專利名稱：一種耐高溫抗磨白口鑄鐵件及生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明型涉及一種金屬材料及生產(chǎn)方法，特別是具有高硬度的耐高溫抗磨白口鑄鐵件及生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
白口鑄鐵是一種不含石墨的鑄鐵，白口鑄鐵中的碳以滲碳體形態(tài)存在，其斷面為灰白色，是一種良好抗磨 材料。白口鑄鐵有較高的硬度和脆性，不能承受冷、熱加工，只能直接用于鑄造。工業(yè)中一般白口鑄鐵材質(zhì)的硬度鑄態(tài)或去應(yīng)力態(tài)HRC ^ 53、硬化態(tài)或硬化去應(yīng)力態(tài)HRC ^ 58?，F(xiàn)有白口鑄鐵材料盡管可以達(dá)到較高的硬度，但仍然不能滿足現(xiàn)實(shí)工業(yè)中某些需要在高溫狀態(tài)下具有更高硬度、更長壽命要求的耐磨鑄件如溫度大于400°C、在特殊惡劣環(huán)境中工作的自動加熱裝備中爐門門軸的高溫耐磨套、噴油嘴、樹脂砂高速連續(xù)混砂機(jī)的耐酸耐磨葉片、破碎機(jī)中的格柵板、樹脂砂再生機(jī)中的耐磨環(huán)、拋丸機(jī)的葉片、護(hù)板、護(hù)套、垂直分型造型線中的型腔底板等零件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明用于克服已有技術(shù)的缺陷，提供一種鑄態(tài)硬度HRC ^ 61的耐高溫抗磨白口鑄鐵件及生產(chǎn)方法。本發(fā)明所稱問題是以下技術(shù)方案解決的
一種耐高溫抗磨白口鑄鐵件，其特別之處是，所述白口鑄鐵件的化學(xué)成分按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)百分比計為c 3. 0-3. 5% ；Cr 30-36% ；Mo I. 8-2. 5% ；Si ( 1% ；Nil. 0-2. 0% ；MnI. 05-1. 5% ；B 0. 5-1. 0% ；P ( 0. 10%; S ^ 0. 08%，余量為Fe，所述白口鑄鐵的鉻碳比值需滿足 Cr/C=8. 5-12。上述耐高溫抗磨白口鑄鐵件，所述白口鑄鐵件優(yōu)選化學(xué)成分按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)百分比計為C 3. 2-3. 4% ；Cr 34-36% ；Mo 2. 0-2. 4% ；Si ^ 1% ；Nil. 6-1. 8 % ；Mn I. 2-1. 3% ；B
0.8-0. 9 % ；P ( 0. 10%; S ^ 0. 08%，余量為 Fe。上述耐高溫抗磨白口鑄鐵件，其物理性能如下
鑄態(tài)保溫慢冷硬度HRC>61，組織為不規(guī)則排列的板條狀共晶滲碳體+奧氏體及
轉(zhuǎn)化物；
鑄件淬火回火后硬度HRC ^ 66，組織為規(guī)則排列的板條狀共晶滲碳體+ 二次滲碳體+奧氏體轉(zhuǎn)化物；
上述白口鑄鐵件700 V時的硬度HRC彡61。一種耐高溫抗磨白口鑄鐵件的生產(chǎn)方法，它包括熔煉、澆注工序,在所述熔煉工序中將廢鋼和生鐵溶化后，按照化學(xué)成分配比加入預(yù)熱到200°C的鑰鐵、鎳鐵、高碳鉻鐵、微碳鉻鐵，完全熔化后加入中碳硼鐵，然后加入錳硅脫氧，取樣調(diào)整成分至要求，鐵水1500-1530°C進(jìn)入澆注工序；在所述澆注工序中，鑄件澆注后立即采用保溫冷卻，防止鑄件產(chǎn)生裂紋。
上述耐高溫抗磨白口鑄鐵鑄件的生產(chǎn)方法，所述保溫冷卻采用溫度> 40°C熱砂子將鑄件全部嚴(yán)密覆蓋，砂子外部再扣上鐵桶，鐵桶下部用砂子封嚴(yán)，保溫，至鑄件冷卻。上述耐高溫抗磨白口鑄鐵件的生產(chǎn)方法，所述保溫冷卻將鑄件置放到保溫爐中，爐溫保持500-700°C，保溫時間1-3小時，打開爐門冷卻至室溫。上述耐高溫抗磨白口鑄鐵件的生產(chǎn)方法，對所述白口鑄鐵件進(jìn)行淬火及回火熱處理，淬火加熱溫度1000-1080°c，空冷；回火加熱溫度為200°C。本發(fā)明針對進(jìn)一步提高白口鑄鐵的硬度進(jìn)行了改進(jìn)，其特點(diǎn)之一是提供了耐高溫抗磨白口鑄鐵件的化學(xué)成分配比，并提出化學(xué)成分配比中鉻與碳的比值為Cr/C=8. 5-12。這種高鉻白口鑄鐵件，鉻元素可以改變共晶碳化物類型，改善碳化物的形態(tài)，提高鑄件的硬度和耐磨性。特點(diǎn)之二是在白口鑄鐵件中添加了 O. 5-1%的硼元素，硼元素進(jìn)入碳化物，形成硬度較高的化合物，從而增強(qiáng)基體對碳化物的支撐作用，也穩(wěn)定了鑄件的高溫硬度和耐磨性。特點(diǎn)之三是添加鎳元素、鑰元素，鎳元素為了抵消高碳和硼對鑄件韌性的影響，降低鑄 件的裂紋趨勢；鑰元素可以強(qiáng)化基體，提高鑄件的淬透性。特點(diǎn)之四是在工藝上采取了澆注后保溫冷卻，以防止由于高碳和硼元素對白口鑄鐵件產(chǎn)生熱裂趨勢。上述特點(diǎn)使本發(fā)明鑄鐵件鑄態(tài)保溫慢冷狀態(tài)硬度=HRC ^ 61 ;淬火回火后硬度HRC ^ 66，在700°C溫度下仍可以保持硬度HRC ^ 61，其耐腐蝕性也優(yōu)于現(xiàn)有白口鑄鐵件，特別適合用作高溫條件下工作的耐磨工件。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明所述耐高溫抗磨白口鑄鐵件，其化學(xué)成分采用高碳、高鉻，并添加硼、鎳、鑰元素，其主要元素在鋼中的作用分析如下
I、鉻Cr: Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)30-36%是本發(fā)明中的一個重要的改進(jìn)。Cr影響碳化物的數(shù)量，Gr含量增加，可改善碳化物的分布形式。在高鉻鑄鐵中，鉻元素可以改變共晶碳化物類型，改善碳化物的形態(tài)，提高材料硬度及耐磨性。隨著鉻含量的提高，碳化物類型由M3C到M7C3再到M23C6轉(zhuǎn)變，其中鉻與碳的比值Cr/C，影響鑄鐵中M7C3型碳化物的相對數(shù)量，當(dāng)比值大于5時就能獲得大部分的M7C3型碳化物。Cr除了與碳形成碳化物外，尚有部分溶解于奧氏體中提高淬透性，淬透性隨Cr/C的增加而提高。此外高鉻鑄件在硝酸、有機(jī)酸、堿、海水、及礦物水工作環(huán)境有良好的耐蝕性。2、碳C: C是髙鉻鑄鐵中主要元素，提高C含量可以使鑄件顯微組織中碳化物量增多，硬度提高，抗磨性好，高碳可以獲得所需的結(jié)晶碳化物M7C3和基體組織。但是隨C的提高，基體中的固溶合金元素相對減少，碳化物量增多對耐磨性有利，而固溶合金元素減少就使基體得不到強(qiáng)化，使淬透性降低，這對耐磨性是不利的。基于上述原因，本發(fā)明白口鑄鐵件中含碳量確定為3. 0-3. 5%。高鉻與高碳的比值也確定了結(jié)晶碳化物M7C3類型、基體組織和結(jié)晶碳化物的數(shù)量。本發(fā)明白口鑄鐵件根據(jù)Fe-Cr-C合金液相面圖和Fe-Cr-C合金相圖在室溫時的簡化切圖及材料耐高溫要求，為改變碳化物類型、改善碳化物形態(tài)、增加硬度、提高耐磨性，設(shè)計Cr/C=8. 5-12。從Fe-Cr-C合金液相面圖中可以確定鑄件內(nèi)部的組織主要為M7C3和奧氏體，M7C3結(jié)晶碳化物在室溫下硬度高，當(dāng)溫度升高時，硬度降低也較少，使所述白口鑄鐵件得到高溫狀態(tài)下的抗磨性。
3、硼B(yǎng):B元素主要進(jìn)入碳化物中，形成Fe3 (C，B)或Fe23 (C，B) 6，從而提高鑄件碳化物的硬度，而且產(chǎn)生硬度較高的化合物，提高白口鑄鐵件的硬度和耐磨性。同時，B溶入金屬基體中能有效提高基體纖維硬度，從而增強(qiáng)基體對碳化物的支撐作用，穩(wěn)定了白口鑄鐵件的高溫硬度和耐磨性。但B元素可使鑄鐵的韌性下降，使鑄件裂紋趨勢增強(qiáng)。本發(fā)明在白口鑄鐵件中B的添加量控制在O. 5-1. 0%。4、鎳Ni: Ni不溶入碳化物，全部進(jìn)入基體，穩(wěn)定白口鑄鐵件中奧氏體，提高淬透性。鎳可以細(xì)化晶粒，生成硬而細(xì)的珠光體，在該抗磨白口鑄件中添加I. 0-2. 0%的Ni元素，目的在于消除高碳和硼元素對髙鉻白口鑄鐵韌性的消減作用，細(xì)化鑄鐵組織，抵消高碳和硼元素對鑄鐵的韌性的影響，降低鑄鐵裂紋趨勢。5、鑰Mo: Mo元素在高鉻抗磨白口鑄鐵件中抑制珠光體的形成改善耐磨性。鑰Mo元素在白口鑄鐵件中一部分進(jìn)入碳化物，一部分融入奧氏體形成固溶體。本發(fā)明在白口鑄 鐵件中加入I. 8-2. 5%的Mo，目的在于補(bǔ)充由于高碳對基體中的固溶合金元素相對減少對鑄鑄件的影響，強(qiáng)化基體，提高鑄件的淬透性。下表提供本發(fā)明耐高溫抗磨白口鑄鐵件化學(xué)成分按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)百分比配比實(shí)施例
元隸
X C% Ci% BS€ Ii% ο% ln% Si% % S% ￥e%
實(shí)施例 I 3.1 33.3 0.78 1.64 1.8 1.25 0.82 0.08 0.06 Ξ
里
實(shí)施例 2 3.4 34 0.8 1.6 2.0 1.3 0.98 O·09 0.07 余量 實(shí)施例 3 3.2 36 0.9 1.8 2.4 1.2 0.69 0,06 0.08 S
里
實(shí)施例 4 3.0 35 0.94 1.84 1.8 1.05 0.80 0.080 0.060 S
___________里
實(shí)施例 5 3.5 30.2 0.5 1.6 2.1 1.28 0.95 0.095 0.065 Ξ.
___________里
實(shí)施例 6 3.15 34.8 0.87 1.0 1.87 1.35 0.87 0.05 0.06 余跫 實(shí)施例 T 3.2 34.3 1.0 1.75 2.06 1.5 0.86 0.086 0.065 余量
實(shí)施例 8 3.5 33.2 0.76 1.57 2.4 1.2 0.89 0.085 0.07 余跫
實(shí)施例 9 3.47 30 0.65 1.55 2.5 1.28 0.78 0.09 0.064 余童 實(shí)施例 10 3.08 36 0.82 2.0 2.32 1.32 0.94 0.086 0.072 余跫
本發(fā)明耐高溫抗磨白口鑄鐵件的生產(chǎn)方法包括熔煉、澆注工序。熔煉工序采用高碳絡(luò)鐵、鑰鐵、微碳鉻鐵、金屬錳、電解鎳、中碳硼鐵、三級硅、廢鋼等原料。熔煉時將廢鋼和生鐵溶化后，加入預(yù)熱到200°C的鑰鐵、鎳鐵、高碳鉻鐵、微碳鉻鐵，待其完全熔化后加入中碳硼鐵，然后加入錳、硅脫氧，取樣調(diào)整成分至要求，1500-1530° C澆注。澆注后為防止鑄件裂紋，采用保溫冷卻。保溫冷卻方法一澆注后的鑄件立即用> 40°C熱砂全部覆蓋嚴(yán)，外邊再扣上鐵桶保溫，鐵桶應(yīng)完整、不允許破損、不允許有> 2mm以上的孔洞，扣桶后用砂子將鐵桶下端封嚴(yán)保溫，至鑄件冷卻。保溫冷卻方法二 ；將鑄件放到保溫爐中，爐溫保持500-700°C，保溫時間1-3小時，打開爐門冷卻至室溫。采用保溫冷卻工藝不但可以抑制高碳、硼元素對鑄件的裂紋產(chǎn)生趨勢，而且可以獲得較多的高硬度、耐磨、耐高溫的塊狀結(jié)晶碳化物M7C3，使鑄件硬度達(dá)到HRC ^ 61。經(jīng)保溫冷卻的白口鑄鐵件，組織為不規(guī)則排列的板條狀共晶滲碳體+奧氏體及轉(zhuǎn)化物。 對于高性能鑄件可以增加淬火及回火熱處理工序，淬火加熱溫度為1000-1080°C，空冷；回火加熱溫度為200°C。經(jīng)過熱處理工序后，鑄件硬度可達(dá)HRC ^ 66，組織為規(guī)則排列的板條狀共晶滲碳體+ 二次滲碳體+奧氏體轉(zhuǎn)化物。
權(quán)利要求
1.一種耐高溫抗磨白口鑄鐵件，其特征在于，所述白口鑄鐵件的化學(xué)成分按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)百分比配比如下c 3. 0-3. 5% ；Cr 30-36% ；Mo I. 8-2. 5% ；Si ^ 1% ；Nil. 0-2. 0% ；MnI.05-1. 5% ；B 0. 5-1. 0% ；P ( 0. 10%; S ^ 0. 08%，余量為Fe，所述白口鑄鐵的鉻碳比值需滿足 Cr/C=8. 5-12。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的耐高溫抗磨白口鑄鐵件，其特征在于所述白口鑄鐵件優(yōu)選化學(xué)成分按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)百分比配比如下C 3. 2-3. 4% ；Cr 34-36% ；Mo 2.0-2.4% ；Si ^ 1%；Nil. 6-1. 8 % ；Mn I. 2-1. 3% ；B 0. 8-0. 9 % ；P ( 0. 10%; S ^ 0. 08%，余量為 Fe。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的耐高溫抗磨白口鑄鐵件，其特征在于所述白口鑄鐵的物理性能如下 鑄態(tài)保溫慢冷硬度HRC>61，組織為不規(guī)則排列的板條狀共晶滲碳體+奧氏體及轉(zhuǎn)化物； 鑄件淬火回火后硬度HRC ^ 66，組織為規(guī)則排列的板條狀碳晶化合物+ 二次滲碳體+奧氏體轉(zhuǎn)化物； 所述白口鑄鐵件700°C時的硬度HRC彡61。
4.一種制備如權(quán)利要求I、2或3所述的耐高溫抗磨白口鑄鐵件的方法，它包括熔煉、澆注工序，其特征在于所述熔煉工序中將廢鋼和生鐵溶化后，按照配化學(xué)成分配比加入預(yù)熱到200°C的鑰鐵、鎳鐵、高碳鉻鐵、微碳鉻鐵，完全熔化后加入中碳硼鐵，然后加入錳硅脫氧，取樣調(diào)整成分至要求，鐵水1500-153(TC進(jìn)入澆注工序；所述澆注工序中，鑄件澆注后立即采用保溫冷卻，防止鑄件產(chǎn)生裂紋。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的耐高溫抗磨白口鑄鐵鑄件的生產(chǎn)方法，其特征在于所述保溫冷卻采用溫度> 40°C熱砂子將鑄件全部嚴(yán)密覆蓋，砂子外部再扣上鐵桶，鐵桶下部用砂子封嚴(yán)，保溫，至鑄件冷卻。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的耐高溫抗磨白口鑄鐵件的生產(chǎn)方法，其特征在于所述保溫冷卻將鑄件置放到保溫爐中，爐溫保持500-700°C，保溫時間1-3小時，打開爐門冷卻至室溫。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5或6所述的耐高溫抗磨白口鑄鐵件的生產(chǎn)方法，其特征在于對所述白口鑄鐵件進(jìn)行淬火及回火熱處理，淬火加熱溫度1000-1080°C，空冷；回火加熱溫度為200°C。
全文摘要
一種耐高溫抗磨白口鑄鐵件及生產(chǎn)方法，用于解決白口鑄鐵的硬度問題。其特別之處是，所述白口鑄鐵件的化學(xué)成分按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)百分比計為C3.0-3.5%；Cr30-36%；Mo1.8-2.5%；Si≤1%；Ni1.0-2.0%；Mn1.05-1.5%；B0.5-1.0%；P≤0.10%;S≤0.08%，余量為Fe，所述白口鑄鐵的鉻碳比值需滿足Cr/C=8.5-12。本發(fā)明方法包括熔煉、澆注、保溫冷卻。本發(fā)明鑄鐵件鑄態(tài)保溫慢冷狀態(tài)硬度HRC≥61；淬火回火后硬度HRC≥66，在700℃溫度下仍可以保持硬度HRC≥61，其耐腐蝕性也優(yōu)于現(xiàn)有白口鑄鐵件，特別適合用作高溫條件下工作的耐磨工件。
文檔編號C22C37/08GK102851569SQ20121036107
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月26日
發(fā)明者范修謙, 李雪興, 丁文會, 袁建強(qiáng), 張前 申請人:保定風(fēng)帆精密鑄造制品有限公司