CN109957703A - 一种耐磨铸造高铬白口铸铁 - Google Patents

一种耐磨铸造高铬白口铸铁 Download PDF

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Abstract

本发明涉及铸造材料技术领域，尤其是一种耐磨铸造高铬白口铸铁，铸铁的化学成分按质量百分比计，铬占12％‑20％、碳占2％‑4％、锰占2％‑5％、硅占0.5％‑1.5％、钒占1％‑2％、铝占0.5％‑1.5％、磷占0％‑0.06％、硫占0％‑0.06％、钼占0％‑1％，余量为铁，本发明合理改变铬元素和锰元素的质量百分比含量，有效的提高了高铬铸铁的韧性，通过加入混合稀土硅铁进行变质，大大提高了高铬铸铁的力学性能。

Description

一种耐磨铸造高铬白口铸铁
技术领域
本发明涉及铸造材料技术领域，尤其涉及一种耐磨铸造高铬白口铸铁。
背景技术
高铬铸铁是高铬白口抗磨铸铁的简称，是一种性能优良而受到特别重视的抗磨材料；它以比合金钢高得多的耐磨性，比一般的白口铸铁高得多的韧性、强度，同时它还兼有良好的抗高温和抗腐蚀性能，加之生产便捷、成本适中，而被誉为当代最优良的抗磨料磨损材料之一，混凝土搅拌机广泛应用于建筑及工程建设等部门，是一种重要的工程机械，其搅拌叶片是搅拌机的重要部件，在工作中承受挤压、弯曲和磨损等多种载荷，工作条件非常苛刻，混凝土搅拌机衬板和搅拌叶片多用耐磨材料制作，其中，高铬白口铁是一种常用材质，应用范围很广，为此，科研工作者为了提高高铬铸铁耐磨耐蚀性，开展了大量的研究开发工作，采用提高高铬铸铁中的碳、铬以增加碳化物数量，可使耐磨性大幅提高，但过高的碳和铬使高铬铸铁出现粗大的初生碳化物而使材料韧性急剧下降，同时粗大的初生碳化物在磨损过程中极易破碎，而使得无法实现大规模的工业化应用，因此，控制和改善过共晶高铬铸铁中初生碳化物形态和粒度，即获得细小、均匀分布的初生碳化物是实现过共晶高铬白口铸铁规模化工业应用的关键。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在铬的初生碳化物过高使材料韧性下降的缺点，而提出的一种耐磨铸造高铬白口铸铁。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
设计一种耐磨铸造高铬白口铸铁，所述铸铁的化学成分按质量百分比计，铬占12％-13％、碳占2％-4％、锰占5％-8％、硅占0.5％-1.5％、钒占1％-2％、铝占0.5％-1.5％、磷占0％-0.6％、硫占0％-0.6％、余量为铁。
优选的，所述铬元素主要以碳化物的形式存在，在铬的质量百分比含量超过12％后，会全部生成M7C3共晶体，而M7C3型化合物为分散杆条状分布，是比较理想化的碳化物形态，所以保证铬的质量百分比含量为12％-13％碳化物处于最佳状态。
优选的，所述锰元素能够显著的扩大奥氏体区，提高铸铁的淬透性，有效降低了奥氏体和马氏体两相自由能之差达到相变所需的最小驱动力时温度，增加了奥氏体的稳定性，提高了铸铁的韧性，所以锰的质量百分比含量占5％-8％时奥氏体的稳定性更高。
优选的，所述碳元素对铸铁的力学性能影响很大，一般碳元素的含量越高，铸铁的宏观硬度越高，耐磨性越高，但是其韧性降低，为了保证碳元素的含量不影响铸铁的韧性，所以碳质量百分比含量占2％-4％可以保证铸铁的韧性很高。
优选的，所述硅元素的存在形式是混合稀土硅铁存在，主要起到变质剂的作用，加入质量百分比为0.5％的混合稀土硅铁，可以有效提高铸铁的冲击韧性，而加入混合稀土硅铁的质量百分比超过1.5％后，铸铁的冲击韧性和硬度均有大幅度的下降，所以硅的质量百分比占0.5％-1.5％可以保证铸铁的冲击韧性处于最佳状态。
本发明还提供了一种耐磨铸造高铬白口铸铁的制备方法，其特征在于，包括如下步骤；
步骤1：根据权利要求1的高铬白口铸铁的质量分数要求确定铬、锰、钒元素的质量比，确定它们的配比关系，并进行配料；
步骤2：在浇包中加入铁水，然后按照质量百分比加入0.25％-0.75％的混合稀土硅铁，且将混合稀土硅铁破碎成块状；
步骤3：将生铁在中频感应电炉中加热至熔化，当铁水熔清后，在铁水包中加入0.25％-0.75％的混合稀土硅铁，然后加入铬、锰、钒金属元素进一步熔清；
步骤4：采用铝丝脱氧后，将铁水倒入存有小块状的稀土硅合金的浇包内，进行变质、除渣处理；
步骤5：当铁水温度降至1350到1400摄氏度时，将铁水浇入水玻璃砂型中浇注成型，得到过共晶高铬白口铸铁；
步骤6：将高铬白口铸铁铁件放置在热处理炉内进行热处理，依次进行淬火、出炉冷却、回火、出炉空冷处理。
优选的，在步骤3中，将电炉功率调至最大进行熔化，由于铬元素的熔炼损耗较大，故铬铁应在最后加入，通常是待废钢全部熔化后加入烤红的铬铁。
优选的，在步骤6中，开始以小于55摄氏度每小时的升温速度升至700摄氏度保温1到3小时，随后以小于85摄氏度每小时的升温速度升至1000到1050摄氏度保温，保温时间以铸件厚度每20毫米保温1小时另加2小时，然后出炉空冷至450到500摄氏度后转入500摄氏度回火炉中，在此温度下保温1到2小时，炉冷至100摄氏度，出炉空冷至室温。
本发明提出的一种耐磨铸造高铬白口铸铁，有益效果在于：
1、本发明合理改善铬元素的百分比含量，实验可以表明铬的质量百分比含量为12％-13％之间时M7C3碳化物处于最佳状态，从而有效提高了铸铁的韧性；
2、本发明加入混合稀土硅铁进行变质处理，实验可以表明混合稀土硅铁质量百分比含量为0.5％-1.5％可以保证铸铁的冲击韧性处于最佳状态。
具体实施方式
下面结合具体实施例来对本发明做进一步说明。
一种耐磨铸造高铬白口铸铁，铸铁的化学成分按质量百分比计，铬占12％-13％、碳占2％-4％、锰占5％-8％、硅占0.5％-1.5％、钒占1％-2％、铝占0.5％-1.5％、磷占0％-0.6％、硫占0％-0.6％、余量为铁。
其中，铬元素主要以碳化物的形式存在，在铬的质量百分比含量超过12％后，会全部生成M7C3共晶体，而M7C3型化合物为分散杆条状分布，是比较理想化的碳化物形态，所以保证铬的质量百分比含量为12％-13％碳化物处于最佳状态，锰元素能够显著的扩大奥氏体区，提高铸铁的淬透性，有效降低了奥氏体和马氏体两相自由能之差达到相变所需的最小驱动力时温度，增加了奥氏体的稳定性，提高了铸铁的韧性，所以锰的质量百分比含量占5％-8％时奥氏体的稳定性更高。
碳元素对铸铁的力学性能影响很大，一般碳元素的含量越高，铸铁的宏观硬度越高，耐磨性越高，但是其韧性降低，为了保证碳元素的含量不影响铸铁的韧性，所以碳质量百分比含量占2％-4％可以保证铸铁的韧性很高，硅元素的存在形式是混合稀土硅铁存在，主要起到变质剂的作用，加入质量百分比为0.5％的混合稀土硅铁，可以有效提高铸铁的冲击韧性，而加入混合稀土硅铁的质量百分比超过1.5％后，铸铁的冲击韧性和硬度均有大幅度的下降，所以硅的质量百分比占0.5％-1.5％可以保证铸铁的冲击韧性处于最佳状态。
本发明还提供了一种耐磨铸造高铬白口铸铁的制备方法，包括如下步骤；
步骤1：根据权利要求1的高铬白口铸铁的质量分数要求确定铬、锰、钒元素的质量比，确定它们的配比关系，并进行配料；
步骤2：在浇包中加入铁水，然后按照质量百分比加入0.25％-0.75％的混合稀土硅铁，且将混合稀土硅铁破碎成块状；
步骤3：将生铁在中频感应电炉中加热至熔化，当铁水熔清后，在铁水包中加入0.25％-0.75％的混合稀土硅铁，然后加入铬、锰、钒金属元素进一步熔清；
步骤4：采用铝丝脱氧后，将铁水倒入存有小块状的稀土硅合金的浇包内，进行变质、除渣处理；
步骤5：当铁水温度降至1350到1400摄氏度时，将铁水浇入水玻璃砂型中浇注成型，得到过共晶高铬白口铸铁；
步骤6：将高铬白口铸铁铁件放置在热处理炉内进行热处理，依次进行淬火、出炉冷却、回火、出炉空冷处理。
其中，在步骤3中，将电炉功率调至最大进行熔化，由于铬元素的熔炼损耗较大，故铬铁应在最后加入，通常是待废钢全部熔化后加入烤红的铬铁；在步骤6中，开始以小于55摄氏度每小时的升温速度升至700摄氏度保温1到3小时，随后以小于85摄氏度每小时的升温速度升至1000到1050摄氏度保温，保温时间以铸件厚度每20毫米保温1小时另加2小时，然后出炉空冷至450到500摄氏度后转入500摄氏度回火炉中，在此温度下保温1到2小时，炉冷至100摄氏度，出炉空冷至室温。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种耐磨铸造高铬白口铸铁，其特征在于，所述铸铁的化学成分按质量百分比计，铬占12％-20％、碳占2％-4％、锰占2％-5％、硅占0.5％-1.5％、钒占1％-2％、铝占0.5％-1.5％、磷占0％-0.06％、硫占0％-0.06％、钼占0％-1％，余量为铁。
2.根据权利要求1所述的一种耐磨铸造高铬白口铸铁，其特征在于，所述铬元素主要以碳化物的形式存在，在铬的质量百分比含量超过12％后，会全部生成M7C3共晶体，而M7C3型化合物为分散杆条状分布，是比较理想化的碳化物形态，所以保证铬的质量百分比含量为12％-20％碳化物处于最佳状态。
3.根据权利要求1所述的一种耐磨铸造高铬白口铸铁，其特征在于，所述锰元素能够显著的扩大奥氏体区，提高铸铁的淬透性，有效降低了奥氏体和马氏体两相自由能之差达到相变所需的最小驱动力时温度，增加了奥氏体的稳定性，提高了铸铁的韧性，所以锰的质量百分比含量占2％-5％时奥氏体的稳定性更高。
4.根据权利要求1所述的一种耐磨铸造高铬白口铸铁，其特征在于，所述碳元素对铸铁的力学性能影响很大，一般碳元素的含量越高，铸铁的宏观硬度越高，耐磨性越高，但是其韧性降低，为了保证碳元素的含量不影响铸铁的韧性，所以碳质量百分比含量占2％-4％可以保证铸铁的韧性很高。
5.根据权利要求1所述的一种耐磨铸造高铬白口铸铁，其特征在于，所述硅元素的存在形式是混合稀土硅铁存在，主要起到变质剂的作用，加入质量百分比为0.3％-1.5％的混合稀土硅铁，可以有效提高铸铁的冲击韧性，而加入混合稀土硅铁的质量百分比超过1.5％后，铸铁的冲击韧性和硬度均有大幅度的下降，所以硅的质量百分比占0.3％-1.5％可以保证铸铁的冲击韧性处于最佳状态。
6.一种根据权利要求1-5所述的一种耐磨铸造高铬白口铸铁的制备方法，其特征在于，包括如下步骤；
步骤1：根据权利要求1的高铬白口铸铁的质量分数要求确定铬、锰、钒等元素的质量比，确定它们的配比关系，并进行配料；
步骤2：为减少合金的烧损，应先将生铁、废钢在中频感应电炉中加热至熔化，当铁水熔清后，然后加入铬、锰、钒等金属元素进一步熔清；
步骤3：在浇包内按照质量百分比加入0.25％-0.75％的混合稀土硅铁，且将混合稀土硅铁破碎成块状；
步骤4：经炉前成分检测合格后，采用铝丝脱氧，在将铁水倒入存有小块状的稀土硅合金的浇包内，进行变质、最后在进行除渣处理；
步骤5：当铁水温度在1380到1450摄氏度时，将铁水浇入树脂砂型中浇注成型，得到过共晶高铬白口铸铁；
步骤6：将高铬白口铸铁铁件放置在热处理炉内进行热处理，依次进行淬火、出炉冷却、回火、出炉空冷处理。
7.根据权利要求6所述的一种耐磨铸造高铬白口铸铁的制备方法，其特征在于，在步骤3中，将电炉功率调至最大进行熔化，由于铬元素的熔炼损耗较大，故铬铁应在最后加入，通常是待废钢全部熔化后加入烤红的铬铁。
8.根据权利要求6所述的一种耐磨铸造高铬白口铸铁的制备方法，其特征在于，在步骤6中，开始以小于60摄氏度每小时的升温速度升至700摄氏度保温1到3小时，随后以小于85摄氏度每小时的升温速度升至1000到1050摄氏度保温，保温时间以铸件厚度每20毫米保温1小时另加2小时，然后出炉空冷，最后在转入低于400摄氏度回火炉中，在此温度下保温2到4小时，炉冷至100摄氏度，出炉空冷至室温。
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