CN116445819A - 一种铸铁产品及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种铸铁产品，由包括以下步骤的方法制备而成，1)获得原料铸铁；2)对原料铸铁进行热处理，所述原料铸铁的元素组成按质量百分比计为C：0.6～1.8％、Si：0.3～0.5％、Mn：0.5～1.5％、Cr：14～30％、Ni：0.02～0.12％、V：0.05～0.15％、Mo：0.3～0.8％、Co：0.01～0.05％、Cu：0.3～0.8％、P：＜0.02％、S：＜0.02％，余量为Fe和不可避免的杂质。该铸铁产品耐磨性好，适合用作挖掘机的斗齿。

Description

一种铸铁产品及其制备方法
技术领域
本发明属于合金技术领域，具体涉及一种铸铁产品及其制备方法。
背景技术
斗齿是挖掘机、装载机工作装置的终端，在作业过程中斗齿是负荷最大的工作部件，属于易耗配件，尤其是在石方施工环境中，斗齿磨损速度特别快。当进行挖掘作业时，齿尖部位首先接触物料表面时，由于速度较快，斗齿尖部分受到较强烈的冲击。随着挖掘深度的加大，斗齿受力情况会有所改变。当斗齿切割物料时，斗齿与物料发生相对运动，在表面产生很大的正挤压力，从而在斗齿工作面和物料之间产生较大的摩擦力。如果物料为较硬的岩石块、混凝土等，摩擦力将是很大的。这个过程反复作用的结果在斗齿工作面产生不同程度的表面磨损，进而产生深度较大的犁沟。斗齿的使用情况好坏，直接影响到挖掘机、装载机的工作效率和生产成本，当斗齿尖端部分磨损的比较严重时，挖掘机、装载机在作业切入时所需要的力度必然大大增加，从而产生会更大的油耗和影响工作效率。
目前国内外通常采用两种方式增强斗齿的耐磨性。一种方式是外表面涂覆耐磨金属，例如，CN104612203A公开了一种具有外置激冷加强筋高耐磨挖掘机斗齿，在斗齿主体前后两侧设置激冷加强筋，使斗齿在挖掘土壤的时候强度更高，耐磨性和耐冲击性更好，提高其挖掘效率，延长斗齿的使用寿命。但该种方式会增大斗齿在作业时的阻力，提高油耗，且外置的加强筋在受到较大外力作用时会脱落导致失去耐磨作用。另一种方式是对斗齿进行热处理，提高其性能，例如，CN104846268A一种装载机用耐磨斗齿的热处理方法，所述耐磨斗齿含如下重量百分数的化学成分：C：2.2～2.5％、V：8.5～11％、Cr：5～6.5％、Ni：2～3％、Mn：0.8～1.1％、W：0.5～1％、Si：0.6～0.8％、P≤0.03％、S≤0.02％，余量为Fe；包括如下步骤：(1)耐磨斗齿加热至900～915℃，保温5-10min后，浸入氯化钠水溶液中冷却；(2)经步骤(1)处理后，耐磨斗齿加热至510～530℃，保温40～50min，空气中冷却。该耐磨斗齿中贵重合金元素和含量均较多，会导致斗齿成本大幅上升，难以在实践中大规模推广应用。
因此，开发一种具有更好耐磨性的斗齿是十分必要的。
发明内容
本发明提供一种铸铁产品，由包括以下步骤的方法制备而成，
1)获得原料铸铁；
2)对原料铸铁进行热处理，
所述原料铸铁的元素组成按质量百分比计为C：0.6～1.8％、Si：0.3～0.5％、Mn：0.5～1.5％、Cr：14～30％、Ni：0.02～0.12％、V：0.05～0.15％、Mo：0.3～0.8％、Co：0.01～0.05％、Cu：0.3～0.8％、P：＜0.02％、S：＜0.02％，余量为Fe和不可避免的杂质。
在某些实施方案中，所述原料铸铁的元素组成按质量百分比计为C：0.8～1.8％、Si：0.3～0.5％、Mn：0.5～1.5％、Cr：14～30％、Ni：0.02～0.12％、V：0.05～0.15％、Mo：0.3～0.8％、Co：0.01～0.05％、Cu：0.3～0.8％、P：＜0.02％、S：＜0.02％，余量为Fe和不可避免的杂质。
在某些实施方案中，步骤1)包括：
S1)按所述原料铸铁的元素组成配料，进行熔炼，得到炼钢溶液；
S2)将熔炼钢液倒入模具中，进行半固态压铸，得到原料铸铁。
在某些实施方案中，所述熔炼在真空感应炉或中频感应炉中进行，熔炼温度在1500℃以上，例如1520℃、1590℃、1570℃、1550℃、1620℃。
在某些实施方案中，所述半固态压铸在电磁搅拌下进行。
在某些实施方案中，步骤1)还包括：
S3)当温度降温1100～1200℃时，将成型的原料铸铁从模具中取出。
在某些实施方案中，步骤2)包括：
S4)将取出的原料铸铁降温至950～1050℃；
S5)采用高速喷丸对上一步骤获得的原料铸铁的表面进行处理，直至原料铸铁的温度降至700～820℃；
S6)采用水或淬火油将上一步骤获得的原料铸铁冷却至室温；
S7)对上一步骤获得的原料铸铁进行回火处理，回火温度为200～400℃，回火时间1-3h。
在某些实施方案中，所述铸铁产品的洛氏硬度≥63HRC，例如约64HRC、约65HRC、约66HRC、约67HRC、约68HRC、约69HRC。在某些实施方案中，所述铸铁产品的冲击功KV2≥20J，例如约21J、约22J、约23J、约24J、约25J、约26J、约27J、约28J。在某些实施方案中，所述铸铁产品的动载磨损量≤0.15g，例如约0.14g、约0.13g、约0.12g、约0.11g、约0.1g、约0.09g、约0.08g、约0.07g、约0.06g、约0.05g。在某些实施方案中，所述铸铁产品的冲击功KV2≥24J。在某些实施方案中，所述铸铁产品的动载磨损量≤0.13g。在某些实施方案中，所述铸铁产品的洛氏硬度≥65HRC。在某些实施方案中，所述铸铁产品的动载磨损量≤0.1g。
在某些实施方案中，所述铸铁产品为斗齿。
本发明还提供一种包含所述铸铁产品的挖掘机或装载机。
本发明还提供一种制备铸铁产品的方法，包括：
1)获得原料铸铁；
2)对原料铸铁进行热处理，
所述原料铸铁的元素组成按质量百分比计为C：0.6～1.8％、Si：0.3～0.5％、Mn：0.5～1.5％、Cr：14～30％、Ni：0.02～0.12％、V：0.05～0.15％、Mo：0.3～0.8％、Co：0.01～0.05％、Cu：0.3～0.8％、P：＜0.02％、S：＜0.02％，余量为Fe和不可避免的杂质。
在某些实施方案中，所述方法中的所述原料铸铁的元素组成按质量百分比计为C：0.8～1.8％、Si：0.3～0.5％、Mn：0.5～1.5％、Cr：14～30％、Ni：0.02～0.12％、V：0.05～0.15％、Mo：0.3～0.8％、Co：0.01～0.05％、Cu：0.3～0.8％、P：＜0.02％、S：＜0.02％，余量为Fe和不可避免的杂质。
在某些实施方案中，所述方法的步骤1)包括：
S1)按所述原料铸铁的元素组成配料，进行熔炼，得到炼钢溶液；
S2)将熔炼钢液倒入模具中，进行半固态压铸，得到原料铸铁。
在某些实施方案中，所述方法中的所述熔炼在真空感应炉或中频感应炉中进行，熔炼温度在1500℃以上，例如1520℃、1590℃、1570℃、1550℃、1620℃。
在某些实施方案中，所述方法中的所述半固态压铸在电磁搅拌下进行。
在某些实施方案中，所述方法的步骤1)还包括：
S3)当温度降温1100～1200℃时，将成型的原料铸铁从模具中取出。
在某些实施方案中，所述方法的步骤2)包括：
S4)将取出的原料铸铁降温至950～1050℃；
S5)采用高速喷丸对上一步骤获得的原料铸铁的表面进行处理，直至原料铸铁的温度降至700～820℃；
S6)采用水或淬火油将上一步骤获得的原料铸铁冷却至室温；
S7)对上一步骤获得的原料铸铁进行回火处理，回火温度为200～400℃，回火时间1-3h。
在某些实施方案中，本发明所用的Fe原料的纯度大于99.99％。
在某些实施方案中，本发明所述淬火油为超速淬火油或快速淬火油。商购获得的各种牌号的淬火油均可用于本发明。
如本文所用，术语“约”可理解为在本领域的正常公差范围内，例如在平均值的2个标准偏差以内。具体地，术语“约”可理解为在所述值的+/-10％、+/-9％、+/-8％、+/-7％、+/-6％、+/-5％、+/-4％、+/-3％、+/-2％、
+/-1％、+/-0.5％、+/-0.4％、+/-0.3％、+/-0.2％、+/-0.1％以内。除非另外根据上下文显而易见，否则本文提供的所有数值都由术语“约”修饰。
本发明的有益效果
本发明通过化学元素的优化配比，减少碳元素的用量，同时添加微量合金元素，通过半固态压铸和热处理的方式制备获得一种铸铁产品。该铸铁产品耐磨性好。同时该铸铁产品的硬度较高。
本发明采用半固态压铸成型，制备的铸铁产品尺寸精度高，无需后续尺寸加工修整处理，有利于实现工业化生产。
本发明采用半固态压铸后的余热对原料铸铁进行淬火处理，降低能源消耗和成本，有利于实现工业化生产。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用原料、设备或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1
制备本实施例中的耐磨斗齿所用的原料铸铁，按质量百分比计，其元素组成为C：0.6％、Si：0.4％、Mn：0.7％、Cr：16％、Ni：0.05％、V：0.08％、Mo：0.4％、Co：0.02％、Cu：0.4％、P：0.015％、S：0.018％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施例的耐磨斗齿的制备方法为：将纯度大于99.99％的Fe与上述合金元素按比例配料，在真空感应炉中进行熔炼，熔炼温度为1520℃，得到炼钢溶液；将熔炼钢液倒入斗齿模具中，采用电磁搅拌方式进行半固态压铸，经热压铸成型后取出原料铸铁，取出温度为1160℃；将取出的原料铸铁降温至1020℃，采用高速喷丸对斗齿表面进行冷却至800℃，然后采用水快速冷却至室温，最后进行回火，回火温度为250℃，回火时间1.5h。
实施例2
制备本实施例中的耐磨斗齿所用的原料铸铁，按质量百分比计，其元素组成为C：0.8％、Si：0.5％、Mn：1.5％、Cr：30％、Ni：0.02％、V：0.15％、Mo：0.3％、Co：0.01％、Cu：0.8％、P：0.010％、S：0.019％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施例的耐磨斗齿的制备方法为：将纯度大于99.99％的Fe与上述合金元素按比例配料，在真空感应炉中进行熔炼，熔炼温度为1590℃，得到炼钢溶液；将熔炼钢液倒入斗齿模具中，采用电磁搅拌方式进行半固态压铸，经热压铸成型后取出原料铸铁，取出温度为1100℃；将取出的原料铸铁降温至950℃，采用高速喷丸对斗齿表面进行冷却至700℃，然后采用超速淬火油快速冷却至室温，最后进行回火，回火温度为200℃，回火时间1h。
实施例3
制备本实施例中的耐磨斗齿所用的原料铸铁，按质量百分比计，其元素组成为C：1.6％、Si：0.45％、Mn：1.3％、Cr：26％、Ni：0.10％、V：0.13％、Mo：0.7％、Co：0.05％、Cu：0.7％、P：0.010％、S：0.010％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施例的耐磨斗齿的制备方法为：将纯度大于99.99％的Fe与上述合金元素按比例配料，在真空感应炉中进行熔炼，熔炼温度为1570℃，得到炼钢溶液；将熔炼钢液倒入斗齿模具中，采用电磁搅拌方式进行半固态压铸，经热压铸成型后取出原料铸铁，取出温度为1120℃；将取出的原料铸铁降温至980℃，采用高速喷丸对斗齿表面进行冷却至740℃，然后采用水快速冷却至室温，最后进行回火，回火温度为380℃，回火时间2.5h。
实施例4
制备本实施例中的耐磨斗齿所用的原料铸铁，按质量百分比计，其元素组成为C：1.0％、Si：0.4％、Mn：0.8％、Cr：22％、Ni：0.07％、V：0.1％、Mo：0.6％、Co：0.03％、Cu：0.6％、P：0.010％、S：0.015％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施例的耐磨斗齿的制备方法为：将纯度大于99.99％的Fe与上述合金元素按比例配料，在真空感应炉中进行熔炼，熔炼温度为1550℃，得到炼钢溶液；将熔炼钢液倒入斗齿模具中，采用电磁搅拌方式进行半固态压铸，经热压铸成型后取出原料铸铁，取出温度为1250℃；将取出的原料铸铁降温至1000℃，采用高速喷丸对斗齿表面进行冷却至780℃，然后采用水快速冷却至室温，最后进行回火，回火温度为300℃，回火时间2h。
实施例5
制备本实施例中的耐磨斗齿所用的原料铸铁，按质量百分比计，其元素组成为C：1.8％、Si：0.3％、Mn：0.5％、Cr：14％、Ni：0.12％、V：0.05％、Mo：0.8％、Co：0.05％、Cu：0.3％、P：0.008％、S：0.010％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施例的耐磨斗齿的制备方法为：将纯度大于99.99％的Fe与上述合金元素按比例配料，在真空感应炉中进行熔炼，熔炼温度为1620℃，得到炼钢溶液；将熔炼钢液倒入斗齿模具中，采用电磁搅拌方式进行半固态压铸，经热压铸成型后取出原料铸铁，取出温度为1200℃；将取出的原料铸铁降温至1050℃，采用高速喷丸对斗齿表面进行冷却至820℃，然后采用快速淬火油快速冷却至室温，最后进行回火，回火温度为400℃，回火时间3h。
经测试，实施例1-5制得的耐磨斗齿的物理机械性能如表1所示，其中采用MLD-10型动载磨料磨损试验机进行磨损试验，动载磨损量测试参数为：冲击功2J、冲击时间1h、冲击频率100次/min、磨料为(5～10)目石英砂，冲击功依据GB/T 229-2020测定，硬度依据GB/T 230.1-2018测定。
表1耐磨斗齿的物理机械性能
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (17)

1.一种铸铁产品，由包括以下步骤的方法制备而成，
1)获得原料铸铁；
2)对原料铸铁进行热处理，
所述原料铸铁的元素组成按质量百分比计为C：0.6～1.8％、Si：0.3～0.5％、Mn：0.5～1.5％、Cr：14～30％、Ni：0.02～0.12％、V：0.05～0.15％、Mo：0.3～0.8％、Co：0.01～0.05％、Cu：0.3～0.8％、P：＜0.02％、S：＜0.02％，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.权利要求1的铸铁产品，其中步骤1)包括：
S1)按所述原料铸铁的元素组成配料，进行熔炼，得到炼钢溶液；
S2)将熔炼钢液倒入模具中，进行半固态压铸，得到原料铸铁。
3.权利要求2的铸铁产品，其中所述熔炼在真空感应炉或中频感应炉中进行，熔炼温度在1500℃以上，例如1520℃、1590℃、1570℃、1550℃、1620℃。
4.权利要求2的铸铁产品，其中所述半固态压铸在电磁搅拌下进行。
5.权利要求2的铸铁产品，其中步骤1)还包括：
S3)当温度降温1100～1200℃时，将成型的原料铸铁从模具中取出。
6.权利要求1的铸铁产品，其中步骤2)包括：
S4)将取出的原料铸铁降温至950～1050℃；
S5)采用高速喷丸对上一步骤获得的原料铸铁的表面进行处理，直至原料铸铁的温度降至700～820℃；
S6)采用水或淬火油(例如超速淬火油或快速淬火油)将上一步骤获得的原料铸铁冷却至室温；
S7)对上一步骤获得的原料铸铁进行回火处理，回火温度为200～400℃，回火时间1-3h。
7.权利要求1至6任意一项的铸铁产品，其具有以下特征中的一项或多项特征：
i)洛氏硬度≥63HRC，
ii)冲击功KV2≥20J，
iii)动载磨损量≤0.15g。
8.权利要求7的铸铁产品，其冲击功KV2≥24J。
9.权利要求7的铸铁产品，其动载磨损量≤0.13g。
10.权利要求1至6任意一项的铸铁产品，其为斗齿。
11.包含权利要求1-10任意一项的铸铁产品的挖掘机或装载机。
12.制备铸铁产品的方法，包括：
1)获得原料铸铁；
2)对原料铸铁进行热处理，
所述原料铸铁的元素组成按质量百分比计为C：0.6～1.8％、Si：0.3～0.5％、Mn：0.5～1.5％、Cr：14～30％、Ni：0.02～0.12％、V：0.05～0.15％、Mo：0.3～0.8％、Co：0.01～0.05％、Cu：0.3～0.8％、P：＜0.02％、S：＜0.02％，余量为Fe和不可避免的杂质。
13.权利要求12的方法，其中步骤1)包括：
S1)按所述原料铸铁的元素组成配料，进行熔炼，得到炼钢溶液；
S2)将熔炼钢液倒入模具中，进行半固态压铸，得到原料铸铁。
14.权利要求13的方法，其中所述熔炼在真空感应炉或中频感应炉中进行，熔炼温度在1500℃以上，例如1520℃、1590℃、1570℃、1550℃、1620℃。
15.权利要求13的方法，其中所述半固态压铸在电磁搅拌下进行。
16.权利要求13的方法，其中步骤1)还包括：
S3)当温度降温1100～1200℃时，将成型的原料铸铁从模具中取出。
17.权利要求12的方法，其中步骤2)包括：
S4)将取出的原料铸铁降温至950～1050℃；
S5)采用高速喷丸对上一步骤获得的原料铸铁的表面进行处理，直至原料铸铁的温度降至700～820℃；
S6)采用水或淬火油(例如超速淬火油或快速淬火油)将上一步骤获得的原料铸铁冷却至室温；
S7)对上一步骤获得的原料铸铁进行回火处理，回火温度为200～400℃，回火时间1-3h。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111989418A (zh) * 2018-06-13 2020-11-24 日铁不锈钢株式会社 马氏体系s易切削不锈钢
WO2022191085A1 (ja) * 2021-03-11 2022-09-15 日鉄ステンレス株式会社 耐食性に優れるマルテンサイト系ステンレス鋼板及びその製造方法、並びにマルテンサイト系ステンレス刃物製品

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