CN1145415A

CN1145415A - 低镍钒钛多元合金耐磨铸铁

Info

Publication number: CN1145415A
Application number: CN 96117475
Authority: CN
Inventors: 樊显理
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-03-12
Filing date: 1996-03-12
Publication date: 1997-03-19

Abstract

该合金耐磨铸铁是采用我国特有的含有多种有益合金元素的钒钛天然合金生铁作原料加镍等熔炼而成；其化学成分为C3.0～4.0％，Si1.3～2.6％，Mn0.6～1.5％，Ni0.1～0.8％，V0.3～0.5％，Ti0.05～0.2％，P≤0.4％，S＜0.1％，余为铁及钒钛生铁所固有的Co，Cr，Cu，Nb等合金元素微量，其总量为0.2％左右(铁在外)；本发明还公开了熔炼该耐磨铸铁时如何把成本降到最低的措施，从而使这种硬度适中、强度高、韧性好、耐磨性能优异、耐热、耐蚀、耐热疲劳、组织均匀，壁厚敏感性小、铸造性能优良、机加工性能优良、在汽车、内燃机、机床制造业，用途广泛的合金耐磨铸铁的实际大量生产应用成为可能。

Description

低镍钒钛多元合金耐磨铸铁

CN1037548号专利公开了一种“低铬硼多元合金耐磨铸铁”用于矿山设备耐磨元件。本发明提出一种“低镍钒钛多元合金耐磨铸铁”。主要用于微型汽车发动机缸体，内燃机气缸套、活塞环，机动车辆制动鼓、制动盘、离合器摩擦盘、压板，火车阐瓦，金属切削机床、锻压设备、冲压机床等的床身、立柱、横梁、工作台等等要求高强度、高耐磨、硬度适中、韧性好，铸造精度和机械加工精度要求高的机械设备结构性零件或运动摩擦副。

钒作为一种合金元素，是铸铁最强有力的强化剂和热强剂，加0.31％的钒到含有C2.85～3.05％，Si 1.05～1.25％的铸铁中去，在20℃的常温条件下，其抗拉强度可由200MPa提高到420MPa，在450℃的高工作温度条件下，其抗拉强度还可提高到440MPa比其在常温下的强度还要高(《国外钒钛》第十二期，<钒及其合金的应用>，科学技术文献出版社重庆分社1979年12月出版)。钒和钛均属稀有高熔点金属，对碳和氮都具有很强的亲和力，因此都是强碳化物形成元素，VC和TiC都具有极高的硬度，VC的显微硬度为2800HV，TiC的显微硬度为3200HV，比高磷铸铁中磷共晶(斯氏体)的显微硬度(600～800HV)高3～4倍，比硼铸铁中的含硼复合碳化物(又称复合磷共晶或特殊斯氏体)的显微硬度(900～1200HV)高2～3倍。VC和TiC弥散分布于钒钛铸铁中，使钒钛铸铁的耐磨性比普通灰口铸铁HT200的耐磨性提高2～3倍，钒钛铸铁还有一个极重要的特性是优良的耐热疲劳性能(《铸造手册》第1卷，中国机械工程学会铸造专业学会编，机械工业出版社1994年10月出版》)，是制造汽车制动鼓、制动盘最理想的特性。镍可全溶于奥氏体，降低奥氏体转变为珠光体的临界温度，扩大奥氏体区，同时降低共析点的含碳量，不但有稳定细化珠光体的作用，还有增加珠光体，使珠光体中铁素体强化的作用，有使铸铁基体组织均匀化的作用，还有促进石墨化、细化石墨、使石墨均匀化、防止白口的作用，还有减轻铸件壁厚敏感性，减轻淬火时的壁厚效应，加深淬火层的作用。因此镍作为合金元素除能提高铸铁的强度、硬度、耐磨性外，还能有效地提高铸铁的韧性、塑性，改善铸铁的基体组织的均匀性，改善铸铁的铸造工艺性，切削加工工艺性，这是对铸铁特别重要的特性，此外含镍铸铁还具有较高的耐热性、耐蚀性和优良的低温力学性能。镍在灰口铸铁中抗拉强度、抗弯强度随镍的增加而增加，当镍达到0.6％时达到最大值，(《铸造手册》第1卷，中国机械工程学会铸造专业学会编，机械工业出版社1994年10月出版)。综上所述，将镍钒钛这三种最理想的铸铁合金元素熔合在铸铁中，造就一种“低镍钒钛合金耐磨铸铁”，不但能充分发挥这三种合金元素各自的优良特性，还能相辅相成，使优点更加突出，使缺点得到克服，因此，低镍钒钛合金耐磨铸铁，是一种出类拔萃的高强度、韧性好、硬度适中，耐磨性、耐热疲劳性特别优良、具有一定耐热耐蚀能力，而且组织均匀，壁厚敏感性小，铸造性能优良，机械加工工艺性能优良的高级合金铸铁，这也就是本发明的目的所在。铸铁工作者机械汽车设计制造专家们唯一担心的恐怕只有成本一项了，对此，本发明还公开了独特的降低成本的措施，一并陈述于后。

本发明的目的是通过下述方案来实现的：

1、一种低镍钒钛合金耐磨铸铁，其特征在于：第一，熔炼该合金耐磨铸铁是采用我国特有的，含有多种有益合金元素的钒钛磁铁矿冶炼的天然合金钒钛生铁(其中包括按国家标准GB5025-85生产的含钒生铁)作原料；第二，该合金耐磨铸铁含有下列化学成份：C 3.0～4.0％，Si 1.3～2.6％，Mn 0.6～1.5％，Ni 0.1～0.8％，V 0.3～0.5％，Ti 0.05～0.2％，P≤0.4％，S＜0.1％，余为铁及钒钛天然合金生铁所固有的Co，Cr，Cu，Nb等合金元素微量，其总量为0.2％左右(铁在外)。第三、该合金耐磨铸铁的熔炼方法，可以采用冲天炉熔练法熔炼；也可以采用电炉熔炼法熔炼，若将该合金耐磨铸铁用于制造汽车零部件，或用于制造内燃机零部件等大规模和超大规模生产，本发明倡议采用“冶炼天然合金钒钛生铁的高炉与电炉实行双联熔炼”的方法熔炼；第四，合金元素镍等的来源和加入方法，亦随制品的不同和生产厂家工艺设备的不同，可以采用电解镍炉内加入或前炉加入；亦可采用镍铁炉内加入或前炉加入；还可采用炼镍厂吹炼高冰镍的转炉渣或电解镍厂的电解镍渣，经除硫处理后炉内加入；对于汽车零部件，内燃机零部件等大规模超大规模生产厂家，本发明倡议采用硅酸镍矿或硫化镍精矿经焙烧处理除硫后，直接加入冶炼钒钛生铁的高炉，冶炼成镍钒钛天然合金生铁，然后将该种生铁高炉高温铁液注入预热电炉中进行精确配料、过热精炼、出炉浇铸。

2、根据权利要求1所述低镍钒钛合金耐磨铸铁，其特征在于：第一，熔炼该合金耐磨铸铁是采用我国特有的，含有多种有益合金元素的钒钛磁铁矿冶炼的天然合金钒钛生铁(其中包括按国家标准GB5025-85生产的含钒生铁)作原料；第二，该合金耐磨铸铁含有下列化学成份：C 3.0～4.0％，Si 1.3～2.6％，Mn 0.6～1.5％，Ni 0.1～0.8％，V 0.3～0.5％，Ti 0.05～0.2％，B 0.03～0.06％，P≤0.15％，S＜0.08％，余为铁及钒钛天然合金生铁所固有的Co，Cr，Cu，Nb等合金元素微量，其总量为0.2％左右(铁在外)。第三、该合金耐磨铸铁的熔炼方法，可以采用冲天炉熔炼法熔炼；也可以采用电炉熔炼法熔炼，若将该合金耐磨铸铁用于制造汽车零部件，或用于制造内燃机零部件等大规模和超大规模生产，本发明倡议采用“冶炼天然合金钒钛生铁的高炉与电炉实行双联熔炼”的方法熔炼；第四，合金元素镍等的来源和加入方法，亦随制品的不同和生产厂家工艺设备的不同，可以采用电解镍炉内加入或前炉加入；亦可采用镍铁炉内加入或前炉加入；还可采用炼镍厂吹炼高冰镍的转炉渣或电解镍厂的电解镍渣，经除硫处理后炉内加入；对于汽车零部件，内燃机零部件等大规模超大规模生产厂家，本发明倡议采用硅酸镍矿或硫化镍精矿经焙烧处理除硫后，直接加入冶炼钒钛生铁的高炉，冶炼成镍钒钛天然合金生铁，然后将该种生铁高炉高温铁液注入预热电炉中进行精确配料、过热精炼、出炉浇铸。其中硼元素的加入根据制品要求的不同和厂家工艺条件的不同，可以采用硼铁、含硼生铁、硼砂或硼矿石(纤维硼镁石[Mg(BO₂)(OH)]或方硼石[Mg₆(B₁₄O₂₆)Cl₂]。

本发明的优点在于：第一，采用我国特有的含有多种有益合元素的钒钛磁铁矿冶炼的天然合金钒钛生铁作原料，由于钒钛多元合金生铁的遗传特性，使该合金耐磨铸铁材质均匀，有益合金元素多种多样，从而获得优异性能，且成本低廉；第二，本发明配方独特，使该合金耐磨铸铁性能优良，用其所生产的产品可靠性高，使用寿命长，且成本低，具有强大的市场竞争力，第三：熔炼方法以及外加合金成份的来源等，本方案均提出了可供选择的方案，而且不少是第一次公开，具有材料来源广，成本低廉的特点。

实施例1：一种微型汽车内燃机气缸体用低镍钒钛合金耐磨铸铁，其化学成份(重量百分比)为：C 3.5～4.0％，Si 2.0～2.6％，Mn 0.6～1.0％， Ni 0.5～0.8％，V 0.3～0.5％，Ti 0.05～0.16％，P≤0.15％，S＜0.05％，余为铁及钒钛天然合金生铁所固有的Co，Cr，Cu，Nb等合金元素微量，其总量为0.2％左右(铁在外)。

实施例2：一种汽车制动鼓、制动盘、离合器压板用低镍钒钛合金耐磨铸铁，其化学成份(重量百分比)为：C 3.5～3.8％，Si 1.3～1.8％，Mn 0.6～0.9％，Ni 0.1～0.3％，V 0.3～0.5％，Ti 0.05～0.16％，P≤0.15％，S＜0.05％，余为铁及钒钛天然合金生铁所固有的Co，Cr，Cu，Nb等合金元素微量，其总量为0.2％左右(铁在外)。

实施例3：一种内燃机缸套用低镍钒钛合金耐磨铸铁，其化学成份(重量百分比)为：C 3～3.6％，Si 1.5～2.2％，Mn 0.5～1.1％，Ni 0.5～0.8％，B 0.03～0.06％，V 0.3～0.5％，Ti 0.05～0.16％，P 0.2～0.3％，S≤0.06％，余为铁及钒钛天然合金生铁所固有的Co，Cr，Cu，Nb等合金元素微量，其总量为0.2％左右(铁在外)。

实施例4：一种机床耐磨零件用低镍钒钛合金耐磨铸铁，其化学成份(重量百分比)为：C 3.4～3.8％，Si 1.5～2.0％，Mn 0.6～1.2％，Ni 0.2～0.6％，V 0.3～0.5％，Ti0.05～0.16％，P 0.2～0.3％，S≤0.1％，余为铁及钒钛天然合金生铁所固有的Co，Cr，Cu，Nb等合金元素微量，其总量为0.2％左右(铁在外)。

Claims

1、一种低镍钒钛合金耐磨铸铁，其特征在于：第一，熔炼该合金耐磨铸铁是采用我国特有的，含有多种有益合金元素的钒钛磁铁矿冶炼的天然合金钒钛生铁(其中包括按国家标准GB5025-85生产的含钒生铁)作原料；第二，该合金耐磨铸铁含有下列化学成份(重量百分比)：C 3.0～4.0％，Si 1.3～2.6％，Mn 0.6～1.5％，Ni 0.1～0.8％，V0.3～0.5％，Ti 0.05～0.2％，P≤0.4％，S＜0.1％余为铁及钒钛天然合金生铁所固有的Co，Cr，Cu，Nb等合金元素微量，其总量为0.2％左右(铁在外)；第三、该合金耐磨铸铁的熔炼方法，可以采用冲天炉熔炼法熔炼；也可以采用电炉熔炼法熔炼，若将该合金耐磨铸铁用于制造汽车零部件、或用于制造内燃机零部件等具有大规模和超大规模生产的零部件，本发明倡议采用“冶炼天然合金钒钛生铁的高炉与电炉实行双联熔炼的方法”熔炼；第四，合金元素镍等的来源和加入方法，亦随制品的不同和生产厂家工艺设备的不同，可以采用电解镍炉内加入或前炉加入；亦可采用镍铁炉内加入或前炉加入；还可采用炼镍厂吹炼高冰镍的转炉渣或电解镍厂的电解镍渣，经除硫处理后炉内加入；对于汽车零部件，内燃机零部件等大规模超大规模生产厂家，本发明倡议采用硅酸镍矿或硫化镍精矿经焙烧处理除硫后，直接加入冶炼钒钛生铁的高炉，冶炼成镍钒钛天然合金生铁，然后将该种生铁高炉高温铁液注入预热电炉中进行精确配料、过热精炼、出炉浇铸。

2、根据权利要求1所述低镍钒钛合金耐磨铸铁，其特征在于：第一，熔炼该合金耐磨铸铁是采用我国特有的，含有多种有益合金元素的钒钛磁铁矿冶炼的天然合金钒钛生铁(其中包括按国家标准GB5025-85生产的含钒生铁)作原料；第二，该合金耐磨铸铁含有下列化学成份(重量百分比)：C 3.0～4.0％，Si 1.3～2.0％，Mn 0.6～1.5％，Ni0.5～0.8％，V 0.3～0.5％，Ti 0.05～0.2％，B 0.03～0.06％，P≤0.15％，S＜0.08％，余为铁及钒钛天然合金生铁所固有的Co，Cr，Cu，Nb等合金元素微量，其总量为0.2％左右(铁在外)。第三、该合金耐磨铸铁的熔炼方法，可以采用冲天炉熔炼法熔炼；也可以采用电炉熔炼法熔炼，若将该合金耐磨铸铁用于制造汽车零部件，或用于制造内燃机零部件等大规模和超大规模生产，本发明倡议采用“冶炼天然合金钒钛生铁的高炉与电炉实行双联熔炼的方法熔炼；第四，合金元素镍等的来源和加入方法，亦随制品的不同和生产厂家工艺设备的不同，可以采用电解镍炉内加入或前炉加入；亦可采用镍铁炉内加入或前炉加入；还可采用炼镍厂吹炼高冰镍的转炉渣或电解镍厂的电解镍渣，经除硫处理后炉内加入；对于汽车零部件，内燃机零部件等大规模超大规模生产厂家，本发明倡议采用硅酸镍矿或硫化镍精矿经焙烧处理除硫后，直接加入冶炼钒钛生铁的高炉，冶炼成镍钒钛天然合金生铁。然后将该种生铁高炉高温铁液注入预热电炉中进行精确配料、过热精炼、出炉浇铸。其中硼元素的加入根据制品要求的不同和厂家工艺条件的不同，可以采用硼铁、含硼生铁、硼砂或硼矿石(纤维硼镁石[Mg(BO₂)(OH)]或方硼石[Mg₆(B₁₄O₂₆)Cl₂]。