CN102876964A - 一种灰铸铁及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
一种灰铸铁,由下列成分按质量百分比制成:C2.7—3.0%,Mn0.9—1.2%,Ni1—1.5%,Cr0.3—0.5%,Sn0.3—0.5%,包芯线1.6—2.0%,P≤0.1%,S≤0.1%,余量为铁和不可避免的杂质。包芯线的粉状内芯中含有轻稀土。本发明通过对灰铸铁的原材料配比进行合理的调整及增加孕育处理,使得灰铸铁强度及硬度均得到明显提升。该灰铸铁冶炼比较方便,具有良好的铸造性能,经孕育处理后,铸铁件不易开裂。使用现有材料炼出的灰铸铁铸件抗压强度、硬度都获得了明显提升,同时降低了企业生产成本,提高了产品合格率,扩大了铸件应用范围,具有很好的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种铸铁材料,尤其是涉及一种灰铸铁及其生产工艺。
背景技术
含碳量大于2.11%的铁碳合金称为铸铁,常用铸铁的分类按碳存在的形式不同可分为灰铸铁、 球墨铸铁、蠕墨铸铁等。灰铸铁中的碳大部分或全部以自由状态的片状石墨形式存在,其断口呈暗灰色,有一定的力学性能和良好的被切削性能,普遍应用于工业中。灰铸铁基本上是由铁、碳和硅组成的共晶型合金,其中,碳主要以石墨的形态存在。若在浇注前向铁液中加入少量孕育剂,形成大量的、高度弥散的难熔质点,成为石墨的结晶核心,促进石墨的形核,得到细珠光体基体和细小均匀分布的片状石墨。这种方法称为孕育处理,孕育处理后得到的铸铁叫做孕育铸铁。生产高强度铸件,控制铸***固时形成的石墨的形态和基体金属组织是至关重要的。
灰铸铁抗压强度比较高,有良好的吸振性、减震性和润滑性,有良好的导热性、切削加工型与铸造性,广泛的应用于机电产品中。但是现有铸造工艺在铸造圆周速度大于20m/s的带环、存在滑动摩擦等场合因其强度不能满足实际需求、易开裂等问题,以致限制了其使用范围。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有优良性能的灰铸铁及其生产工艺,以解决现有灰铸铁铸件强度不能满足实际需求、易开裂、使用范围受到限制等技术问题。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的: 一种灰铸铁,该灰铸铁由下列成分按质量百分比制成:
C2.7—3.0%,Mn0.9—1.2%,Ni1—1.5%,Cr0.3—0.5%,Sn 0.3—0.5%,包芯线1.6—2.0%, P≤0.1%,S≤0.1%,余量为铁和不可避免的杂质。
包芯线包括碳钢外皮和粉状内芯,所述粉状内芯中的元素组份及质量百分比为:Ca5-8%,Si35-40%,轻稀土16-20%、Zr2.1-3.5%,Ti3-5%,Ta3-5%,余量为铁和不可避免的杂质。
轻稀土的主要成分为Ce51%、La29%、Nd13%、Pr4.5%、Sm1.3%、Y1.2%。
在本发明化学成分中,碳是灰铸铁中的关键元素。它可增加灰铸铁中碳化物量,是石墨结晶核心的来源。碳元素能提高灰铸铁的硬度和强度。但是会降低其韧性和塑形。本发明中碳元素的含量为2.7—3.0%。
锰能提高灰铸铁的强度和硬度,并能推迟奥氏体冷却时铁素体的析出,有效地起到对铁素体固溶强化和细化晶粒作用。当灰铸铁中的含锰量在0.9—1.2%时,有利于生产出高强度的灰铸铁。
镍溶于液体铁及铁素体,在共晶期间促进石墨化,消除白口和游离渗碳体,细化石墨,细化并增加珠光体,还能提高铸铁的强度、硬度和冲击韧度。本发明中Ni的含量为1—1.5%。
铬在铸铁中使碳在奥氏体中的溶解度增加,因而阻碍铁素体生核成长,是很强的珠光体促成元素。本发明中的Cr含量控制在0.3—0.5%内,能有效地提高灰铸铁的性能,且不会出现碳化物。
锡元素有促成珠光体形成的作用。锡易于聚集在石墨-奥氏体界面上,阻止碳向石墨扩散,使碳固溶于奥氏体,从而促进形成珠光体。本发明中Sn的含量为0.3-0.5%。
硅是灰铸铁中必不可少的,极为重要的元素。如果没有硅的存在即使碳很高也很难获得游离体的铸铁组织。在灰铸铁中Si是强烈促进石墨化的元素,铁中只有C没有Si石墨化是很难完成的。Si元素含量低时,铸铁易出现白口组织,力学性能和铸造性能都较低:含量过高时,石墨片过多且粗大,甚至会出现过饱和碳,严重降低铸铁的机械性能和质量。
轻稀土加入铁水中,能起到精炼、脱硫、中和低熔点有害杂质的作用,并可以改善铸铁的加工性能,并提高铸铁室温及高温机械性能。
锆是常用的微合金化元素,它在铸铁中形成氮化物,有助于形成石墨核心,可以细化晶粒,抑制奥氏体晶粒的长大,从而提高铸铁的力学性能,特别是提高铸铁的抗裂纹扩展能力。
微量的钛能够促进石墨化,细化石墨和晶粒,减少白口和硬点,提高强度但是过量的钛会导致铸铁中形成D型石墨。
钽具有质地坚硬,熔点高,韧性强的特点,它能起到细化灰铸铁基体组织,提高抗拉强度、冲击韧性和硬度的作用。当与Ti、稀土金属配合后加入铁水中,可显著提高铸铁的耐高热腐蚀的能力。
硫、磷为杂质元素,应控制在合理范围内。磷能提高铸铁的抗拉强度和抗大气腐蚀能力,改善铸铁的切削加工性能,但是它会降低铸铁的塑形和韧性。因此硫、磷含量均≤0.1%。
本发明工艺为:将铁原料投入冲天炉中,升温至1450-1480℃,待原料完全液化后,加入根据配比计量好的C、Mn,Ni,Cr,Sn ,升温至1520℃,喂入包芯线,铁水出炉。
综上所述,本发明通过对灰铸铁的原材料配比进行合理的调整及增加孕育处理,使得灰铸铁强度及硬度均得到明显提升。该灰铸铁冶炼比较方便,具有良好的铸造性能,经孕育处理后,铸铁件不易开裂。使用现有材料炼出的灰铸铁铸件抗压强度、硬度都获得了明显提升,同时降低了企业生产成本,提高了产品合格率,扩大了铸件应用范围,具有很好的经济效益。
具体实施方式
下面通过实施例,对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1:将铁原料(P≤0.1%,S≤0.1%)投入冲天炉中,升温至1450-1480℃,待原料完全液化后,加入2.85%的C,1.05%的Mn,1.25%的Ni,0.4%的Cr,0.4%的Sn 。继续升温至1520℃,喂入1.8%的包芯线(Ca6.5%,Si37.5%,轻稀土18%、Zr2.8%,Ti4%,Ta4%,余量为铁和不可避免的杂质,所述包芯线轻稀土的成分为Ce51%、La29%、Nd13%、Pr4.5%、Sm1.3%、Y1.2%),然后将铁液倒入浇包。
按GB/T9394灰铸铁件标准,用实施例1得到的铁液制作单铸试棒,对试棒进行拉伸试验和硬度测试,其最小抗拉强度为378Mpa,布氏硬度(HBW)246。
实施例2:将铁原料(P≤0.1%,S≤0.1%)投入冲天炉中,升温至1450-1480℃,待原料完全液化后,加入2.7%的C,0.9%的Mn,1%的Ni,0.3%的Cr,0.3%的Sn 。继续升温至1520℃,喂入1.6%的包芯线(Ca5%,Si35%,轻稀土16%、Zr2.1%,Ti3%,Ta3%,余量为铁和不可避免的杂质,其中轻稀土的成分为Ce51%、La29%、Nd13%、Pr4.5%、Sm1.3%、Y1.2%),然后将铁液倒入浇包。。
按GB/T9394灰铸铁件标准,用实施例2得到的铁液制作单铸试棒,对试棒进行拉伸试验和硬度测试,其最小抗拉强度为363Mpa,布氏硬度(HBW)225。
实施例3:将铁原料(P≤0.1%,S≤0.1%)投入冲天炉中,升温至1450-1480℃,待原料完全液化后,加入3%的C,1.2%的Mn,1.5%的Ni,0.5%的Cr,0.5%的Sn 。继续升温至1520℃,喂入2.0%的包芯线(Ca8%,Si40%,轻稀土20%、Zr3.5%,Ti5%,Ta5%,余量为铁和不可避免的杂质,其中轻稀土的成分为Ce51%、La29%、Nd13%、Pr4.5%、Sm1.3%、Y1.2%),然后将铁液倒入浇包。
按GB/T9394灰铸铁件标准,用实施例3得到的铁液制作单铸试棒,对试棒进行拉伸试验和硬度测试,其最小抗拉强度为390Mpa,布氏硬度(HBW)265。
实施例4:将铁原料(P≤0.1%,S≤0.1%)投入冲天炉中,升温至1450-1480℃,待原料完全液化后,加入2.8%的C,1 %的Mn,1.12%的Ni, 0.3%的Cr,0.4%的Sn 。继续升温至1520℃,喂入1.7%的包芯线(Ca5.8%,Si36%,轻稀土17%、Zr2.4%,Ti3.5%,Ta3.5%,余量为铁和不可避免的杂质,其中轻稀土的成分为Ce51%、La29%、Nd13%、Pr4.5%、Sm1.3%、Y1.2%),然后将铁液倒入浇包。
按GB/T9394灰铸铁件标准,用实施例4得到的铁液制作单铸试棒,对试棒进行拉伸试验和硬度测试,其最小抗拉强度为369Mpa,布氏硬度(HBW)240。
实施例5:将铁原料(P≤0.1%,S≤0.1%)投入冲天炉中,升温至1450-1480℃,待原料完全液化后,加入2.9%的C,1.1%的Mn,1.35%的Ni, 0.45%的Cr,0.45%的Sn 。继续升温至1520℃,喂入1.9%的包芯线(Ca7.2%,Si39%,轻稀土19%、Zr3.2%,Ti4.5%,Ta4.5%,余量为铁和不可避免的杂质,其中轻稀土的成分为Ce51%、La29%、Nd13%、Pr4.5%、Sm1.3%、Y1.2%),然后将铁液倒入浇包。按GB/T9394灰铸铁件标准,用实施例5得到的铁液制作单铸试棒,对试棒进行拉伸试验和硬度测试,其最小抗拉强度为382Mpa,布氏硬度(HBW)259。
为了验证本发明的效果,另外制作对比例进行比较:
对比例1:将铁原料(P≤0.1%,S≤0.1%)投入冲天炉中,升温至1450-1480℃,待原料完全液化后,加入2.8%的C,1.2%的Mn,1.3%的Ni,0.5%的Cr,0.5%的Sn 。继续升温至1520℃,然后将铁液倒入浇包。
按GB/T9394灰铸铁件标准,用对比例1得到的铁液制作单铸试棒,对试棒进行拉伸试验和硬度测试,其最小抗拉强度为312Mpa,布氏硬度(HBW)196。
通过对本发明实施例和对比例的测试数据进行比较,可以发现本发明实施例中最小抗拉强度均超过350Mpa;而对比例中的最小抗拉强度为312Mpa,其硬度也远比本发明各实施例低。
Claims (4)
1.一种灰铸铁,其特征是该灰铸铁由下列成分按质量百分比制成:C2.7—3.0%,Mn0.9—1.2%,Ni1—1.5%,Cr0.3—0.5%,Sn 0.3—0.5%,包芯线1.6—2.0%, P≤0.1%,S≤0.1%,余量为铁和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种灰铸铁,其特征是所述包芯线包括碳钢外皮和粉状内芯,所述粉状内芯中的元素组份及质量百分比为:Ca5-8%,Si35-40%,轻稀土16-20%、Zr2.1-3.5%,Ti3-5%,Ta3-5%,余量为铁和不可避免的杂质。
3.根据权利要求2所述的一种灰铸铁,其特征是所述包芯线的粉状内芯中轻稀土的成分为Ce51%、La29%、Nd13%、Pr4.5%、Sm1.3%、Y1.2%。
4.一种生产权利要求1的灰铸铁的工艺,其特征是:将铁原料投入冲天炉中,升温至1450-1480℃,待原料完全液化后,加入根据配比计量好的的碳、锰,镍,铬,锡,升温至1520℃,喂入包芯线,铁水出炉。
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