CN111485164B - 一种强化低铬合金铸件耐磨性能的铸造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种强化低铬合金铸件耐磨性能的铸造方法，涉及合金铸造技术领域，包括以下步骤：1)熔炼：将低铬合金铸件原料投入到中频感应炉中，碱性炉衬，加热熔炼，熔炼温度为1510‑1550℃，当达到熔炼温度后，加入生石灰进行除渣，然后插入纯铝进行脱氧处理，同时加入钛铁合金进行定氮处理，处理完毕后得到合金液，并准备出炉，出炉温度为1460‑1490℃；2)变质、净化、浇铸；3)热处理。本发明在合理的元素配比以及有针对性的铸造方法和工艺参数制备出的铸件具有较高硬度、抗冲击韧性以及良好的耐磨性。

Description

一种强化低铬合金铸件耐磨性能的铸造方法
技术领域
本发明涉及合金铸造技术领域，具体涉及一种强化低铬合金铸件耐磨性能的铸造方法。
背景技术
随着科学技术和现代工业的高速发展，机械设备的运转速度越来越高，受摩擦磨损报废零件的速度也越来越快，使用寿命越来越成为影响现代设备生产效率的重要因素，尽管材料磨损很少引起金属工件灾难性的危害，其所造成的能源和材料消耗是十分惊人的。耐磨金属材料的消耗大多集中在钢铁材料的磨损。因此，增强材料的耐磨性有很重大的现实意义。
铸铁是含碳量大于2.11％的铁碳合金，低铬合金铸铁是指含铬在2-4％的合金铸铁，低铬铸铁一般为亚共晶成分，共晶碳化物为M3C型，连续分布的碳化物使铸件冲击韧性变差。铸态的低铬铸铁，基体组织为珠光体，与非合金铸铁相比，冲击韧性的硬度有所提高，但并未改变共晶渗碳体的分布状态，使珠光体基体仍处于被分割状态，硬度、抗冲击韧性等性能仍不高，耐磨性较差，因此，需要提供一种新的铸造方法以提升低铬合金铸件的硬度、抗冲击韧性以及耐磨性能等。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种强化低铬合金铸件耐磨性能的铸造方法，在合理的元素配比以及有针对性的铸造方法和工艺参数制备出的铸件具有较高硬度、抗冲击韧性以及良好的耐磨性。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种强化低铬合金铸件耐磨性能的铸造方法，包括以下步骤：
1)熔炼：将低铬合金铸件原料投入到中频感应炉中，碱性炉衬，加热熔炼，熔炼温度为1510-1550℃，当达到熔炼温度后，加入生石灰进行除渣，然后插入纯铝进行脱氧处理，同时加入钛铁合金进行定氮处理，处理完毕后得到合金液，并准备出炉，出炉温度为1460-1490℃，该合金液中各元素按照重量百分比包括C 2.5-3.5％、Cr 2.5-3.7％、Si0.8-1.8％、Mn 0.5-1.0％、W 0.2-0.8％、Mo 1.2-1.7％、V 0.7-1.2％、Ni0.05-0.11％、Sn 1.1-1.6％、Sb 0.4-0.9％、Re 0.02-0.06％、Al 0.01-0.05％、Ti 0.02-0.07％、N 0.01-0.05％、S≦0.01％、P≦0.01％；
2)变质、净化、浇铸：将出炉后的合金液倒入放有稀土镁合金的浇包中，对合金液进行变质处理，同时向浇包中吹入氩气，净化合金液，控制合金液温度为1390-1440℃，进行浇铸，得铸件；
3)热处理：首先，对铸件进行等温球化退火处理，具体操作为：将铸件加热到850-890℃，保温2h，随后将温度降至750-790℃，保温4h后随炉冷却至室温；其次，对铸件进行淬火处理，具体操作为：将铸件加热到980-1030℃，保温4-6h，后水淬冷却至室温；最后，对铸件进行回火处理，具体操作为：将铸件升温至250-350℃，保温8-10h，随后空冷至室温。
进一步的，步骤1)中合金液中各元素按照重量百分比包括C2.7-3.1％、Cr 2.9-3.3％、Si 1.1-1.5％、Mn 0.6-0.8％、W 0.4-0.7％、Mo1.4-1.6％、V 0.9-1.1％、Ni 0.08-0.10％、Sn 1.2-1.4％、Sb 0.5-0.7％、Re0.03-0.05％、Al 0.02-0.04％、Ti 0.04-0.06％、N 0.02-0.04％、S≦0.01％、P≦0.01％。
进一步的，步骤1)中合金液中各元素按照重量百分比包括C 2.9％、Cr 3.1％、Si1.2％、Mn 0.7％、W 0.5％、Mo 1.5％、V 1.0％、Ni 0.09％、Sn 1.3％、Sb 0.6％、Re0.04％、Al 0.03％、Ti 0.05％、N 0.03％、S≦0.01％、P≦0.01％。
进一步的，步骤1)中，所述碱性炉衬材料为镁铝尖晶石或镁砂。
进一步的，步骤1)中，纯铝的加入量为合金液重量的0.15-0.25％，钛铁合金的加入量为合金液重量的0.03-0.9％。
进一步的，步骤3)中，等温球化退火处理时升温速率为30-60℃/h，降温速率为40-50℃/h，淬火处理时升温速率为70-90℃/h，回火处理时升温速率为20-40℃/h。
(三)有益效果
本发明提供了一种强化低铬合金铸件耐磨性能的铸造方法，铸件原料合金元素配比合理，其中，Mo元素既可以溶于奥氏体或铁素体中形成固溶体，又可与C化合形成碳化物，有很好的固溶强化作用，可提高铸件的硬度，并且在回火过程中，Mo能很好的抑制碳化物聚集，稳定铸件在较高温度时的强度和硬度，并且还可以使碳化物分布均匀，提高铸件的抗冲击韧性；V能够细化马氏体晶粒，与C结合能形成强碳化物，并且V在铸件中弥散度很好，可显著提高铸件的耐磨性。
铸件在热处理时，在850-890℃、750-790℃采用等温球化退火处理铸件可有效消除残余应力，细化晶粒，改善组织，提高铸件的硬度、抗冲击韧性等力学性能，同时作为淬火处理的预处理能够有效的消除铸造应力在工件加工时产生的加工开裂现象；本发明铸件在980-1030℃温度下可完全奥氏体化，在水淬快速冷却后可获得大量马氏体，有利于强化铸件的硬度及耐磨性，在250-350℃温度下回火处理，可减少或者消除淬火应力，防止变形与开裂，改善硬度和韧性，平衡马氏体与残余奥氏体组织，提高塑性。
本发明在合理的元素配比以及有针对性的铸造方法和工艺参数制备出的铸件具有较高硬度、抗冲击韧性以及良好的耐磨性。
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，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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：
一种强化低铬合金铸件耐磨性能的铸造方法，包括以下步骤：
1)熔炼：将低铬合金铸件原料投入到中频感应炉中，碱性炉衬，该碱性炉衬材料为镁铝尖晶石，加热熔炼，熔炼温度为1530℃，当达到熔炼温度后，加入生石灰进行除渣，然后插入纯铝进行脱氧处理，纯铝的加入量为合金液重量的0.2％，同时加入钛铁合金进行定氮处理，钛铁合金的加入量为合金液重量的0.04％，处理完毕后得到合金液，并准备出炉，出炉温度为1470℃，该合金液中各元素按照重量百分比包括C 2.9％、Cr 3.1％、Si 1.2％、Mn0.7％、W 0.5％、Mo 1.5％、V 1.0％、Ni 0.09％、Sn 1.3％、Sb 0.6％、Re 0.04％、Al0.03％、Ti 0.05％、N 0.03％、S≦0.01％、P≦0.01％；
2)变质、净化、浇铸：将出炉后的合金液倒入放有稀土镁合金的浇包中，对合金液进行变质处理，同时向浇包中吹入氩气，净化合金液，控制合金液温度为1400℃，进行浇铸，得铸件；
3)热处理：首先，对铸件进行等温球化退火处理，具体操作为：以50℃/h升温速率将铸件加热到880℃，保温2h，随后以40℃/h降温速率为将温度降至760℃，保温4h后随炉冷却至室温；其次，对铸件进行淬火处理，具体操作为：以80℃/h升温速率将铸件加热到990℃，保温6h，后水淬冷却至室温；最后，对铸件进行回火处理，具体操作为：以30℃/h升温速率将铸件升温至280℃，保温9h，随后空冷至室温。
实施例2：
一种强化低铬合金铸件耐磨性能的铸造方法，包括以下步骤：
1)熔炼：将低铬合金铸件原料投入到中频感应炉中，碱性炉衬，该碱性炉衬材料为镁砂，加热熔炼，熔炼温度为1510℃，当达到熔炼温度后，加入生石灰进行除渣，然后插入纯铝进行脱氧处理，纯铝的加入量为合金液重量的0.25％，同时加入钛铁合金进行定氮处理，钛铁合金的加入量为合金液重量的0.06％，处理完毕后得到合金液，并准备出炉，出炉温度为1470℃，该合金液中各元素按照重量百分比包括C2.5％、Cr 3.3％、Si 0.8％、Mn 0.8％、W 0.2％、Mo 1.6％、V 0.7％、Ni 0.10％、Sn 1.1％、Sb 0.7％、Re 0.02％、Al 0.04％、Ti0.02％、N 0.04％、S≦0.01％、P≦0.01％；
2)变质、净化、浇铸：将出炉后的合金液倒入放有稀土镁合金的浇包中，对合金液进行变质处理，同时向浇包中吹入氩气，净化合金液，控制合金液温度为1420℃，进行浇铸，得铸件；
3)热处理：首先，对铸件进行等温球化退火处理，具体操作为：以30℃/h升温速率将铸件加热到850℃，保温2h，随后以45℃/h降温速率为将温度降至760℃，保温4h后随炉冷却至室温；其次，对铸件进行淬火处理，具体操作为：以90℃/h升温速率将铸件加热到1030℃，保温4h，后水淬冷却至室温；最后，对铸件进行回火处理，具体操作为：以40℃/h升温速率将铸件升温至350℃，保温8h，随后空冷至室温。
实施例3：
一种强化低铬合金铸件耐磨性能的铸造方法，包括以下步骤：
1)熔炼：将低铬合金铸件原料投入到中频感应炉中，碱性炉衬，该碱性炉衬材料为镁铝尖晶石，加热熔炼，熔炼温度为1550℃，当达到熔炼温度后，加入生石灰进行除渣，然后插入纯铝进行脱氧处理，纯铝的加入量为合金液重量的0.22％，同时加入钛铁合金进行定氮处理，钛铁合金的加入量为合金液重量的0.08％，处理完毕后得到合金液，并准备出炉，出炉温度为1460℃，该合金液中各元素按照重量百分比包括C 3.5％、Cr 2.9％、Si 1.8％、Mn 0.6％、W 0.8％、Mo 1.4％、V 1.2％、Ni 0.08％、Sn 1.6％、Sb 0.5％、Re 0.06％、Al0.02％、Ti 0.07％、N 0.02％、S≦0.01％、P≦0.01％；
2)变质、净化、浇铸：将出炉后的合金液倒入放有稀土镁合金的浇包中，对合金液进行变质处理，同时向浇包中吹入氩气，净化合金液，控制合金液温度为1390℃，进行浇铸，得铸件；
3)热处理：首先，对铸件进行等温球化退火处理，具体操作为：以40℃/h升温速率将铸件加热到870℃，保温2h，随后以40℃/h降温速率为将温度降至750℃，保温4h后随炉冷却至室温；其次，对铸件进行淬火处理，具体操作为：以80℃/h升温速率将铸件加热到1020℃，保温6h，后水淬冷却至室温；最后，对铸件进行回火处理，具体操作为：以40℃/h升温速率将铸件升温至250℃，保温10h，随后空冷至室温。
对本发明实施例1-3制备的铸件进行性能检测，其结果如表1所示：
表1：
实施例1 实施例2 实施例3
表面硬度(HRC) 66 64 65
冲击韧性(J/cm<sup>2</sup>) 31 28 29
综上，本发明实施例具有如下有益效果：本发明实施例1-3制备的铸件具有硬度高、冲击韧性强，耐磨性好等优点。
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)

1.一种强化低铬合金铸件耐磨性能的铸造方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)熔炼：将低铬合金铸件原料投入到中频感应炉中，碱性炉衬，加热熔炼，熔炼温度为1510-1550℃，当达到熔炼温度后，加入生石灰进行除渣，然后插入纯铝进行脱氧处理，同时加入钛铁合金进行定氮处理，处理完毕后得到合金液，并准备出炉，出炉温度为1460-1490℃，该合金液中各元素按照重量百分比包括C2.5-3.5％、Cr2.5-3.7％、Si0.8-1.8％、Mn0.5-1.0％、W0.2-0.8％、Mo1.2-1.7％、V0.7-1.2％、Ni0.05-0.11％、Sn1.1-1.6％、Sb0.4-0.9％、Re0.02-0.06％、Al0.01-0.05％、Ti0.02-0.07％、N0.01-0.05％、S≦0.01％、P≦0.01％；
2)变质、净化、浇铸：将出炉后的合金液倒入放有稀土镁合金的浇包中，对合金液进行变质处理，同时向浇包中吹入氩气，净化合金液，控制合金液温度为1390-1440℃，进行浇铸，得铸件；
3)热处理：首先，对铸件进行等温球化退火处理，具体操作为：将铸件加热到850-890℃，保温2h，随后将温度降至750-790℃，保温4h后随炉冷却至室温；其次，对铸件进行淬火处理，具体操作为：将铸件加热到980-1030℃，保温4-6h，后水淬冷却至室温；最后，对铸件进行回火处理，具体操作为：将铸件升温至250-350℃，保温8-10h，随后空冷至室温。
2.如权利要求1所述的强化低铬合金铸件耐磨性能的铸造方法，其特征在于，步骤1)中合金液中各元素按照重量百分比包括C2.7-3.1％、Cr2.9-3.3％、Si1.1-1.5％、Mn0.6-0.8％、W0.4-0.7％、Mo1.4-1.6％、V0.9-1.1％、Ni0.08-0.10％、Sn1.2-1.4％、Sb0.5-0.7％、Re0.03-0.05％、Al0.02-0.04％、Ti0.04-0.06％、N0.02-0.04％、S≦0.01％、P≦0.01％。
3.如权利要求2所述的强化低铬合金铸件耐磨性能的铸造方法，其特征在于，步骤1)中合金液中各元素按照重量百分比包括C2.9％、Cr3.1％、Si1.2％、Mn0.7％、W0.5％、Mo1.5％、V1.0％、Ni0.09％、Sn1.3％、Sb0.6％、Re0.04％、Al0.03％、Ti0.05％、N0.03％、S≦0.01％、P≦0.01％。
4.如权利要求1所述的强化低铬合金铸件耐磨性能的铸造方法，其特征在于，步骤1)中，所述碱性炉衬材料为镁铝尖晶石或镁砂。
5.如权利要求1所述的强化低铬合金铸件耐磨性能的铸造方法，其特征在于，步骤1)中，纯铝的加入量为合金液重量的0.15-0.25％，钛铁合金的加入量为合金液重量的0.03-0.9％。
6.如权利要求1所述的强化低铬合金铸件耐磨性能的铸造方法，其特征在于，步骤3)中，等温球化退火处理时升温速率为30-60℃/h，将温度降至750-790℃的降温速率为40-50℃/h，淬火处理时升温速率为70-90℃/h，回火处理时升温速率为20-40℃/h。
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