、Cu 2.2‑2.5％、B 0.2‑0.25％、稀土0.04‑0.06％、Ni 0.9‑1.4％、P 0.15‑0.3％、S＜0.1％、余量为Fe及不可避免的杂质，通过熔炼、浇注、热处理等步骤制成，制得的和金铸铁具有很好的耐高温、耐腐性能，且具有很好的强度，磨损率显著降低，延长了合金铸铁的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及铸铁技术领域，具体设计一种防腐耐磨铬铜合金铸铁及其制备。
背景技术
随着工业的发展，对生产工艺要求的改变，对合金材料越来越来苛刻，目前国内市场要求高耐磨性工件多为高锰钢铸件。高锰钢由于其具有良好的形变强化能力与高的韧性而获得广泛应用，但高锰耐磨钢由于其基体硬度低、高硬度耐磨特殊碳化物质点少而导致耐磨性并不太高，从而使其在要求使用性能高、工作条件极度恶劣的生产环境中使用寿命短、更换频繁。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提出了一种防腐耐磨铬铜合金铸铁及其制备，通过熔炼、浇注、热处理等步骤制成，制得的和金铸铁具有很好的耐高温、耐腐性能，且具有很好的强度，磨损率显著降低，延长了合金铸铁的使用寿命。
为了实现上述的目的，本发明采用以下的技术方案：
一种防腐耐磨铬铜合金铸铁，由以下质量百分含量制成：C 2.8-2.9％、Si 1.5-1.6％、Mn 0.7-0.9％、Cr 1.5-1.6％、Cu 2.2-2.5％、B 0.2-0.25％、稀土0.04-0.06％、Ni0.9-1.4％、P 0.15-0.3％、S＜0.1％、余量为Fe及不可避免的杂质。
优选的，防腐耐磨铬铜合金铸铁，由以下质量百分含量制成：C 2.85-2.9％、Si1.55-1.6％、Mn 0.8-0.9％、Cr 1.55-1.6％、Cu 2.4-2.5％、 B 0.22-0.25％、稀土0.05-0.06％、Ni 1.2-1.4％、P 0.25-0.3％、S＜0.1％、余量为Fe及不可避免的杂质。
优选的，所述稀土为Ce、Nd 的组合物，其中Ce占稀土总质量的40-45％。
优选的，防腐耐磨铬铜合金铸铁的制备，步骤如下：
1)将生铁、废钢、回炉料加入中频电炉中加热至熔融，然后向其中加入锰铁、铬铁、硼砂、稀土镍合金、磷矿石，调节温度为 1460-1480℃，在氮气气氛下进行一次脱氧除渣，然后添加增碳剂，保温5min；
2)然后将电解铜板、电解镍板分次采用包底冲入法加入到铁水中，取样检测并调整成分，合格后升温至1540℃，保温5-6min，进行二次脱氧除渣，然后降温至1470℃出炉，随铁水出炉进行一次孕育；
3)待温度降低至1380-1400℃时进行浇注，随浇注进行二次孕育；
4)将浇注得到的粗品置于箱式电阻炉内进行退火处理，然后随炉冷却至250℃，取出空冷即得防腐耐磨铬铜合金铸铁。
优选的，步骤1)、2)中脱氧除渣中脱氧剂为碳化硅。
优选的，步骤2)中一次孕育中孕育剂为硅钡钙孕育剂，步骤3) 中二次孕育中孕育剂为硅锶孕育剂。
优选的，步骤4)中退火处理分多级退火，先在550℃退火保温 3-3.5h，然后在650℃退火保温3-3.5h，最后在600℃退火保温2-3h。
优选的，所述分级退火过程中温度的改变速率为50℃/h。
由于采用上述的技术方案，本发明的有益效果是：本发明通过熔炼、浇注、热处理等步骤制成，通过合理的工艺参数改进和配方组成，制得的合金铸铁具有很好的耐高温、耐腐性能，且具有很好的强度，磨损率显著降低，延长了合金铸铁的使用寿命。低铬高铜合金一方面可以细化铸铁的金相组织，提高强度，同时相互配合减轻了铸铁白口化倾向，有利于改善切削加工性，改善强韧性；适量的磷矿石提高了含磷量，组分流动性好，改善了氮气氛围下强化硼化物、氮化物的均匀度，提高了各组分的分散性，对碳元素的调控性好。
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。基于本发明的实施例，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：
一种防腐耐磨铬铜合金铸铁，由以下质量百分含量制成：C 2.88％、 Si 1.55％、Mn 0.85％、Cr 1.55％、Cu 2.4％、B 0.22％、稀土0.05％、 Ni 0.9％、P 0.2％、S＜0.1％、余量为Fe及不可避免的杂质。所述稀土为Ce、Nd 的组合物，其中Ce占稀土总质量的40％。
防腐耐磨铬铜合金铸铁的制备，步骤如下：
1)将生铁、废钢、回炉料加入中频电炉中加热至熔融，然后向其中加入锰铁、铬铁、硼砂、稀土镍合金、磷矿石，调节温度为1470℃，在氮气气氛下进行一次脱氧除渣，其中脱氧剂为碳化硅，然后添加增碳剂，保温5min；
2)然后将电解铜板、电解镍板分次采用包底冲入法加入到铁水中，取样检测并调整成分，合格后升温至1540℃，保温5-6min，进行二次脱氧除渣，其中脱氧剂为碳化硅，然后降温至1470℃出炉，随铁水出炉进行一次孕育，孕育剂为硅钡钙孕育剂；
3)待温度降低至1380℃时进行浇注，随浇注进行二次孕育，孕育剂为硅锶孕育剂；
4)将浇注得到的粗品置于箱式电阻炉内进行退火处理，先在 550℃退火保温3h，然后在650℃退火保温3h，最后在600℃退火保温2.5h，在退火过程中温度的改变速率为50℃/h，然后随炉冷却至 250℃，取出空冷即得防腐耐磨铬铜合金铸铁。
实施例2：
一种防腐耐磨铬铜合金铸铁，由以下质量百分含量制成：C 2.85％、 Si 1.6％、Mn0.9％、Cr 1.5％、Cu 2.2％、B 0.24％、稀土0.04％、Ni 1.2％、 P 0.15％、S＜0.1％、余量为Fe及不可避免的杂质。所述稀土为Ce、Nd 的组合物，其中Ce占稀土总质量的45％。
防腐耐磨铬铜合金铸铁的制备，步骤如下：
1)将生铁、废钢、回炉料加入中频电炉中加热至熔融，然后向其中加入锰铁、铬铁、硼砂、稀土镍合金、磷矿石，调节温度为1460℃，在氮气气氛下进行一次脱氧除渣，其中脱氧剂为碳化硅，然后添加增碳剂，保温5min；
2)然后将电解铜板、电解镍板分次采用包底冲入法加入到铁水中，取样检测并调整成分，合格后升温至1540℃，保温5-6min，进行二次脱氧除渣，其中脱氧剂为碳化硅，然后降温至1470℃出炉，随铁水出炉进行一次孕育，孕育剂为硅钡钙孕育剂；
3)待温度降低至1380℃时进行浇注，随浇注进行二次孕育，孕育剂为硅锶孕育剂；
4)将浇注得到的粗品置于箱式电阻炉内进行退火处理，先在 550℃退火保温3.5h，然后在650℃退火保温3.5h，最后在600℃退火保温3h，在退火过程中温度的改变速率为50℃/h，然后随炉冷却至 250℃，取出空冷即得防腐耐磨铬铜合金铸铁。
实施例3：
一种防腐耐磨铬铜合金铸铁，由以下质量百分含量制成：C 2.9％、 Si 1.6％、Mn0.7％、Cr 1.6％、Cu 2.5％、B 0.25％、稀土0.04％、Ni 1.4％、 P 0.25％、S＜0.1％、余量为Fe及不可避免的杂质。所述稀土为Ce、Nd 的组合物，其中Ce占稀土总质量的45％。
防腐耐磨铬铜合金铸铁的制备，步骤如下：
1)将生铁、废钢、回炉料加入中频电炉中加热至熔融，然后向其中加入锰铁、铬铁、硼砂、稀土镍合金、磷矿石，调节温度为1480℃，在氮气气氛下进行一次脱氧除渣，其中脱氧剂为碳化硅，然后添加增碳剂，保温5min；
2)然后将电解铜板、电解镍板分次采用包底冲入法加入到铁水中，取样检测并调整成分，合格后升温至1540℃，保温5-6min，进行二次脱氧除渣，其中脱氧剂为碳化硅，然后降温至1470℃出炉，随铁水出炉进行一次孕育，孕育剂为硅钡钙孕育剂；
3)待温度降低至1400℃时进行浇注，随浇注进行二次孕育，孕育剂为硅锶孕育剂；
4)将浇注得到的粗品置于箱式电阻炉内进行退火处理，先在 550℃退火保温3.2h，然后在650℃退火保温3.2h，最后在600℃退火保温2.6h，在退火过程中温度的改变速率为50℃/h，然后随炉冷却至 250℃，取出空冷即得防腐耐磨铬铜合金铸铁。
实施例4：
一种防腐耐磨铬铜合金铸铁，由以下质量百分含量制成：C 2.8％、 Si 1.5％、Mn0.75％、Cr 1.55％、Cu 2.2％、B 0.2％、稀土0.06％、Ni 1％、 P 0.3％、S＜0.1％、余量为Fe及不可避免的杂质。所述稀土为Ce、Nd 的组合物，其中Ce占稀土总质量的45％。
防腐耐磨铬铜合金铸铁的制备，步骤如下：
1)将生铁、废钢、回炉料加入中频电炉中加热至熔融，然后向其中加入锰铁、铬铁、硼砂、稀土镍合金、磷矿石，调节温度为1470℃，在氮气气氛下进行一次脱氧除渣，其中脱氧剂为碳化硅，然后添加增碳剂，保温5min；
2)然后将电解铜板、电解镍板分次采用包底冲入法加入到铁水中，取样检测并调整成分，合格后升温至1540℃，保温5-6min，进行二次脱氧除渣，其中脱氧剂为碳化硅，然后降温至1470℃出炉，随铁水出炉进行一次孕育，孕育剂为硅钡钙孕育剂；
3)待温度降低至1400℃时进行浇注，随浇注进行二次孕育，孕育剂为硅锶孕育剂；
4)将浇注得到的粗品置于箱式电阻炉内进行退火处理，先在 550℃退火保温3h，然后在650℃退火保温3h，最后在600℃退火保温2.2h，在退火过程中温度的改变速率为50℃/h，然后随炉冷却至 250℃，取出空冷即得防腐耐磨铬铜合金铸铁。
实施例5：
一种防腐耐磨铬铜合金铸铁，由以下质量百分含量制成：C 2.85％、 Si 1.53％、Mn 0.8％、Cr 1.5％、Cu 2.4％、B 0.2％、稀土0.05％、Ni 1.1％、 P 0.26％、S＜0.1％、余量为Fe及不可避免的杂质。所述稀土为Ce、Nd 的组合物，其中Ce占稀土总质量的40％。
防腐耐磨铬铜合金铸铁的制备，步骤如下：
1)将生铁、废钢、回炉料加入中频电炉中加热至熔融，然后向其中加入锰铁、铬铁、硼砂、稀土镍合金、磷矿石，调节温度为1460℃，在氮气气氛下进行一次脱氧除渣，其中脱氧剂为碳化硅，然后添加增碳剂，保温5min；
2)然后将电解铜板、电解镍板分次采用包底冲入法加入到铁水中，取样检测并调整成分，合格后升温至1540℃，保温5-6min，进行二次脱氧除渣，其中脱氧剂为碳化硅，然后降温至1470℃出炉，随铁水出炉进行一次孕育，孕育剂为硅钡钙孕育剂；
3)待温度降低至1390℃时进行浇注，随浇注进行二次孕育，孕育剂为硅锶孕育剂；
4)将浇注得到的粗品置于箱式电阻炉内进行退火处理，先在 550℃退火保温3.5h，然后在650℃退火保温3.5h，最后在600℃退火保温2h，在退火过程中温度的改变速率为50℃/h，然后随炉冷却至 250℃，取出空冷即得防腐耐磨铬铜合金铸铁。
实施例6：
一种防腐耐磨铬铜合金铸铁，由以下质量百分含量制成：C 2.8％、 Si 1.57％、Mn0.8％、Cr 1.6％、Cu 2.5％、B 0.25％、稀土0.05％、Ni 1.2％、 P 0.3％、S＜0.1％、余量为Fe及不可避免的杂质。所述稀土为Ce、Nd 的组合物，其中Ce占稀土总质量的40％。
防腐耐磨铬铜合金铸铁的制备，步骤如下：
1)将生铁、废钢、回炉料加入中频电炉中加热至熔融，然后向其中加入锰铁、铬铁、硼砂、稀土镍合金、磷矿石，调节温度为1480℃，在氮气气氛下进行一次脱氧除渣，其中脱氧剂为碳化硅，然后添加增碳剂，保温5min；
2)然后将电解铜板、电解镍板分次采用包底冲入法加入到铁水中，取样检测并调整成分，合格后升温至1540℃，保温5-6min，进行二次脱氧除渣，其中脱氧剂为碳化硅，然后降温至1470℃出炉，随铁水出炉进行一次孕育，孕育剂为硅钡钙孕育剂；
3)待温度降低至1400℃时进行浇注，随浇注进行二次孕育，孕育剂为硅锶孕育剂；
4)将浇注得到的粗品置于箱式电阻炉内进行退火处理，先在 550℃退火保温3.3h，然后在650℃退火保温3.3h，最后在600℃退火保温2.5h，在退火过程中温度的改变速率为50℃/h，然后随炉冷却至 250℃，取出空冷即得防腐耐磨铬铜合金铸铁。
将本发明实施例进行性能测试：硬度为315HB，抗拉强度为 420MPa，冲击值为10.8J/cm2(以上数据均为实施例平均值)。
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 (6)
1.一种防腐耐磨铬铜合金铸铁，其特征在于，由以下质量百分含量制成：C 2.8-2.9％、Si 1.5-1.6％、Mn 0.7-0.9％、Cr 1.5-1.6％、Cu 2.2-2.5％、B 0.2-0.25％、稀土0.04-0.06％、Ni 0.9-1.4％、P 0.15-0.3％、S＜0.1％、余量为Fe及不可避免的杂质；
其制备步骤如下：
1)将生铁、废钢、回炉料加入中频电炉中加热至熔融，然后向其中加入锰铁、铬铁、硼砂、稀土镍合金、磷矿石，调节温度为1460-1480℃，在氮气气氛下进行一次脱氧除渣，然后添加增碳剂，保温5min；
2)然后将电解铜板、电解镍板分次采用包底冲入法加入到铁水中，取样检测并调整成分，合格后升温至1540℃，保温5-6min，进行二次脱氧除渣，然后降温至1470℃出炉，随铁水出炉进行一次孕育；
3)待温度降低至1380-1400℃时进行浇注，随浇注进行二次孕育；
4)将浇注得到的粗品置于箱式电阻炉内进行退火处理，退火处理分多级退火，先在550℃退火保温3-3.5h，然后在650℃退火保温3-3.5h，最后在600℃退火保温2-3h，然后随炉冷却至250℃，取出空冷即得防腐耐磨铬铜合金铸铁。
2.根据权利要求1所述的防腐耐磨铬铜合金铸铁，其特征在于，由以下质量百分含量制成：C 2.85-2.9％、Si 1.55-1.6％、Mn 0.8-0.9％、Cr 1.55-1.6％、Cu 2.4-2.5％、B 0.22-0.25％、稀土0.05-0.06％、Ni 1.2-1.4％、P 0.25-0.3％、S＜0.1％、余量为Fe及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1或2所述的防腐耐磨铬铜合金铸铁，其特征在于：所述稀土为Ce、Nd的组合物，其中Ce占稀土总质量的40-45％。
4.根据权利要求1所述的防腐耐磨铬铜合金铸铁，其特征在于：步骤1)、2)中脱氧除渣中脱氧剂为碳化硅。
5.根据权利要求1所述的防腐耐磨铬铜合金铸铁，其特征在于：步骤2)中一次孕育中孕育剂为硅钡钙孕育剂，步骤3)中二次孕育中孕育剂为硅锶孕育剂。
6.根据权利要求1所述的防腐耐磨铬铜合金铸铁，其特征在于：所述多 级退火过程中温度的改变速率为50℃/h。
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