專利名稱：含鈮貝氏體球鐵材料及其生產(chǎn)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含鈮貝氏體球鐵及其生產(chǎn)工藝，屬金屬材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
貝氏體球墨鑄鐵是一種優(yōu)良的抗磨材料，在性能上具有較高的硬度和沖擊韌度及抗沖擊疲勞性能，綜合性能較高。貝氏體球鐵擁有的優(yōu)異的綜合力學(xué)性能使其具有非常廣泛的用途，如用在耐磨、耐沖擊、高強度、高韌性和耐疲勞的場合。在抗磨零件如襯板、磨段、 錘頭、棒球、板錘等具有廣闊的應(yīng)用前景。貝氏體球墨鑄鐵有三種生產(chǎn)方法。一是等溫淬火工藝。該工藝首先將球鐵進行奧氏體化，然后迅速淬入一定溫度的鹽浴中保溫適當(dāng)?shù)臅r間，隨后出爐空冷至室溫。這種工藝這種工藝耗能、耗時嚴(yán)重，對鑄件尺寸大小和形狀也有種種限制。二是連續(xù)冷卻淬火工藝。該工藝是將高溫奧氏體化后的鑄件立即淬入特定的淬火介質(zhì)中，經(jīng)連續(xù)冷卻獲得奧-貝組織的生產(chǎn)方法。這工藝適合性能要求不高的貝氏體球鐵鑄件。三是合金化鑄態(tài)工藝。該工藝要求鑄件在冷卻過程中避開珠光體轉(zhuǎn)變鼻子溫度，以防轉(zhuǎn)變成珠光體，然后又能連續(xù)地通過貝氏體區(qū)，使之形成貝氏體。通常加入的合金元素有3. 0% 4. 0 %鎳和
0.6 % 1. 0 %鉬等。這種工藝加入大量合金元素，生產(chǎn)成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的利用鈮合金化的經(jīng)熱處理得到貝氏體球鐵，開發(fā)具有良好性價比的含鈮貝氏體球墨鑄鐵，提供一種優(yōu)異性能的耐磨性材料，適合冶金、礦山、建材、電力等工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案來實現(xiàn)。1、一種含鈮貝氏體球鐵材料，其主要化學(xué)成分(wt%) :C3. 5 3. 8，Si2. 4 2. 8， Mnl. 5 2. 2，MoO. 2 0. 5，CuO. 5 0. 8，NbO. 2 0. 6，余量為Fe。經(jīng)過熱處理后組織特征為貝氏體+馬氏體+奧氏體+碳化物和球狀石墨，力學(xué)特征為HRC47 49，Akl3 15J/ cm2。鈮元素增強奧氏體穩(wěn)定性，促進貝氏體組織的形成，并能細(xì)化組織，提高材料的硬度和沖擊韌性。2、一種含鈮貝氏體球鐵生產(chǎn)工藝，包括鑄造工藝和熱處理工藝。(1)鑄造工藝
采用鑄造生鐵、廢鋼、硅鐵、錳鐵、鉬鐵、純銅、鈮鐵為原材料，按質(zhì)量百分比(wt%) C3. 5 3. 8，Si2. 4 2. 8，Mnl. 5 2. 2，MoO. 2 0. 5，CuO. 5 0. 8，NbO. 2 0. 6，余量為狗進行配料，在中頻感應(yīng)爐中熔煉。出爐前進行化學(xué)成分檢測，爐料全部熔化后，在1400°C 取適量鐵液澆成Φ45Χ4πιπι的光譜試樣，用光譜儀分析以調(diào)整鐵液化學(xué)成分。出爐溫度為 1450 1500°C，澆注溫度為1400士20°C。采用沖入法球化，球化劑為FeSiMg8RE7,用量為
1.8wt%,將球化劑破碎成小塊，放入處理包底部，然后在球化劑上面覆蓋孕育劑、珍珠巖集渣劑，沖入1/2 2/3鐵液，待鐵液沸騰結(jié)束時，再沖入其余鐵液。處理完畢后加集渣劑徹底扒渣。采用75SWe孕育，用量為1. 0wt%，在球化處理時將一半的孕育劑覆蓋在球化劑上， 另一半孕育劑在加鐵水時放入。(2)熱處理工藝
將鑄件加熱到900°C奧氏體化，保溫3h，空冷到300°C進行中溫轉(zhuǎn)變，保溫2h，空冷至室溫，使其發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變。對于性能要求不高的鑄件，可以利用鑄造余熱，在900°C左右高溫落砂，空冷至300°C進行中溫轉(zhuǎn)變。鈮在奧氏體中形成有限固溶，使過冷奧氏體的穩(wěn)定性提高，從而提高其淬透性。鈮具有強孕育的作用，同時可以促進球化，使晶粒細(xì)化、共晶團尺寸減小，使碳脫溶時擴散距離縮短，有利于降低奧氏體碳濃度，從而有利于貝氏體的形核和長大。還能形成NbC彌散在基體中，有效防止金屬變形過程中晶間滑移，阻礙裂紋的擴展。因此，用鈮來替代鎳生產(chǎn)貝氏體球墨鑄鐵，并利用合適的熱處理工藝，可以降低材料的成本。與目前普遍使用的貝氏體球鐵工藝相比，在球墨鑄鐵中加入鈮合金化，熱處理得到的貝氏體球鐵，具有優(yōu)異的性能。鈮增強奧氏體穩(wěn)定性，使貝氏體轉(zhuǎn)變溫度降低，延長貝氏體轉(zhuǎn)變的孕育期，增大轉(zhuǎn)變過冷度，促進貝氏體組織的形成，并能細(xì)化組織，從而提高材料的硬度和沖擊韌性。鈮改變C曲線，使珠光體轉(zhuǎn)變曲線右移，從而在奧氏體組織在空冷條件下避開珠光體高溫轉(zhuǎn)變，從而節(jié)省了熱處理的成本。本發(fā)明的特點一利用鈮的合金化的得到貝氏體球鐵，提高奧氏體的穩(wěn)定性從而提高其淬透性。鈮在奧氏體中形成有限固溶，還能形成NbC硬質(zhì)相，提高基體的硬度。鈮使晶粒細(xì)化，從而有利于貝氏體的形核和長大。二采用空冷加回火的熱處理工藝，生產(chǎn)工藝簡單易行，生產(chǎn)成本低。


圖1為不含鈮貝氏體球鐵組織。圖2為含鈮0. 25wt%貝氏體球鐵組織。
具體實施例方式以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實施例。實施例1
含鈮貝氏體球鐵材料化學(xué)成分(wt%) :C3. 6，Si2. 5，Mn2. 0，MoO. 3，CuO. 5，NbO. 25，余量為狗。在中頻感應(yīng)爐熔煉，出爐前進行化學(xué)成分檢測，爐料全部熔化后，在1400°C取適量鐵液澆成Φ45Χ4πιπι的光譜試樣，用光譜儀分析以調(diào)整鐵液化學(xué)成分。出爐溫度為1500°C，澆注溫度為1400°C。采用沖入法球化，球化劑為FeSiMg8RE7,用量為1. 8wt%,將球化劑破碎成小塊，放入處理包底部，然后在球化劑上面覆蓋孕育劑、珍珠巖集渣劑，沖入1/2 2/3鐵液，待鐵液沸騰結(jié)束時，再沖入其余鐵液，處理完畢后加集渣劑徹底扒渣。采用75SWe孕育，用量為1. 0wt%，在球化處理時將一半的孕育劑覆蓋在球化劑上，另一半孕育劑在加鐵水時放入。鑄件經(jīng)900°C奧氏體化，保溫3h，空冷到300°C進行中溫轉(zhuǎn)變，保溫2h，空冷至室溫。其組織特征為貝氏體+馬氏體+奧氏體+碳化物和球狀石墨，力學(xué)特征為HRC48. 3，Akl3. 6J/cm2。與同成分不含鈮的材料力學(xué)特征為HRC45. 2，Akl2. 2J/cm2相比，硬度和沖擊韌性都有所提高。從組織對比，如圖1和圖2所示，加入鈮后，貝氏體組織增多，且組織細(xì)化。
權(quán)利要求
1.一種含鈮貝氏體球鐵材料，其特征在于該球鐵材料的化學(xué)成分為C3. 5 3. 8wt%, Si2. 4 2. 8wt%, Mnl. 5 2. 2wt%, MoO. 2 0. 5wt%, CuO. 5 0. 8wt%, NbO. 2 0. 6wt%,余量為Fe ；經(jīng)過熱處理后組織特征為貝氏體+馬氏體+奧氏體+碳化物和球狀石墨，力學(xué)性能為 HRC47 49，Akl3 15J/cm2。
2.一種含鈮貝氏體球鐵材料的生產(chǎn)工藝，其特征在于該生產(chǎn)工藝具有以下的工藝過程(1)鑄造工藝熔煉工藝采用鑄造生鐵、廢鋼、硅鐵、錳鐵、鉬鐵、純銅、鈮鐵為原材料，按C3. 5 3. 8wt%, Si2. 4 2. 8wt%, Mnl. 5 2. 2wt%, MoO. 2 0. 5wt%, CuO. 5 0. 8wt%, NbO. 2 0. 6wt%，余量為i^e進行配料，在中頻感應(yīng)爐熔煉；出爐前進行化學(xué)成分檢測，爐料全部熔化后，在1400°C取適量鐵液饒成Φ45Χ4πιπι的光譜試樣，用光譜儀分析以調(diào)整鐵液化學(xué)成分； 出爐溫度為1450 1500°C，澆注溫度為1400士20°C ；球化工藝采用沖入法球化，球化劑為FeSiMg8RE7，用量為1. 8wt%，將球化劑破碎成小塊，放入處理包底部，然后在球化劑上面覆蓋孕育劑、珍珠巖集渣劑，沖入1/2 2/3鐵液， 待鐵液沸騰結(jié)束時，再沖入其余鐵液；處理完畢后加集渣劑徹底扒渣；孕育工藝采用75SWe孕育，用量為1. 0wt%，在球化處理時將一半的孕育劑覆蓋在球化劑上，另一半孕育劑在加鐵水時放入；(2)熱處理工藝將鑄件加熱到900°C奧氏體化，保溫3h，空冷到300°C進行中溫轉(zhuǎn)變，保溫2h，空冷至室溫，使其發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種含鈮貝氏體球鐵及其生產(chǎn)工藝，屬金屬材料技術(shù)領(lǐng)域。材料配方(wt%)C3.5～3.8，Si2.4～2.8，Mn1.5～2.2，Mo0.2～0.5，Cu0.5～0.8，Nb0.2～0.6。組織特征為貝氏體+馬氏體+奧氏體+碳化物和球狀石墨，力學(xué)特征為HRC47～49，Ak13～15J/cm2。其生產(chǎn)工藝包括(1)鑄造工藝，按配方配料后熔煉；出爐溫度為1450～1500℃，澆注溫度為1400±20℃；采用沖入法球化，球化劑為FeSiMg8RE7，用量為1.8wt%；采用75SiFe孕育，用量為1.0wt%；(2)熱處理工藝，900℃奧氏體化，保溫3h，空冷到300℃進行中溫轉(zhuǎn)變，保溫2h。本材料用于耐磨性鑄件，生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)工藝簡單易行，采用鈮的合金化后提高了材料的力學(xué)性能和耐磨性。
文檔編號C21D5/00GK102330012SQ201110257519
公開日2012年1月25日 申請日期2011年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月2日
發(fā)明者華勤, 孫小亮, 翟啟杰, 閆永生 申請人:上海大學(xué)