CN108707811A - 一种球墨铸铁法兰及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种球墨铸铁法兰，法兰由以下质量分数组分组成，3.0‑4.0％碳、1.8‑3.2％硅、0.2‑1.5％锰、0.03‑0.5％磷、0.02‑0.06％硫、0.04‑2.93％铬、0.06‑0.14％镁、0.81‑4.5％镍、0.03‑0.2％钒、0.5‑1.5％钼、0.05‑1.2％铜、0.044‑0.11％铝，0.5‑1.2％稀土，其余是铁，所有元素质量分数总和为100％，本发明制备按照上述化学配比，通过熔炼、逐级降温制备出的法兰力学和耐腐蚀性能提高、在高温使用时，体积膨胀较小、抗氧化能力强、加工性能优异。

Description

一种球墨铸铁法兰及其制备方法
技术领域
本发明涉及球墨铸铁锻造技术领域，具体涉及一种球墨铸铁法兰及其制备方法。
背景技术
法兰连接就是把两个管道、管件或者器材，先各自固定在一个法兰盘上，用螺栓紧固在一起，完成了连接。有的管件和器材已经自带法兰盘，也是属于法兰连接。法兰连接是管道施工的重要连接方式。法兰连接使用方便，能够承受较大的压力。在工业管道中，法兰连接的使用十分广泛。在家庭内，管道直径小，而且是低压，看不见法兰连接。如果在一个锅炉房或者生产现场，到处都是法兰连接的管道和器材。
法兰作为连接件，其力学强度、韧性、耐温范围、耐酸碱和耐水性能力大小决定了法兰的使用寿命和场合。球墨铸铁是20世纪五十年代发展起来的一种高强度铸铁材料，其综合性能接近于钢，正是基于其优异的性能，已成功地用于铸造一些受力复杂，强度、韧性、耐磨性要求较高的零件。球墨铸铁已迅速发展为仅次于灰铸铁的、应用十分广泛的铸铁材料。所谓"以铁代钢"，主要指球墨铸铁。但是现有技术中还没有采用球磨铸铁来制备法兰，所以本发明提供了一种制备球磨铸铁法兰的制备方法。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种球墨铸铁法兰，所述法兰由以下质量分数组分组成，3.0-4.0％碳、1.8-3.2％硅、0.2-1.5％锰、0.03-0.5％磷、0.02-0.06％硫、0.04-2.93％铬、0.06-0.14％镁、0.81-4.5％镍、0.03-0.2％钒、0.5-1.5％钼、0.05-1.2％铜、0.044-0.11％铝、0.5-1.2％稀土，其余是铁，所有元素质量分数总和为100％。
优选地，上述球墨铸铁法兰由以下质量分数组分组成3.5％碳、2.5％硅、0.85％锰、0.26％磷、0.04％硫、1.5％铬、0.1％镁、2.6％镍、0.12％钒、1.0％钼、0.65％铜、0.065％铝、0.85％稀土，其余是铁，所有元素质量分数总和为100％。
其中，上述球墨铸铁法兰的制备方法包括以下步骤，
(1)采用树脂砂利用常规方法铸造法兰的模型，模型采用皓英粉涂料涂刷成型；
(2)将满足权利要求1的所述化学组成的耐热球墨铸铁在锻造炉中熔炼，熔炼温度为1450-1600℃，熔炼时间为2-4h，得到合金熔融液；
(3)将步骤b熔炼后的合金液体注入步骤(1)制备的模型进行浇注，浇注后自然冷却至常温，冷却后进行脱模，并清除树脂砂，得到法兰粗产品；
(4)将步骤(3)中脱模后的粗产品加热至900-980℃，保温2-3h，保温后冷却至750℃；然后再冷却至550℃，接着冷却至300℃，最后在氮气氛围保护下自然冷却，即可得到法兰成品。
优选地，上述步骤(4)中将脱模后的粗产品放入加热炉中，在900-980℃保温2-3h后，将炉温调整至750℃，让粗品在750℃条件下冷却至450℃；接着将炉温调至550℃，让粗品随炉温一起缓慢下降至550℃；最后将炉温调至300℃，让粗品随炉温一起缓慢下降至300℃。
优选地，上述步骤(4)中升温速率为5℃/min。
优选地，上述步骤(4)中炉温加热到920-960℃，保温2-3h。
本发明的有益效果为：
(1)加入质量分数为0.5-1.2％稀土时，有利于石墨球数量增加，体积变小，即稀土具有“核”的作用。石墨球体积减小，数量增加，石墨球化率提高，有利于提高石墨球的分散均匀度，宏观表现为球墨铸铁各部分的化学性能均一，石墨铸铁力学和耐腐蚀性能提高；
(2)0.81-4.5％镍、0.04-2.93％铬和0.2-1.5％锰在铸铁中生成Ni-Cr-Mn四元金属化合物，该四元金属化合物能够降低铸铁的膨胀系数，使铸铁在高温使用时，体积膨胀较小，延长铸铁寿命。
(3)0.04-2.93％铬、0.81-4.5％镍、0.5-1.5％钼和0.03-0.2％钒在900℃时生成Cr-Ni-Mo-Vr四元金属化合物，该四元金属化合物能够提高铸铁在800℃以上时的抗氧化能力。
(4)采用750℃、550℃以及300℃逐级缓慢降温，有利于奥氏体晶粒长大，晶粒便捷趋向平直化。奥氏体塑性好，所以通过逐级缓慢降温，有利于提高铸件加工性能。
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，下面将结合本发明的实施例，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：
本发明提供了一种球墨铸铁法兰，所述法兰由以下质量分数组分组成，3.0％碳、1.8％硅、0.2％锰、0.03％磷、0.02％硫、0.04％铬、0.06％镁、0.81％镍、0.03％钒、0.5％钼、0.05％铜、0.044％铝，0.5％稀土，其余是铁，所有元素质量分数总和为100％。
其中，球墨铸铁法兰的制备方法包括以下步骤，
(1)采用树脂砂利用常规方法铸造法兰的模型，模型采用皓英粉涂料涂刷成型；
(2)将满足权利要求1的所述化学组成的耐热球墨铸铁在锻造炉中熔炼，熔炼温度为1450-1600℃，熔炼时间为2-4h，得到合金熔融液；
(3)将步骤b熔炼后的合金液体注入步骤(1)制备的模型进行浇注，浇注后自然冷却至常温，冷却后进行脱模，并清除树脂砂，得到法兰粗产品；
(4)将步骤(3)中脱模后的粗产品以5℃/min升温速率加热至900-980℃，保温2-3h，然后将炉温调整至750℃，让粗品在750℃条件下冷却至450℃；接着将炉温调至550℃，让粗品随炉温一起缓慢下降至550℃；最后将炉温调至300℃，让粗品随炉温一起缓慢下降至300℃，最后空气自然冷却得到法兰成品。
实施例2：
本发明提供了一种球墨铸铁法兰，所述法兰由以下质量分数组分组成，4.0％碳、3.2％硅、1.5％锰、0.5％磷、0.06％硫、2.93％铬、0.14％镁、4.5％镍、0.2％钒、1.5％钼、1.2％铜、0.11％铝，1.2％稀土，其余是铁，所有元素质量分数总和为100％。
其中，球墨铸铁法兰的制备方法包括以下步骤，
(1)采用树脂砂利用常规方法铸造法兰的模型，模型采用皓英粉涂料涂刷成型；
(2)将满足权利要求1的所述化学组成的耐热球墨铸铁在锻造炉中熔炼，熔炼温度为1450-1600℃，熔炼时间为2-4h，得到合金熔融液；
(3)将步骤b熔炼后的合金液体注入步骤(1)制备的模型进行浇注，浇注后自然冷却至常温，冷却后进行脱模，并清除树脂砂，得到法兰粗产品；
(4)将步骤(3)中脱模后的粗产品以5℃/min升温速率加热至900-980℃，保温2-3h，然后将炉温调整至750℃，让粗品在750℃条件下冷却至450℃；接着将炉温调至550℃，让粗品随炉温一起缓慢下降至550℃；最后将炉温调至300℃，让粗品随炉温一起缓慢下降至300℃，最后空气自然冷却得到法兰成品。
实施例3：
本发明提供了一种球墨铸铁法兰，所述法兰由以下质量分数组分组成，3.3％碳、2.2％硅、0.5％锰、0.20％磷、0.03％硫、0.84％铬、0.09％镁、0.18％镍、0.08％钒、0.8％钼、0.45％铜、0.068％铝，0.7％稀土，其余是铁，所有元素质量分数总和为100％。
其中，球墨铸铁法兰的制备方法包括以下步骤，
(1)采用树脂砂利用常规方法铸造法兰的模型，模型采用皓英粉涂料涂刷成型；
(2)将满足权利要求1的所述化学组成的耐热球墨铸铁在锻造炉中熔炼，熔炼温度为1450-1600℃，熔炼时间为2-4h，得到合金熔融液；
(3)将步骤b熔炼后的合金液体注入步骤(1)制备的模型进行浇注，浇注后自然冷却至常温，冷却后进行脱模，并清除树脂砂，得到法兰粗产品；
(4)将步骤(3)中脱模后的粗产品以5℃/min升温速率加热至900-980℃，保温2-3h，然后将炉温调整至750℃，让粗品在750℃条件下冷却至450℃；接着将炉温调至550℃，让粗品随炉温一起缓慢下降至550℃；最后将炉温调至300℃，让粗品随炉温一起缓慢下降至300℃，最后空气自然冷却得到法兰成品。
实施例4：
本发明提供了一种球墨铸铁法兰，所述法兰由以下质量分数组分组成，3.6％碳、2.6％硅、0.6％锰、0.34％磷、0.04％硫、1.64％铬、0.12％镁、2.6％镍、0.11％钒、0.8％钼、0.79％铜、0.088％铝，0.9％稀土，其余是铁，所有元素质量分数总和为100％。
其中，球墨铸铁法兰的制备方法包括以下步骤，
(1)采用树脂砂利用常规方法铸造法兰的模型，模型采用皓英粉涂料涂刷成型；
(2)将满足权利要求1的所述化学组成的耐热球墨铸铁在锻造炉中熔炼，熔炼温度为1450-1600℃，熔炼时间为2-4h，得到合金熔融液；
(3)将步骤b熔炼后的合金液体注入步骤(1)制备的模型进行浇注，浇注后自然冷却至常温，冷却后进行脱模，并清除树脂砂，得到法兰粗产品；
(4)将步骤(3)中脱模后的粗产品以5℃/min升温速率加热至900-980℃，保温2-3h，然后将炉温调整至750℃，让粗品在750℃条件下冷却至450℃；接着将炉温调至550℃，让粗品随炉温一起缓慢下降至550℃；最后将炉温调至300℃，让粗品随炉温一起缓慢下降至300℃，最后空气自然冷却得到法兰成品。
实施例5：
本发明提供了一种球墨铸铁法兰，所述法兰由以下质量分数组分组成，3.8％碳、3.0％硅、1.2％锰、0.35％磷、0.05％硫、1.84％铬、0.12％镁、3.41％镍、0.15％钒、1.1％钼、0.85％铜、0.09％铝，0.9％稀土，其余是铁，所有元素质量分数总和为100％。
其中，球墨铸铁法兰的制备方法包括以下步骤，
(1)采用树脂砂利用常规方法铸造法兰的模型，模型采用皓英粉涂料涂刷成型；
(2)将满足权利要求1的所述化学组成的耐热球墨铸铁在锻造炉中熔炼，熔炼温度为1450-1600℃，熔炼时间为2-4h，得到合金熔融液；
(3)将步骤b熔炼后的合金液体注入步骤(1)制备的模型进行浇注，浇注后自然冷却至常温，冷却后进行脱模，并清除树脂砂，得到法兰粗产品；
(4)将步骤(3)中脱模后的粗产品以5℃/min升温速率加热至900-980℃，保温2-3h，然后将炉温调整至750℃，让粗品在750℃条件下冷却至450℃；接着将炉温调至550℃，让粗品随炉温一起缓慢下降至550℃；最后将炉温调至300℃，让粗品随炉温一起缓慢下降至300℃，最后空气自然冷却得到法兰成品。
表1实施例1-5中成品石墨球化率和面积率情况
测量实施例1-5中得到成品中石墨球化率和面积率情况，同时测量没有添加稀土所制备出的成品中石墨球化率和面积率，如表1所示，由表1可知，所述不添加稀土制备出的成品中石墨球化率和面积率均低于添加稀土的实施例，所以添加稀土元素能够显著提高石墨球化率和面积率，即提高球墨铸铁法兰的力学性能和耐腐蚀性能。
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)

1.一种球墨铸铁法兰，其特征在于，所述法兰由以下质量分数组分组成，3.0-4.0％碳、1.8-3.2％硅、0.2-1.5％锰、0.03-0.5％磷、0.02-0.06％硫、0.04-2.93％铬、0.06-0.14％镁、0.81-4.5％镍、0.03-0.2％钒、0.5-1.5％钼、0.05-1.2％铜、0.044-0.11％铝，0.5-1.2％稀土，其余是铁，所有元素质量分数总和为100％。
2.根据权利要求1所述的球墨铸铁法兰，其特征在于，所述球墨铸铁法兰由以下质量分数组分组成3.5％碳、2.5％硅、0.85％锰、0.26％磷、0.04％硫、1.5％铬、0.1％镁、2.6％镍、0.12％钒、1.0％钼、0.65％铜、0.065％铝、0.85％稀土其余是铁，所有元素质量分数总和为100％。
3.一种如权利要求1所述的球墨铸铁法兰的制备方法，其特征在于，所述球墨铸铁法兰的制备方法包括以下步骤，
(1)铸造模型:采用树脂砂利用常规方法铸造法兰的模型，模型采用皓英粉涂料涂刷成型；
(2)将满足权利要求1的所述化学组成的耐热球墨铸铁在锻造炉中熔炼，熔炼温度为1450-1600℃，熔炼时间为2-4h，得到合金熔融液；
(3)将步骤b熔炼后的合金液体注入步骤(1)制备的模型进行浇注，浇注后自然冷却至常温，冷却后进行脱模，并清除树脂砂，得到法兰粗产品；
(4)将步骤(3)中脱模后的粗产品加热至900-980℃，保温2-3h，保温后冷却至750℃；然后再冷却至550℃，接着冷却至300℃，最后在氮气氛围保护下自然冷却，即可得到法兰成品。
4.根据权利要求3所述的球墨铸铁法兰的其制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中将脱模后的粗产品放入加热炉中，在900-980℃保温2-3h后，将炉温调整至750℃，让粗品在750℃条件下冷却至450℃；接着将炉温调至550℃，让粗品随炉温一起缓慢下降至550℃；最后将炉温调至300℃，让粗品随炉温一起缓慢下降至300℃。
5.根据权利要求3所述的球墨铸铁法兰的其制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中升温速率为5℃/min。
6.根据权利要求3所述的球墨铸铁法兰的其制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中炉温加热到920-960℃，保温2-3h。
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