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一種普通白口鑄鐵中硬質(zhì)相Fe<sub>3</sub>C的韌化處理方法

文檔序號:3348318閱讀:211來源:國知局

專利名稱::一種普通白口鑄鐵中硬質(zhì)相Fe<sub>3</sub>C的韌化處理方法
技術(shù)領(lǐng)域
:本發(fā)明涉及普通白口鑄鐵領(lǐng)域,尤其涉及一種普通白口鑄鐵中硬質(zhì)相Fe3C的韌化處理方法,硬質(zhì)相Fe3C韌化處理后的普通白口耐磨鑄鐵適用于微、低沖擊應力工況,用于制備相應的犁鏵、磨片、導板等抗磨部件。
背景技術(shù)
:磨損是冶金、礦山、機械、電力等許多工業(yè)部門普遍存在,并成為引起設(shè)備部件失效或材料破壞的一個重要原因,也是造成經(jīng)濟損失最多的原因之一。目前廣泛使用的多為高鉻白口鑄鐵,而普通白口鑄鐵使用較少,這主要原因之一是由于后者組織中抗磨硬質(zhì)相Fe3C硬度較低,韌性較差,從而導致該材質(zhì)耐磨性較差。國內(nèi)外專利和文獻資料主要報道了通過熱處理、加入合金元素、合金化處理、變質(zhì)、孕育等手段來提高高鉻白口鑄鐵的硬度、韌性及耐磨性的目標,以及用高鉻白口鑄鐵輔以多種手段制成的形式多樣的抗磨部件。這些均取得了較好的效果,且有的專利內(nèi)容己得到了廣泛應用。關(guān)于如何提高普通白口鑄鐵中硬質(zhì)相Fe3C的韌性在國內(nèi)外沒有見到相關(guān)報道。實際上高鉻鑄鐵中硬質(zhì)相(Fe,Cr)7C3就是由Fe3C中固溶大量的Cr元素后使其晶體結(jié)構(gòu)、生長形態(tài)發(fā)生了明變化,從而使(Fe,Cr)703的硬度及韌性明顯較Fe3C有所提高,其中(Fe,Cr)7C3的硬度值(Hv)為1300-1800;Fe3C的硬度值(Hv)為800-1100,這種硬度的差別亦是高鉻鑄鐵中硬質(zhì)相期望得到(Fe,Cr)7C3的主要原因。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種普通白口鑄鐵中硬質(zhì)相Fe3C的韌化處理方法,它能夠在低成本下,改善硬質(zhì)相Fe3C的韌性,從而提高普通白口鑄鐵的耐磨性能。為了達到上述目的,本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)一種普通白口鑄鐵中硬質(zhì)相Fe3C的韌化處理方法,其特征在于,包括以下步驟首先,確定普通白口鑄鐵配料,包括廢鋼、生鐵、硅鐵、錳鐵,并以普通白口鑄鐵配料總重量為基準,按照1.0-10%的Cr元素和0-3.5%的Mo元素,分別計算稱取鉻鐵、鉬鐵和普通白口鑄鐵配料;然后,將普通白口鑄鐵配料廢鋼、生鐵、硅鐵、錳鐵依次加入爐中熔煉,熔清之后,采用鐵水重量0.01%的鋁絲脫氧后,再依次加入鉻鐵、鉬鐵熔清;最后,待鐵水熔清后,靜置、除渣、成形,即可。本發(fā)明的進一步改進在于所述鉻鐵、鉬鐵的粒度均小于15mm。本發(fā)明在普通白口鑄鐵中,加入少量Cr、Mo元素,使Cr、Mo原子置換固溶于Fe3C相中,提高原子之間較弱的原子鍵能,進而改善Fe3C相的斷裂韌性,其斷裂韌性值可從50MPa'm1/2增加到160MPa'm1/2以上,從而可提高Fe3C在普通白口鑄鐵中有效抗磨作用,而且成本相對較低。與傳統(tǒng)的提高普通白口鑄鐵的韌性和耐磨性方法相比,在不改變Fe3C的晶體結(jié)構(gòu)、生長形態(tài)的情況下,實現(xiàn)了硬質(zhì)相Fe3C的韌性改善。具體實施方式為進一步提高普通白口鑄鐵的耐磨性和使用壽命,本發(fā)明提出在普通白口鑄鐵加入少量Cr、Mo合金元素,使其置換固溶于Fe3C中,來實現(xiàn)其韌性改善的目標。具體的技術(shù)方案為-(1)確定普通白口鑄鐵的化學成分重量百分比為C:2.0-4.0%,Mm0.5-1.5%,Si:0.5-1.5%,P、S<0.03%,其余為Fe元素;以普通白口鑄鐵配料總重量為基準,按照1.0-10%的Cr元素和0-3.5%的Mo元素,分別計算稱取鉻鐵、鉬鐵和廢鋼、生鐵、硅鐵、錳鐵的重量。(2)普通白口鑄鐵中硬質(zhì)相Fe3C的具體韌化處理工藝為按照上述配料,將廢鋼、生鐵、硅鐵、錳鐵依次在中頻感應電爐中熔煉,熔清之后,采用鐵水重量0.01%的鋁絲脫氧后,將粒度均小于15mm的鉻鐵、鉬鐵加入爐中,熔清后靜置1分鐘,在鐵水液面上方除渣后,將鐵水倒入普通砂型澆注成形。(3)澆注完成12小時之后,打箱,取樣、金相試樣制備,然后借助維氏計測試和斷裂韌性方程(如式Ke=X*P/C3/2,式中X為殘余壓痕系數(shù);P為載荷,單位N;C為壓痕裂紋長度的一半,單位m。)計算Fe3C相的斷裂韌性值Ke,其中每個試樣測試數(shù)據(jù)為10組,然后取平均值。計算結(jié)果表明Fe3C相的斷裂韌性值可從沒有加入合金元素之前的50MPa,m1/2增加到加入一定量合金元素后的160MPa.m^以上。下面對本發(fā)明的具體實施例進行說明實施例(一)(1)根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案,確定普通白鑄鐵的化學成分(Wt.%)為C:2.3%,Mm0.45%,Si:0.72%,P、S<0.03%,其余為Fe元素。在上述化學成分相同的基礎(chǔ)上,沒有加入Mo元素的情況下,加入的不同重量百分數(shù)的Cr元素,且分別為0.0%,1.0%,2.0%,4.0%,6.0%,8.0%,10.0%,可以得到七組試樣,依次定義為0#、1#、2#、3#....6#試樣。(2)根據(jù)步驟(1)中確定的化學成分,以及廢鋼、生鐵、鉻鐵、錳鐵的成分,確定它們的配比關(guān)系,并提供總重量為100公斤的配料。(3)將廢鋼在感應電爐中加熱至1500'C熔化,待鋼水熔清后,依次加入生鐵、硅鐵和錳鐵再進一步熔清,然后采用鐵水重量0.01%的鋁絲脫氧后,將粒度約為5-10mm的鉻鐵放入爐中,待熔清后靜置1分鐘,將鐵水液面除渣后,迅速出爐倒入澆包,最后將鐵水倒入水玻璃砂型鑄造成20mmx20mmxll0mm的試樣。(4)澆注完成12小時之后,打箱,取樣、金相試樣制備,然后借助維氏計測試和斷裂韌性方程,計算Fe3C相的斷裂韌性值,其中每個試樣測試數(shù)據(jù)為10組,然后取平均值,F(xiàn)e3C斷裂韌性測試結(jié)果如表一中數(shù)據(jù)所示。表一不同Cr加入量對Fe3C相斷裂韌性值的影響試樣編號0#1#2#3#4#5#6#Fe3C斷裂韌性值/MPa.m1/250.063.575.184.691.3105.9111.3實施例(二)(1)根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案,確定普通白口鑄鐵的化學成分(Wt.%)為:C:3.30%,Mn:0.63%,Si:0.92%,P、S<0.03%,其余為Fe元素。在上述化學成分相同的基礎(chǔ)上,加入的不同重量百分數(shù)的Cr、Mo元素,Cr、Mo加入的重量百分比(共六個百分比組合)如表二中所示,可以得到六組試樣。(2)根據(jù)步驟(1)中確定的化學成分,以及廢鋼、生鐵、鉻鐵、鉬鐵、錳鐵的成分,確定它們的配比關(guān)系,并提供總重量為100公斤的配料。(3)將廢鋼在感應電爐中加熱至1500。C熔化,待鋼水熔清后,依次加入生鐵、硅鐵和錳鐵再進一步熔清;然后采用鐵水重量0.01%的鋁絲脫氧后,將粒度約為15mm的鉻鐵、鉬鐵依次放入爐中,待熔清后靜置1分鐘,在鐵水液面除渣后,將其迅速出爐倒入澆包,最后將鐵水倒入水玻璃砂型鑄造成20mmx20mmxll0mm的試樣。(4)澆注完成12小時之后,打箱,取樣、金相試樣制備,然后借助維氏計測試和斷裂韌性方程計算Fe3C相的斷裂韌性值,其中每個試樣測試數(shù)據(jù)為10組,然后取平均值,F(xiàn)e3C斷裂韌性測試結(jié)果如表二中數(shù)據(jù)所示。表二不同Cr、Mo加入量對Fe3C相斷裂韌性值的影響<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實施例(三)(1)根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案,確定鐵普通白口鑄鐵的化學成分(Wt.%)為C:3.80%,Mn:0.92%,Si:1.31%,Cu:0.80%,Ni:0.10%,Re:0.20%,P、S<0.03%,其余為Fe元素。在上述化學成分相同的基礎(chǔ)上,加入的不同重量百分數(shù)的Cr、Mo元素,Cr、Mo加入的重量百分比(共五個百分比組合)分別見表三中所示,可以得到五組試樣。(2)根據(jù)步驟(1)中確定的化學成分,以及廢鋼、生鐵、袼鐵、鉬鐵、錳鐵、鎳塊、銅板的成分,確定它們的配比關(guān)系,并提供總重量為100公斤的配料。(3)將廢鋼在感應電爐中加熱至150(TC熔化,待鋼水熔清后,依次加入生鐵、硅鐵和錳鐵、鎳塊,再進一步熔清;然后采用鐵水重量0.01%的鋁絲脫氧后,將粒度約為10mm的鉻鐵、鉬鐵依次放入爐中,待熔清后依次加入銅板(等效直徑約為15mm,厚度約為3mm),進一步熔清后靜置30秒,在鐵水液面除渣后,將鐵水迅速出爐倒入己放入稀土Re的澆包中靜置IO秒,最后將鐵水倒入水玻璃砂型鑄造成20mmx20mmxllOmm的試樣。(4)澆注完成12小時之后,打箱,取樣、金相試樣制備,然后借助維氏計測試和斷裂韌性方程計算Fe3C相的斷裂韌性值,其中每個試樣測試數(shù)據(jù)為10組,然后取平均值,Fe3C斷裂韌性測試結(jié)果如表三中數(shù)據(jù)所示。表三不同Cr、Mo加入量對Fe3C相斷裂韌性值的影響Cr/Mo重量百分比(%)10.0/0.110.0/3.56.0/3.02.0/2.05.0/0.3Fe3C斷裂韌性值/MPa*m1/2132.7167.6139.5102.4124.1實施例(四)(1)根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案,確定普通白口鑄鐵的化學成分(Wt.%)為C:2.90%,Mn:1.62%,Si:0.64%,B:0.02%,P、S<0.03%,在上述化學成分相同的基礎(chǔ)上,加入的不同重量百分數(shù)的Cr、Mo元素,其余為Fe元素。Cr、Mo加入的重量百分比(共四個百分比組合)分別見表四中所示,可以得到四組試樣。(2)根據(jù)步驟(1)中確定的化學成分,以及廢鋼、生鐵、鉻鐵、鉬鐵、錳鐵、硼鐵的成分,確定它們的配比關(guān)系,并提供總重量為IOO公斤配料。(3)將廢鋼在感應電爐中加熱至150(TC熔化,待鋼水熔清后,依次加入生鐵、硅鐵和錳鐵再進一步熔清;然后采用鐵水重量0.01%的鋁絲脫氧后,將粒度約為5-10mm的鉻鐵、鉬鐵塊依次放入爐中待熔清后,加入粒度約為5-10mm的硼鐵后熔清,靜置30秒,在鐵水液面除渣后,將鐵水迅速出爐倒入澆包中,最后將鐵水倒入水玻璃砂型鑄造成20mmx20mmxllOmm的試樣。(4)澆注完成12小時之后,打箱,取樣、金相試樣制備,然后借助維氏計測試和斷裂韌性方程計算Fe3C相的斷裂韌性值,其中每個試樣測試數(shù)據(jù)為10組,然后取平均值,F(xiàn)e3C斷裂韌性測試結(jié)果如表四中數(shù)據(jù)所示。表四不同Cr、Mo加入量對Fe3C相斷裂韌性值的影響Cr/Mo重量百分比(%)9.0/3.08.0/246.0/2.04.0/2.0Fe3C斷裂韌性值/MPa,m1/2145.7151.6129.5121.4由實施例(一)、(二)、(三)、(四)中測試的Fe3C斷裂韌性值可以看出,Cr、Mo合金元素復合按一定比例加入才能使Fe3C斷裂韌性值更大幅度地提高。權(quán)利要求1、一種普通白口鑄鐵中硬質(zhì)相Fe3C的韌化處理方法,其特征在于,包括以下步驟首先,確定普通白口鑄鐵配料,包括廢鋼、生鐵、硅鐵、錳鐵,并以普通白口鑄鐵配料總重量為基準,按照1.0-10%的Cr元素和0-3.5%的Mo元素,分別計算稱取鉻鐵、鉬鐵和普通白口鑄鐵配料;然后,將普通白口鑄鐵配料廢鋼、生鐵、硅鐵、錳鐵依次加入爐中熔煉,熔清之后,采用鐵水重量0.01%的鋁絲脫氧后,再加入鉻鐵、鉬鐵熔清;最后,待鐵水熔清后,靜置、除渣、成形,即可。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種普通白口鑄鐵中硬質(zhì)相Fe3C的韌化處理方法,其特征在于,所述鉻鐵、鉬鐵的粒度均小于15mm。全文摘要本發(fā)明涉及普通白口鑄鐵領(lǐng)域,公開了一種普通白口鑄鐵中硬質(zhì)相Fe<sub>3</sub>C的韌化處理方法,硬質(zhì)相Fe<sub>3</sub>C韌化處理后的普通白口耐磨鑄鐵適用于微、低沖擊應力工況,用于制備相應的犁鏵、磨片、導板等抗磨部件。該韌化處理方法包括以下步驟首先,確定普通白口鑄鐵配料,包括廢鋼、生鐵、硅鐵、錳鐵,并以普通白口鑄鐵配料總重量為基準,按照1.0-10%的Cr元素和0-3.5%的Mo元素,分別計算稱取鉻鐵、鉬鐵和普通白口鑄鐵配料;然后,將普通白口鑄鐵配料廢鋼、生鐵、硅鐵、錳鐵依次加入爐中熔煉,熔清之后,采用鐵水重量0.01%的鋁絲脫氧后,再加入鉻鐵、鉬鐵熔清;最后,待鐵水熔清后,靜置、除渣、成型,即可。文檔編號C22C33/00GK101328556SQ200810150460公開日2008年12月24日申請日期2008年7月25日優(yōu)先權(quán)日2008年7月25日發(fā)明者皇志富,冰肖,邢建東,高義民申請人:西安交通大學
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