專利名稱：低鉻硼多元合金耐磨鑄鐵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種耐磨鑄鐵，特別是一種低鉻硼多元合金耐磨鑄鐵。
目前，僅我國的機械制造、礦山和水泥等行業(yè)每年耗費的金屬耐磨材料就超過上面萬噸。而這些耐磨金屬材料又以黑色金屬材料占絕大多數(shù)，如常用的高錳鋼和高鉻系耐磨鑄鐵等，在一定的使用條件下，高錳鋼的耐磨性是較差的，因而使得應(yīng)用范圍受到限制。高鉻系耐磨鑄鐵雖然耐磨性較好，可是由于我國的鉻資源較缺，故使其生產(chǎn)成本較高而限制了該產(chǎn)品在更大領(lǐng)域的推廣使用。
本發(fā)明的目的是提供一種生產(chǎn)成本低而又具有良好耐磨性和韌性的低鉻硼多元合金耐磨鑄鐵。
本發(fā)明所提出的低鉻硼多元合金耐磨鑄鐵的化學(xué)成份(重量%)為C1.75～3.0，Cr1.5～4.0，B0.07～0.40，Mo0.2～1.0，Cu0.8～1.3，Mn0.4～0.8，Si0.4～1.2，P≤0.08，S≤0.08Re0.01～0.05，余量為Fe。
本發(fā)明充分利用了我國硼鐵礦貯量大，資源豐富，而冶煉分離硼鐵礦的產(chǎn)品-含硼生鐵用途小的矛盾。用含硼生鐵做該鑄鐵的主要生產(chǎn)原料。這樣不僅使含硼資源得到進一步地利用，還有效地降低了高鉻系耐磨鑄鐵中的鉻含量。其綜合性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出高錳鋼，相當(dāng)或略高于高鉻系耐磨鑄鐵，而其生產(chǎn)成本僅相當(dāng)于高錳鋼，并且還不到高鉻系耐磨鑄鐵的一半。
下面結(jié)合實施例詳細(xì)敘述本發(fā)明化學(xué)成份的選擇依據(jù)及熔煉熱處理工藝。
化學(xué)成份的選擇依據(jù)是(1)碳C是碳化物的形成元素。而在耐(抗)磨鑄鐵中，碳化物的組成、形態(tài)、分布及數(shù)量是決定其性能的關(guān)鍵因素。在亞共晶范圍內(nèi)，隨含碳量增加，產(chǎn)生碳化物的數(shù)量相應(yīng)增加，硬度和耐磨性提高，同時脆性增加，韌性下降。根據(jù)試驗表明碳量過高會出現(xiàn)粗片狀碳化物，韌性反而會下降，而含碳量過低金屬中的碳化物減少，對鑄鐵的耐磨性有不利的影響。
(2)鉻Cr是強化形成碳化物元素。它可以取代部分鐵原子形成復(fù)合滲碳體及復(fù)雜化合物。而鉻含量太高造成大量碳化物出現(xiàn)，雖然提高了金屬的硬度和耐磨性，但韌性卻大幅度下降。經(jīng)大量的試驗和反復(fù)比較證明，鉻控制在1、5～4、0%較為適宜，這既兼顧了耐磨鑄鐵的綜合機械性能，又有效地減少了鉻的加入量，達到降低成本的目的。
(3)硼B(yǎng)在鑄鐵中是反石墨化元素。它可以使Fe-C-Cr三元素共晶態(tài)左移。它在奧氏體中的最大固溶度是0.018%，其余硼進入碳化物而形成硼碳化物。硼能顯著提高金屬材料的淬透性，使鑄鐵出現(xiàn)細(xì)珠光體或馬氏體。隨含硼量增加，硼碳化物結(jié)構(gòu)將變復(fù)雜，數(shù)量也增加，其宏觀硬度和硼碳化物的顯微硬度也隨之提高，韌性卻下降。經(jīng)大量的試驗表明該鑄鐵中的硼含量若低于0.07%，其耐磨性差，若高于0.40%時，鑄鐵的韌性明顯降低，脆性增加。
(4)鉬Mo是顯著提高淬透性的元素，既可固溶于鐵素體或奧氏體，又可形成碳化物及復(fù)雜的多元碳化物。鉬分布在共晶碳化物和基體間，能細(xì)化碳化物和晶粒。因此，加鉬能提高鑄鐵的綜合機械性能。
(5)銅Cu在鐵素體中的作用與鎳相似，用以提高其淬透性、韌性和細(xì)化晶粒。
(6)錳Mn既能形成碳化物，又能溶于基體、錳能穩(wěn)定珠光體，增加殘余奧氏體、錳高雖然碳化物增多，但脆性增大。錳量控制在0.4～0.8%較為適宜。
(7)硅Si在鑄鐵中是促進石墨化元素，有減少白口的傾向。硅能改善鑄鐵的鑄造性能。硅影響韌性，硅高會導(dǎo)致脆性增加。硅控制在0.40～1.2%間較合適。
(8)磷、硫P和S是隨爐料或合金化過程中混入的有害雜質(zhì)。應(yīng)以越低越好。
(9)Re殘余量稀土在本鑄鐵中是以變質(zhì)劑加入的，目的在于使鑄鐵中的連續(xù)網(wǎng)狀碳化物變?yōu)閿嗑W(wǎng)狀。Re殘余量過低則起不到變質(zhì)作用，過高又會生成稀土夾雜物，降低了鑄鐵的韌性。
本發(fā)明的工藝流程為配料-熔煉-調(diào)整成份-加變質(zhì)劑-出爐-澆注-熱處理。
配料的主要原料由以下組成爐料主要是含硼生鐵和廢鋼，如果沒有含硼生鐵可以用其他生鐵和廢鋼再加硼鐵。最好采用含硼生鐵，這樣既能使含硼生鐵中的硼得到合理利用，又能降低耐磨鑄鐵的生產(chǎn)成本。其他原料如碳素鉻鐵、鉬鐵、廢銅或者碳低時再配入一定量的廢碳素電極塊，可隨上述的爐料一次性地加入。為了更準(zhǔn)確地控制化學(xué)成份，提高產(chǎn)品質(zhì)量，一次性入爐的原料應(yīng)按最優(yōu)化學(xué)成份配入，即(重量%)C1.75～2.40，Cr1.5～2.5，B0.10～0.22，Mo0.4～0.8，Cu0.9～1.2。
熔煉爐型采用150KVA(250kg)中頻感應(yīng)爐。當(dāng)爐內(nèi)鐵液溫度達到1500℃時，化驗后再調(diào)整鐵液的化學(xué)成份。按上述的最優(yōu)成份控制方法如果錳、硅低，再補加硅鐵和錳鐵，(鉻如果隨爐料加入回收率掌握不好也可以在此階段加入)，把硅和錳調(diào)到Si0.4～0.8%，Mn0.4～0.6%，隨后充分?jǐn)嚢?。變質(zhì)劑最好采用1號稀土硅鐵合金，其成份為稀土含量30～35%，硅35～45%，其余為鐵。1號稀土的加入量以0.4～0.8%為宜。稀土合金可一次性向爐內(nèi)鐵液中加入，也可以分做兩批加入，一部份在爐內(nèi)，而另一部分隨翻爐鐵水流向包中沖入。Re的最佳控制含量為0.03～0.05%。鐵液中的磷硫在整個熔煉過程中最好控制在0.05%以下。完成上述操作后，再次攪拌即可扒渣出鐵，待澆注。其澆注溫度為1430℃～1470℃。鑄型可用干型，最好用濕型。
按上述工藝操作，其中的一爐化學(xué)成份為(重量%)C1.79Cr2.22，B0.11，Mo0.60，Cu1.20，Mn0.54，Si0.61，P0.039，S0.032，Re殘0.03。并以此爐鐵液用濕型鑄出700×70×70mm，重量為28kg的板錘。經(jīng)950±10℃淬火和260±10℃的回火，時間為3小時。熱處理后該板錘的機械性能為HRC＝54，ak＝10.3。附圖
為該板錘熱處理后(×400)的金相組織馬氏體+索氏體(細(xì)珠光體)+斷網(wǎng)狀的硼碳化物。
使用情況該板錘在φ1000×700mm反擊破碎機中試驗，用時三件為一組，破碎硬度為摩氏7級的硫鐵礦。其工作時間為42小時，而在同機使用的高錳鋼板錘為24小時，高鉻系耐磨鑄鐵板錘為39小時，使用壽命比高錳鋼提高75%，比高鉻系板錘還略高。本發(fā)明在其他方面的應(yīng)用在此就不做更多敘述。
權(quán)利要求
1.一種低鉻硼多元合金耐磨鑄鐵，其特征在于該鑄鐵的化學(xué)成份(重量%)為C∶1.75～3.0，Cr∶1.5～4.0，B0.07～0.40，Mo0.2～1.0，Cu0.8～1.3，Mn0.4～0.8，Si0.4～1.2，P≤0.08，S≤0.08，Re0.01～0.05，余量為Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低鉻硼多元合金耐磨鑄鐵，其特征在于淬火溫度為950±10℃，回火溫度為260±10℃。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種低鉻硼多元合金耐磨鑄鐵，其化學(xué)成分(重量％)為C1.75～3.0，Cr1.5～4.0，B0.07～0.4，Mo0.2～1.0，Cu0.8～1.3，Mn0.4～0.8，Si0.4～1.2，P≤0.08，S≤0.08，Re0.01～0.05，余量為Fe。
文檔編號C22C37/06GK1037548SQ8910500
公開日1989年11月29日 申請日期1989年1月9日 優(yōu)先權(quán)日1989年1月9日
發(fā)明者何獎愛, 劉國臣 申請人:東北工學(xué)院科學(xué)技術(shù)服務(wù)公司