CN105132790A - 一种含钒碳化物奥铁体球墨铸铁及制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种含钒碳化物奥铁体球墨铸铁，其组成及质量百分含量为：C:3.20~3.70；Si:2.50~3.30；Mn:0.4~0.8；P≤0.040；S≤0.007；Ce:0.01~0.04；Mg:0.01~0.04；Cr:0.30~1.80；V:0.25~0.70；余量为铁。其制备方法如下：(1)将生铁、废钢、锰铁和钒铁加热熔炼；(2)将稀土镁球化剂置于包底凹槽，上面放置孕育剂；浇注温度1350~1430℃，浇注时间10~30秒，冷却后得到球墨铸铁；(3)将冷却后的球墨铸铁，加热至850~920℃，保温2~4小时，然后放入280~320℃的45%KN03+55%NaN03熔盐中，保温1~3小时，取出冷却至常温，得到本发明所述的含钒碳化物奥铁体球墨铸铁。本发明的含钒碳化物奥铁体球墨铸铁是一种高韧性高硬度、综合力学性能好的含碳化物奥铁体球墨铸铁。
Description
技术领域
本发明涉及一种球墨铸铁及其制备方法，具体地说是涉及一种含钒碳化物奥铁体球墨铸铁及其制备方法，属冶金铸造领域。
背景技术
目前，在冶金、矿山等行业中应用的耐磨材料种类繁多，但是在这些行业的许多工件和设备会由于磨损而迅速失效。尽管材料磨损很少引起金属工件灾难性的危害，其造成的经济损失也是惊人的，据统计在我国每年因为磨损造成的损失就达1000亿以上。在全球资源日益枯竭的今天，这是一项巨大的消耗，白口铸铁和高锰钢，镍硬铸铁，高铬白口铸铁等不同耐磨材料在不同的发展阶段对降低单位材料消耗起到了非常大的作用，但是这些材料在性能上存在不同的问题，如普通白口铸铁韧性较低，高锰钢在低冲击载荷下加工硬化能力差，高铬铸铁在腐蚀性介质的湿磨条件下因腐蚀而使得易腐蚀失效，同时韧性也显不足。因此，促使人们从另外途径开发新一代新型抗磨材料，同时各种铁合金的价格猛涨，导致耐磨材料制造成本上升。含碳化物奥铁体球墨铸铁（CADI）正是在这样的条件下发展起来的一种新型抗磨材料，具有综合性能优良，成本低廉的特点。
含碳化物的等温淬火球墨铸铁（CADI)作为ADI的衍生材料，首先由美国1992年开发出来，加入一些易形成碳化物的合金元素，从而生成一定量碳化物，研究表明CADI特有的贝氏体+残余奥氏体基体组织，使CADI材料能够获耐磨性的同时具有较高的冲击韧度，在成本方面比白口铸铁、高锰钢更便宜。因此应用于对韧性和硬度有一定要求，且相对耐磨性的零件，CADI是最佳的选择。
CN103320647A公开了一种带碳化物等温淬火球铁及其淬火工艺，该铸铁的化学成分和质量分数为C:3.3~3.8%；P:0.01~0.05%；S:0.005~0.02%；Mg:0.025~0.045%；Re:0.015~0.03%；Sn:0.1~0.8%；Si:2.8~3.6%；Mn:1.5~2.8%；Cr:0.2~0.8%；B:0.02~0.08%；余量为铁。热处理后抗拉强度达到δb≥700MPa，冲击韧性为8~15J/cm2，硬度为56~62HRC结果提高了硬度但是硬度太高了不利于机加工，且该热处理工艺为双级淬火耗费时间比较多且浪费资源不利于工业化生产。
CN101589661A公开了一种带有碳化物等温淬火球铁犁铧及生产方法，该铸铁的化学成分和质量分数为C:3.40~3.80；Si:2.20~2.80；Mn:0.20~0.50；P≤0.030；S≤0.002；Mg:0.03~0.04；Cr:0.25~0.50；Re:0.01~0.02；余量为铁。该球铁最后达到的硬度为58HRC提高了产品的耐磨性，但是，该热处理工艺最后的回火阶段，造成热处理工艺复杂，不利于工业生产。该材料只涉及制作犁铧，应用范围比较狭窄，其使用受到一定限制。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的硬度高而韧性低、易断裂、应用范围较窄的缺陷，提出一种综合力学性能好的含钒碳化物奥铁体球墨铸铁。
本发明的另一个目的提出了一种所述含钒碳化物奥铁体球墨铸铁的操作简单，可工业化批量生产的制备方法。
本发明的含钒碳化物奥铁体球墨铸铁的组成及质量百分含量：C:3.20~3.70；Si:2.50~3.30；Mn:0.4~0.8；P≤0.040；S≤0.007；Ce:0.01~0.04；Mg:0.01~0.04；Cr:0.30~1.80；V:0.25~0.70；余量为铁。
本发明优选的含钒碳化物奥铁体球墨铸铁组成及质量百分含量：C:3.23~3.60；Si:2.69~3.01；Mn:0.50~1.00；P≤0.040；S≤0.008；Ce:0.01~0.04；Mg:0.012~0.030；Cr:0.30~1.50；V:0.19~0.68；余量为铁。
本发明最佳的含钒碳化物奥铁体球墨铸铁组成及质量百分含量：C:3.37；Si:2.79；Mn:00.58；P:0.038；S:0.006；Ce:0.019；Mg:0.012；Cr:1.15；V:0.68；余量为铁。
本发明添加适量的形成碳化物的元素钒，用于形成不同形状和大小的碳化物，较好地均匀分布于基体中，抑制或避免网状碳化物的形成，防止对基体的割裂作用，从而降低材料的韧性。
合适的Mn和Si元素含量，主要有助于在铸造过程中形成铁素体和珠光体的混合型球墨铸铁原始组织。试验表明：适量的Mn元素有助于提高材料的淬透性。
本发明所述的含钒碳化物奥铁体球墨铸铁的制备方法，其具体步骤是：
(1)熔炼：将生铁、废钢、锰铁和钒铁加热熔炼，待铁液加热至1450~1520℃出炉；
(2)铁液球化孕育处理：采用包内冲入法球化孕育，将VNCR-80稀土镁球化剂置于包底凹槽，上面放置VI-70RE孕育剂；浇注前，放入氧化铈于型腔，浇注温度1350~1430℃，浇注时间10~30秒，采用砂型暗冷铁快速浇注型腔，冷却后得到球墨铸铁；
(3)盐浴等温淬火热处理：将冷却后的球墨铸铁，加热至850~920℃，保温2~4小时，然后放入加热至280~320℃的45%KN03+55%NaN03熔盐中，保温1~3小时，取出置于空气中冷却至常温，得到本发明所述的含钒碳化物奥铁体球墨铸铁。
VNCR-80稀土镁球化剂加入量为原料质量的1.0~2.0%。
VI-70RE孕育剂加入量为原料质量的0.5~1.0%。
氧化铈加入量为原料质量的0.03%。
本发明方法制备的含钒碳化物奥铁体球墨铸铁的金相组织由奥铁体、钒的碳化物和石墨球及残奥组成。
本发明与现有含碳化物奥铁体球墨铸铁及其制备方法相比较的优点在于：
1.本发明在现有含碳化物球墨铸铁的配比成分上添加V元素，使铸态在结晶时形成硬度比较高的块状的含钒碳化物，较好地分布于基体中，可以比较好地抑制和避免网状碳化物的形成。
2.本发明方法利用盐浴等温淬火热处理工艺获得奥铁体（或称为贝氏体＋残余奥氏体）基体组织，其组织分布均匀，有利于提高球墨铸铁的综合力学性能。
附图说明
图1实施例1的含钒碳化物奥铁体球墨铸铁电子探针照片。
图2实施例1的含钒碳化物奥铁体球墨铸铁金相照片。
图3实施例2的含钒碳化物奥铁体球墨铸铁金相照片。
图4实施例3的含钒碳化物奥铁体球墨铸铁金相照片。
图中：1.碳化物；2.奥铁体；3.石墨球。
具体实施方式
实施例1
组成和质量百分比：C:3.23；Si:3.01；Mn:0.56；P:0.037；S:0.006；Ce:0.035；Mg:0.023；Cr:1.15；V:0.28；余量为铁。
(1)熔炼：将配置好的生铁、废钢、锰铁、钒铁等合金炉料放入中频感应电炉中，加热并熔化成球墨铸铁合金铁液，炉前测试调整成分，出炉温度1510℃左右。
(2)铁液球化孕育处理：采用包内冲入法球化孕育，将原料质量1.8%的VNCR-80稀土镁球化剂置于包底凹槽，上面放置原料质量0.8%的VI-70RE孕育剂；浇注前，放入原料质量0.03%的氧化铈于型腔，然后浇注合金铁液，浇注温度1416℃，浇注时间24秒，冷却后即得球墨铸铁。
(3)盐浴等温淬火热处理：将上述球墨铸铁，加热至900℃，保温2小时，然后放入加热至310℃的45%KN03+55%NaN03熔盐中，保温2小时，取出置于空气中冷却至常温，得到本发明所述的含钒碳化物奥铁体球墨铸铁。性能见表1。
实施例2
组成和质量百分比：C:3.35；Si:2.81；Mn:0.57；P:0.038；S:0.006；Ce:0.023；Mg:0.013；Cr:1.15；V:0.50；余量为铁。
(1)熔炼：同实施例1。出炉温度1530℃。
(2)铁液球化孕育处理：同实施例1。浇注温度为1425℃，浇注时间为18秒，冷却后即得球墨铸铁。
(3)盐浴等温淬火热处理：同实施例1。性能见表1。
实施例3
组成和质量百分比：C:3.37；Si:2.79；Mn:0.58；P:0.038；S:0.006；Ce:0.019；Mg:0.012；Cr:1.15；V:0.68；余量为铁。
(1)熔炼：同实施例1。出炉温度1525℃。
(2)铁液球化孕育处理：同实施例1。浇注温度为1425℃，浇注时间为18秒，冷却后即得球墨铸铁。
(3)盐浴等温淬火热处理：同实施例1。性能见表1。
表1本发明的含钒碳化物奥铁体球墨铸铁性能
注：磨损试验数据是在同样工况下测试的，1公斤压力，时间30分钟。
(质量损失率M=△m/s.t)。
Claims (7)
1.一种含钒碳化物奥铁体球墨铸铁，其特征是组成及质量百分含量：C:3.20~3.70；Si:2.50~3.30；Mn:0.4~0.8；P≤0.040；S≤0.007；Ce:0.01~0.04；Mg:0.01~0.04；Cr:0.30~1.80；V:0.25~0.70；余量为铁。
2.根据权利要求1所述的含钒碳化物奥铁体球墨铸铁，其特征是组成及质量百分含量：C:3.23~3.60；Si:2.69~3.01；Mn:0.50~1.00；P≤0.040；S≤0.008；Ce:0.01~0.04；Mg:0.012~0.030；Cr:0.30~1.50；V:0.19~0.68；余量为铁。
3.根据权利要求1所述的含钒碳化物奥铁体球墨铸铁，其特征是组成及质量百分含量：C:3.37；Si:2.79；Mn:00.58；P:0.038；S:0.006；Ce:0.019；Mg:0.012；Cr:1.15；V:0.68；余量为铁。
4.权利要求1所述的含钒碳化物奥铁体球墨铸铁的制备方法，其特征是由以下步骤组成：
(1)熔炼：将生铁、废钢、锰铁和钒铁加热熔炼，待铁液加热至1450~1520℃出炉；
(2)铁液球化孕育处理：采用包内冲入法球化孕育，将VNCR-80稀土镁球化剂置于包底凹槽，上面放置VI-70RE孕育剂；浇注前，放入氧化铈于型腔，浇注温度1350~1430℃，浇注时间10~30秒，采用砂型暗冷铁快速浇注型腔，冷却后得到球墨铸铁；
(3)盐浴等温淬火热处理：将冷却后的球墨铸铁，加热至850~920℃，保温2~4小时，然后放入加热至280~320℃的45%KN03+55%NaN03熔盐中，保温1~3小时，取出置于空气中冷却至常温，得到本发明所述的含钒碳化物奥铁体球墨铸铁。
5.根据权利要求4所述的含钒碳化物奥铁体球墨铸铁的制备方法，其特征是所述VNCR-80稀土镁球化剂加入量为原料质量的1.0~2.0%。
6.根据权利要求4所述的含碳化物奥铁体球墨铸铁的制备方法，其特征是所述VI-70RE孕育剂加入量为原料质量的0.5~1.0%。
7.根据权利要求4所述的含碳化物奥铁体球墨铸铁的制备方法，其特征是所述氧化铈加入量为原料质量的0.03%。
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