本發(fā)明涉及金屬鑄造領(lǐng)域，具體涉及一種耐磨高硬度高鉻鑄鐵及其生產(chǎn)工藝。

背景技術(shù)：

高鉻鑄鐵是高鉻白口抗磨鑄鐵的簡稱，是一種性能優(yōu)良而受到特別重視的抗磨材料。它以比合金鋼高得多的耐磨性，和比一般白口鑄鐵高得多的韌性、強度，同時它還兼有良好的抗高溫和抗腐蝕性能，加之生產(chǎn)便捷、成本適中，而被譽為當代最優(yōu)良的抗磨料磨損材料之一。

就高鉻鑄鐵的生產(chǎn)工藝而言，在提高硬度的前提下，盡可能減少鑄件的內(nèi)應力，增加抗磨性能，這無疑對延長使用鑄件的壽命和提高鑄件的使用效率十分有利，同時對于高鉻鑄鐵的生產(chǎn)工藝研究就必須要充分考慮合金碳化物的選擇和熔煉工藝，目前，國內(nèi)冶煉業(yè)一般以含鉻12-20％作為標準來冶煉抗磨鑄鐵，雖然生產(chǎn)成本得到降低，但是鑄件在實際使用過程中，出現(xiàn)使用壽命短、質(zhì)量不穩(wěn)定、難以加工、耐磨性能不好等諸多問題。反觀國外企業(yè)，大多數(shù)采用含鉻25-35％的高鉻鑄鐵以提高鑄件的耐磨性能和使用壽命，其中代表性的有英國，常采用含鉻25％的高鉻鑄鐵生產(chǎn)雜質(zhì)泵來挖掘海底砂石，使用壽命可達2年之久。

要使我國生產(chǎn)的高鉻鑄鐵的質(zhì)量與國際接軌，不僅要從提高鑄件中鉻的含量著手，提高和改進高鉻鑄鐵的生產(chǎn)工藝也是重中之重。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

(一)解決的技術(shù)問題

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種耐磨高硬度高鉻鑄鐵及其生產(chǎn)工藝，使得生產(chǎn)出的高鉻鑄鐵具有耐磨性能好，硬度高，易加工的優(yōu)點。

(二)技術(shù)方案

為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

一種耐磨高硬度高鉻鑄鐵，含有以下重量百分含量的組分：c2.52-4.87％、cr25.5-35％、si1.5-2.5％、mn0.2-0.8％、mo0.3-0.8％、cu0.8-1.5％、ni0.25-0.48％、v0.13-0.28％、al0.4-1.2％、nb0.28-0.46％、bi0.08-0.14％、其余為鐵和其他不可避免的雜質(zhì)。

優(yōu)選地，所述耐磨高硬度高鉻鑄鐵，含有以下重量百分含量的組分：c2.68-4.13％、cr29.5-34.5％、si1.8-2.1％、mn0.4-0.6％、mo0.42-0.66％、cu0.8-1.3％、ni0.32-0.43％、v0.15-0.24％、al0.6-1.1％、nb0.3-0.41％、bi0.1-0.12％、其余為鐵和其他不可避免的雜質(zhì)。

其中，上述耐磨高硬度高鉻鑄鐵的生產(chǎn)工藝，包括以下步驟：

(1)將廢鋼、增碳劑、鉻鐵、鎳鐵、錳鐵、鉬鐵、硅鐵、錳鐵、金屬鋁和鈮釩合金加入到熔煉爐爐膛中，升溫至1440-1460℃進行熔化，當原料完全熔化后，升溫至1480-1500℃，先加入鐵水質(zhì)量2.8％的錳鐵進行一次脫氧，再加入鐵水質(zhì)量2％的硅鐵進行二次脫氧，最后加入鐵水質(zhì)量1.5％的金屬鋁進行三次脫氧，結(jié)束脫氧后，即可出爐，控制鐵水出爐溫度為1520-1560℃；

(2)鐵水出爐前，在包底凹坑內(nèi)加入占鐵水質(zhì)量1.2-1.8％的變質(zhì)劑，然后將鐵水沖入燒包，孕育劑以隨流方式加入，再將鐵水攪拌2-5min后，進行靜置和扒渣操作，當鐵水溫度為1400-1430℃時，直接澆入鑄型，鐵水澆注過程中，隨鐵水加入占鐵水質(zhì)量分數(shù)0.5-1.5％的鐵粉作為懸浮劑；

(3)鑄件經(jīng)清砂和打磨處理后，降溫至200℃以下裝爐，以40℃/h的速率加熱至940-980℃，并保溫2-2.5h，然后以50℃/h的速率降溫至100℃；

(4)再以25℃/h的速率加熱至250-300℃，保溫1-1.5h，然后空冷至室溫，即可得到所述耐磨高硬度高鉻鑄鐵。

優(yōu)選地，所述步驟(2)中的變質(zhì)劑為re-al-bi-mg復合變質(zhì)劑。

優(yōu)選地，所述步驟(2)中的孕育劑為稀土孕育劑。

優(yōu)選地，所述步驟(2)中的孕育劑加入量為鐵水質(zhì)量的1.5-2.5％。

(三)有益效果

本發(fā)明提供了一種耐磨高硬度高鉻鑄鐵及其生產(chǎn)工藝，具有以下優(yōu)點：

(1)研究發(fā)現(xiàn)，當高鉻鑄鐵中，鉻含量在25.5-35％范圍內(nèi)時，碳化物主要以m7c3型存在(其中m為fe、cr及其他合金元素，以下同此)，此種碳化物為桿狀或片狀，此時高鉻鑄鐵的硬度較高，耐磨性和韌性都較高，當鉻含量超過35％以后，雖然鑄鐵的耐腐蝕性和耐熱性都很好，但是其中的碳化物以m23c6存在，基體組織為鐵素體為主，不能給碳化物以強力的支撐，所以本發(fā)明中鉻含量選取范圍為25.5-35％，此時高鉻鑄鐵耐磨性和硬度均很高，易加工，且其他機械性能良好。

(2)本發(fā)明中，c可以形成m7c3型碳化物，碳化物增多，可以提高高鉻鑄鐵的耐磨性能；mo是強化碳化物形成的元素，其自身也可與c形成高硬度的碳化物，提高高鉻鑄鐵的硬度；ni有強化基體的作用，可以提高高鉻鑄鐵的硬度；mn有增強高鉻鑄鐵硬化能力的作用；cu可以提高鉻鑄鐵的硬度，同時與mo配合作用更好；v能夠形成高硬度的碳氮化物,彌散在基體中，有利于提高基體的顯微硬度和耐磨性，同時對晶粒的細化也是有利的；nb與c結(jié)合形成彌漫分散的nbc結(jié)晶核心，阻止了初生碳化物的生長，有利于細化晶粒；bi能夠改善高鉻鑄鐵的切削性能，而且還可改善其拉伸性能。

(3)通過對高鉻鑄鐵進行淬火和回火，可以改善碳化物的形態(tài)，細化基體組織，達到在提高高鉻鑄鐵的硬度，保證耐磨性能的前提下，改善韌性。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

實施例1：

一種耐磨高硬度高鉻鑄鐵，含有以下重量百分含量的組分：c2.68％、cr29.5％、si1.8％、mn0.4％、mo0.42％、cu0.8％、ni0.32％、v0.15％、al0.6％、nb0.3％、bi0.1％、其余為鐵和其他不可避免的雜質(zhì)。

上述耐磨高硬度高鉻鑄鐵的生產(chǎn)工藝，包括以下步驟：

(1)將廢鋼、增碳劑、鉻鐵、鎳鐵、錳鐵、鉬鐵、硅鐵、錳鐵、金屬鋁和鈮釩合金加入到熔煉爐爐膛中，升溫至1450℃進行熔化，當原料完全熔化后，升溫至1490℃，先加入鐵水質(zhì)量2.8％的錳鐵進行一次脫氧，再加入鐵水質(zhì)量2％的硅鐵進行二次脫氧，最后加入鐵水質(zhì)量1.5％的金屬鋁進行三次脫氧，結(jié)束脫氧后，即可出爐，控制鐵水出爐溫度為1550℃；

(2)鐵水出爐前，在包底凹坑內(nèi)加入占鐵水質(zhì)量1.5％的re-al-bi-mg復合變質(zhì)劑，然后將鐵水沖入燒包，稀土孕育劑以隨流方式加入，孕育劑加入量為鐵水質(zhì)量的1.8％，再將鐵水攪拌4min后，進行靜置和扒渣操作，當鐵水溫度為1410℃時，直接澆入鑄型，鐵水澆注過程中，隨鐵水加入占鐵水質(zhì)量分數(shù)0.9％的鐵粉作為懸浮劑；

(3)鑄件經(jīng)清砂和打磨處理后，降溫至200℃以下裝爐，以40℃/h的速率加熱至960℃，并保溫2.2h，然后以50℃/h的速率降溫至100℃；

(4)再以25℃/h的速率加熱至280℃，保溫1.3h，然后空冷至室溫，即可得到所述耐磨高硬度高鉻鑄鐵。

實施例2：

一種耐磨高硬度高鉻鑄鐵，含有以下重量百分含量的組分：c4.13％、cr34.5％、si2.1％、mn0.6％、mo0.66％、cu1.3％、ni0.43％、v0.24％、al1.1％、nb0.41％、bi0.12％、其余為鐵和其他不可避免的雜質(zhì)。

上述耐磨高硬度高鉻鑄鐵的生產(chǎn)工藝，包括以下步驟：

(1)將廢鋼、增碳劑、鉻鐵、鎳鐵、錳鐵、鉬鐵、硅鐵、錳鐵、金屬鋁和鈮釩合金加入到熔煉爐爐膛中，升溫至1440℃進行熔化，當原料完全熔化后，升溫至1480℃，先加入鐵水質(zhì)量2.8％的錳鐵進行一次脫氧，再加入鐵水質(zhì)量2％的硅鐵進行二次脫氧，最后加入鐵水質(zhì)量1.5％的金屬鋁進行三次脫氧，結(jié)束脫氧后，即可出爐，控制鐵水出爐溫度為1520℃；

(2)鐵水出爐前，在包底凹坑內(nèi)加入占鐵水質(zhì)量1.2％的re-al-bi-mg復合變質(zhì)劑，然后將鐵水沖入燒包，稀土孕育劑以隨流方式加入，孕育劑加入量為鐵水質(zhì)量的1.5％，將鐵水攪拌2min后，進行靜置和扒渣操作，當鐵水溫度為1400℃時，直接澆入鑄型，鐵水澆注過程中，隨鐵水加入占鐵水質(zhì)量分數(shù)0.5％的鐵粉作為懸浮劑；

(3)鑄件經(jīng)清砂和打磨處理后，降溫至200℃以下裝爐，以40℃/h的速率加熱至940℃，并保溫2h，然后以50℃/h的速率降溫至100℃；

(4)再以25℃/h的速率加熱至250℃，保溫1h，然后空冷至室溫，即可得到所述耐磨高硬度高鉻鑄鐵。

實施例3：

一種耐磨高硬度高鉻鑄鐵，含有以下重量百分含量的組分：c2.52％、cr25.5％、si1.5％、mn0.2％、mo0.3％、cu0.8％、ni0.25％、v0.13％、al0.4％、nb0.28％、bi0.08％、其余為鐵和其他不可避免的雜質(zhì)。

上述耐磨高硬度高鉻鑄鐵的生產(chǎn)工藝，包括以下步驟：

(1)將廢鋼、增碳劑、鉻鐵、鎳鐵、錳鐵、鉬鐵、硅鐵、錳鐵、金屬鋁和鈮釩合金加入到熔煉爐爐膛中，升溫至1460℃進行熔化，當原料完全熔化后，升溫至1500℃，先加入鐵水質(zhì)量2.8％的錳鐵進行一次脫氧，再加入鐵水質(zhì)量2％的硅鐵進行二次脫氧，最后加入鐵水質(zhì)量1.5％的金屬鋁進行三次脫氧，結(jié)束脫氧后，即可出爐，控制鐵水出爐溫度為1560℃；

(2)鐵水出爐前，在包底凹坑內(nèi)加入占鐵水質(zhì)量1.8％的re-al-bi-mg復合變質(zhì)劑，然后將鐵水沖入燒包，稀土孕育劑以隨流方式加入，孕育劑加入量為鐵水質(zhì)量的2.5％，將鐵水攪拌5min后，進行靜置和扒渣操作，當鐵水溫度為1430℃時，直接澆入鑄型，鐵水澆注過程中，隨鐵水加入占鐵水質(zhì)量分數(shù)1.5％的鐵粉作為懸浮劑；

(3)鑄件經(jīng)清砂和打磨處理后，降溫至200℃以下裝爐，以40℃/h的速率加熱至980℃，并保溫2.5h，然后以50℃/h的速率降溫至100℃；

(4)再以25℃/h的速率加熱至300℃，保溫1.5h，然后空冷至室溫，即可得到所述耐磨高硬度高鉻鑄鐵。

實施例4：

一種耐磨高硬度高鉻鑄鐵，含有以下重量百分含量的組分：c4.87％、cr35％、si2.5％、mn0.8％、mo0.8％、cu1.5％、ni0.48％、v0.28％、al1.2％、nb0.46％、bi0.14％、其余為鐵和其他不可避免的雜質(zhì)。

上述耐磨高硬度高鉻鑄鐵的生產(chǎn)工藝，與實施例1基本相同，區(qū)別在于，步驟(1)中升溫至1445℃進行熔化，升溫至1480℃進行脫氧，鐵水出爐溫度為1550℃；步驟(2)中re-al-bi-mg復合變質(zhì)劑加入量為1.6％，稀土孕育劑加入量為2.2％，鐵水攪拌4min，鑄型溫度為1410℃，鐵粉加入量為1.2％；步驟(3)中加熱至950℃，保溫2.3h，步驟(4)中加熱至260℃，保溫1.4h。

實施例5：

一種耐磨高硬度高鉻鑄鐵，含有以下重量百分含量的組分：c3.13％、cr32.5％、si2.1％、mn0.5％、mo0.6％、cu1.3％、ni0.38％、v0.16％、al0.9％、nb0.31％、bi0.12％、其余為鐵和其他不可避免的雜質(zhì)。

上述耐磨高硬度高鉻鑄鐵的生產(chǎn)工藝，與實施例1基本相同，區(qū)別在于，步驟(1)中升溫至1455℃進行熔化，升溫至1500℃進行脫氧，鐵水出爐溫度為1530℃；步驟(2)中re-al-bi-mg復合變質(zhì)劑加入量為1.2％，稀土孕育劑加入量為2％，鐵水攪拌2min，鑄型溫度為1430℃，鐵粉加入量為0.8％；步驟(3)中加熱至970℃，保溫2.1h，步驟(4)中加熱至290℃，保溫1.4h。

性能檢測：

表1為本發(fā)明實施例1-5生產(chǎn)高鉻鑄鐵的性能檢測：

表1：性能檢測

綜上，本發(fā)明實施例具有如下有益效果：宏觀硬度、抗彎強度和沖擊韌性高，易于生產(chǎn)加工。

需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。