CN102676907B - 一种耐磨耐腐蚀铁基材料及制备方法 - Google Patents

一种耐磨耐腐蚀铁基材料及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种耐磨耐腐蚀铁基材料及其制备方法,该铁基材料是由以下质量百分比的组分制成:C:1.85‑2.15%,Si:1.90‑2.30%,Mn:0.30‑0.60%,Cr:32.00‑35.00%,Mo:2.00‑2.50%,Ni:0.30‑0.70%,W:0.30‑0.70%,Al:0.20‑0.50%,Cu:0.10‑0.30%,V:0.03‑0.30%,稀土Y:0.20‑0.30%,P、S≤0.04%,余量为Fe。其制备方法为:将各配料加入中频感应炉中冶炼,出炉温度在1430‑1520 ℃,在特定的工艺条件下进行离心铸造,浇注时加入0.20‑0.30%的稀土Y进行变质处理。本发明的高铬铸铁材料中,通过添加适量的铝、钒、铜、稀土合金元素,提高了高铬铸铁的耐磨、耐腐蚀性能和高温力学性能。本发明可用于冶金、矿山、化工、电力等工业领域的耐腐蚀磨损易损部件。

Description

一种耐磨耐腐蚀铁基材料及制备方法
技术领域
本发明涉及一种铁基材料及其制备方法,具体是指一种耐磨、耐腐蚀、并具有良好高温力学性能的高铬铸铁材料及制备方法。
背景技术
高铬铸铁是高铬白口抗磨铸铁的简称,是一种性能优良而受到特别重视的抗磨材料。它具有比合金钢高得多的耐磨性,和比一般白口铸铁高得多的韧性、强度,同时还兼有良好的抗高温和抗腐蚀性能,作为一种典型的耐磨耐腐蚀材料,已得到广泛的应用,为了进一步提高其耐磨耐腐蚀性能,本发明在合金成分为2Cr32Si2MnMo2的基础上,通过添加适量的铝、钒、铜、稀土合金元素,来提高铸铁的耐磨、耐腐蚀性能和高温力学性能,以满足冶金、矿山、化工、电力等工业领域对零部件需具备较高耐腐蚀、耐磨损性能的应用要求。
发明内容
本发明的目的在于通过合理的成分设计和优化制备工艺相结合,提供一种耐磨耐腐蚀高铬铸铁材料及其制备工艺,使其具有高的耐磨性、耐腐蚀性和良好高温力学性能。
步骤一:高铬铸铁的成分设计
高铬铸铁的化学成分及其质量百分比为:C:1.85-2.15%,Si:1.90-2.30%,Mn:0.30-0.60%,Cr:32.00-35.00%,Mo:2.00-2.50%,Ni:0.30-0.70%,W:0.30-0.70%,Al:0.20-0.50%,Cu:0.10-0.30%,V:0.03-0.30%,稀土Y: 0.20-0.30%,P、S≤0.04%,余量为Fe。
步骤二:高铬铸铁的熔炼与铸造
按上述的原料质量百分比加入中频感应炉中冶炼,出炉温度在1430-1520 ℃,采用离心铸造,浇注时加入0.20-0.30%的稀土Y进行变质处理,离心铸造工艺条件如下:
涂料涂敷温度:120-150 ℃,
涂敷厚度:1 mm,
铸型转速:1600 r/min,
浇铸时铸型温度:270-300 ℃,
金属液浇铸温度:1430-1500 ℃,
浇铸速率:1 kg/s。
采用上述技术方案,本发明的耐磨耐腐蚀铸铁相对于现有的技术达到了如下有益效果:
本发明在合金成分为2Cr32Si2MnMo2的基础上,对高铬铸铁的化学成分进行了优化。铜作为合金元素与钼和镍复合加入高铬铸铁中,在提高淬透性的同时,使碳化物细化,并使之呈现不连续状,使高铬铸铁的耐磨性和韧性提高;钒是强碳化物形成元素,极小的VC颗粒均匀分布在组织中,在结晶时作为外来核心,明显控制结晶从而细化组织,改善碳化物的分布,减少粗的柱状晶组织;加入铝的主要作用是在磨损面上富集,形成稳定的Al2O3,隔离氧进一步氧化基体,从而提高合金的耐磨性能;加入稀土元素起到的变质作用可以抑制晶粒长大,细化晶粒,而且稀土Y还能净化晶界,改变夹杂物的性质、形态和分布,从而提高高铬铸铁的强度、韧性,减少剥落磨损。制备的高铬铸铁的主要组织为M7C3型碳化物、马氏体和残余奥氏体。铸件平均硬度34.4-41.0 HRC。铸件的700 ℃高温抗拉强度为220.2-280.4MPa,用此铸铁制造的内燃机气门座圈、浆料泵、物流输送管道等易损件具有良好的耐磨、耐腐蚀,及高温力学性能,工作稳定性好,可有效解决其耐磨耐腐蚀性能差的问题。
具体实施方式
通过如下实施例对本发明作进一步说明,但本发明的实施方式不仅限于此。
实施例1
一种耐磨耐腐蚀铁基材料及制备方法包括如下步骤及其工艺条件:
步骤一:高铬铸铁的成分设计
高铬铸铁的化学成分及其质量百分比为:
C:1.90%,
Si:2.03%,
Mn:0.40%,
Cr:33.00%,
Mo:2.10%,
Ni:0.35%,
W:0.40%,
Al:0.30%,
Cu:0.20%,
V:0.10%,
稀土Y:0.20%,
P、S≤0.04%,
余量为Fe。
步骤二:高铬铸铁的熔炼与铸造
采用炉料为低碳铬铁、高碳铬铁、钨铁、生铁、锰铁、钼铁、硅铁、钒铁、铝铁、电解铜、电解镍进行配料,将各配料加入50 kg中频感应炉中熔炼,出炉温度在1430 ℃,采用离心铸造,浇注时加入0.20%的稀土Y进行变质处理,离心铸造工艺条件如下:
涂料涂敷温度:120 ℃,
涂敷厚度:1 mm,
铸型转速:1600 r/min,
浇铸时铸型温度:270 ℃,
金属液浇铸温度:1430 ℃,
浇铸速率:1 kg/s。
制备的高铬铸铁主要组织为M7C3型碳化物、马氏体和残余奥氏体。铸件平均硬度34.4 HRC。铸件的700 ℃高温抗拉强度为220.2 MPa。
实施例2
一种耐磨耐腐蚀铁基材料及制备方法包括如下步骤及其工艺条件:
步骤一:高铬铸铁的成分设计
高铬铸铁的化学成分及其质量百分比为:
C:2.00%,
Si:2.05%,
Mn:0.45%,
Cr:34.00%,
Mo:2.20%,
Ni: 0.40%,
W:0.55%,
Al:0.40%,
Cu:0.30%,
V:0.20%,
稀土Y: 0.25%,
P、S≤0.04%,
余量为Fe。
步骤二:高铬铸铁的熔炼与铸造
采用炉料低碳铬铁、高碳铬铁、钨铁、生铁、锰铁、钼铁、硅铁、钒铁、铝铁、电解铜、电解镍进行配料,将各配料加入50 kg中频感应炉中熔炼,出炉温度在1470 ℃,采用离心铸造,浇注时加入0.25%的稀土Y进行变质处理,离心铸造工艺条件如下:
涂料涂敷温度:135 ℃,
涂敷厚度:1 mm,
铸型转速:1600 r/min,
浇铸时铸型温度:280 ℃,
金属液浇铸温度:1470 ℃,
浇铸速率:1 kg/s。
制备的高铬铸铁主要组织为M7C3型碳化物、马氏体和残余奥氏体。铸件平均硬度37.3 HRC。铸件的700 ℃高温抗拉强度为253.1 MPa。
实施例3
一种耐磨耐腐蚀铁基材料及制备方法包括如下步骤及其工艺条件:
步骤一:高铬铸铁的成分设计
高铬铸铁的化学成分及其质量百分比为:
C:2.10%,
Si:2.10%,
Mn:0.45%,
Cr:35.00%,
Mo:2.30%,
Ni:0.60%,
W:0.65%,
Al:0.45%,
Cu:0.30%,
V:0.25%,
稀土Y:0.30%,
P、S≤0.04%,
余量为Fe。
步骤二:高铬铸铁的熔炼与铸造
采用炉料低碳铬铁、高碳铬铁、钨铁、生铁、锰铁、钼铁、硅铁、钒铁、铝铁、电解铜、电解镍进行配料,将各配料加入加入50 kg中频感应炉中熔炼,出炉温度在1520 ℃,采用离心铸造,浇注时加入0.30%的稀土Y进行变质处理,离心铸造工艺条件如下:
涂料涂敷温度:150 ℃,
涂敷厚度:1 mm,
铸型转速:1600 r/min,
浇铸时铸型温度:300 ℃,
金属液浇铸温度:1500 ℃,
浇铸速率:1 kg/s。
制备的高铬铸铁主要组织为M7C3型碳化物、马氏体和残余奥氏体。铸件平均硬度41.0 HRC。铸件的700 ℃高温抗拉强度为280.4 MPa。

Claims (1)

1. 一种耐磨耐腐蚀铁基材料制备工艺,其特征在于:其化学成分及质量百分比为:C:2.10%,Si:2.10%,Mn:0.45%,Cr:35.00%,Mo:2.30%,Ni:0.60%,W:0.65%,Al:0.45%,Cu:0.30%,V:0.25%,稀土Y: 0.30%,P、S≤0.04%,余量为Fe;按照以下步骤进行:
将各配料加入中频感应炉中冶炼,出炉温度在1520 ℃,采用离心铸造,浇注时加入0.30%的稀土Y进行变质处理,离心铸造工艺条件为:
涂料涂敷温度: 150 ℃,涂敷厚度:1 mm,铸型转速:1600 r/min,浇铸时铸型温度:300 ℃,金属液浇铸温度: 1500 ℃,浇铸速率:1 kg/s。
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