CN114645186B

CN114645186B - 一种可电焊高铬白口抗磨铸铁及制备方法

Info

Publication number: CN114645186B
Application number: CN202210510170.9A
Authority: CN
Inventors: 胡许先; 许元根; 刘守礼
Original assignee: Changsha Weierbao New Materials Co ltd
Current assignee: Changsha Weierbao New Materials Co ltd
Priority date: 2022-05-11
Filing date: 2022-05-11
Publication date: 2023-03-24
Anticipated expiration: 2042-05-11
Also published as: CN114645186A

Abstract

本发明提供了一种可电焊高铬白口抗磨铸铁及制备方法，材料中主要化学元素质量的质量含量为C：6~10%，Cr：10~40%，Fe：42.5~82%，材料中碳与铬形成的碳化物呈颗粒状弥散分布于基体中。本发明采用独特的粉末混合加工成多孔坯体，再利用液锻和浸润的工艺来制备。本发明的材料中碳含量实现极限突破，可达6%以上，材料的热导系数急剧降低，裂纹扩展能急剧降低，从而有效解决了材料的在热量聚集时极易开裂难题；材料在保证耐磨性的同时韧性值从现有工艺方法的1~2J，可以提高到5~8J，并获得了可直接电焊的性能。

Description

一种可电焊高铬白口抗磨铸铁及制备方法

技术领域

本发明涉及一种铸铁类材料及制备方法，特别涉及一种可电焊高铬白口抗磨铸铁。

背景技术

高铬白口抗磨铸铁材料作为第三代耐磨材料，已经得到广泛使用，由于材料中存在30%左右的碳化物，基体又是以马氏体为主，组织畸变能大，裂纹扩展的有利因素多，一旦有热应力存在，开裂的概率非常高，因此一方面在实际使用或生产制造过程中，由于受热不均匀导致的高铬白口抗磨铸铁材料失效或者产品报废率高；另一方面，长期业界对高铬白口抗磨铸铁材料的认识普遍认为，由于在电焊时，热量集中在焊缝处，导致热应力集聚，材料的开裂达到100%，因此，业界的共识是高铬白口抗磨铸铁材料不宜直接对其电焊操作，是一种不能直接电焊的材料。为解决将该耐磨材料与其它部件结合，使其发挥耐磨的功能，1969年，澳大利亚的技术人员提出了一种将高铬白口抗磨铸铁材料通过真空铜钎焊的方法和普通碳钢板焊接起来，再用电焊的方法将上述由高铬白口抗磨铸铁材料和普通碳钢板的双层材料再电焊接装配在矿山机械上使用，达到耐磨的目的。

发明内容

本发明旨在提供一种可电焊高铬白口抗磨铸铁材料，不仅具有传统的耐磨性能，更重要的是由于解决了其热应力的问题，使材料可直接被用于电焊操作。同时，提供制备这种可电焊高铬白口抗磨铸铁材料的制备方法。本发明的方案如下。

一种可电焊高铬白口抗磨铸铁，材料中各化学元素质量占材料总质量的比分别如下，C：6~10%， Cr：10~40%，Mo：0.5~3.0%，Ni：0~2.5%，Mn：0.5~1.0%，Si：0.3~0.9%，Fe：42.4~82.7%，余量是不可避免的杂质元素；碳与铬形成的碳化物呈颗粒状分布于基体中。

上述材料的洛氏硬度HRC为66~69，韧性值为5~8J时，性能更佳。

一种制备上述可电焊高铬白口抗磨铸铁的方法，按以下步骤实施：

第（1）步：将按一定比例的碳粉、铁粉、高碳铬铁粉、钼铁粉、粘结剂和造孔剂混合至少20小时；

第（2）步：将第（1）步混合后的粉末置于模具中压制后再经热处理一定时间得到多孔坯体，所述多孔坯体的孔隙率为25~40%；

第（3）步：将第（2）步制得的多孔坯体放置于液锻模具中，将预先熔化的呈完全液态的普通高铬白口抗磨铸铁炉料倒入模具腔体中，静置后，通过施加压力的装置合模，保持200~400吨的合模压力一定时间后，再向其施加至少800吨的压力，直至模具内液态的高铬铸铁炉料凝固，再冷却至室温后，从模具中取出，得到可电焊高铬白口抗磨铸铁。

实验发现，在第（1）步中，碳粉、铁粉、高碳铬铁粉、钼铁粉、粘结剂和造孔剂的质量比例为：（6~ 10）：（36~70）:（10~ 50）:（1 ~5）:（ 0.5~1）:（1 ~ 5）时，多孔坯体的孔隙率可达到约30%，更利于后续液锻加工中的高铬白口抗磨铸铁炉料对其的浸润，使材料性能更优。

在第（2）步中，对混合后的粉末热处理的温度为1200 ~ 1300℃，时间为16~26小时，更利于加工多孔坯体。

在第（3）步中，炉料倒入模具腔体后，静置的时间为至少5秒，且在保持合模压力时的时间为5~10秒，有利于炉料浸润入多孔坯体并成型。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、现有高铬白口抗磨铸铁材料的碳含量（质量百分比）一般是2~3.5%，最高为3.8~4.0%。这是因为，如果碳含量再增加，材料中的碳化物（主要是碳3铬7的碳化铬和碳1铬1的碳化铬）含量将超过40%，高铬铸铁就会处于脆性区，不但不耐磨，还容易大面积剥落，不能实用，因此现有的高铬白口抗磨铸铁材料的碳含量在本行业内是有公认的上限极限值。本发明的这种高铬白口抗磨铸铁材料，碳含量可以达到6%，远超现有材料碳含量的极限，并且在这种超高碳含量下，高铬铸铁的韧性值还可达5J以上，可以满足实用要求；材料的洛氏硬度可达HRC69，可极大的提高耐磨性。

2、从本发明材料的金相图表明，材料中由碳和铬形成的碳化物（主要是碳3铬7的碳化铬和碳1铬1的碳化铬）完全颗粒状弥散分布，而这种碳化物与材料的马氏体或奥氏体基体，都是细小颗粒分布，且晶界洁净，晶粒间结合力强，无宏观渣孔和气孔，可大大减弱碳化物对基体的割裂情况；而现有的高铬白口抗磨铸铁的这种由碳和铬形成的碳化物则呈长条状或者菊花状分布，这种状态的碳化物硬而脆，对材料的马氏体基体或奥氏体基体是有很强的割裂作用，导致对碳化物的含量有极限的限制。由于这处微观结构发生的变化，使得本发明材料的热导系数急剧降低，裂纹扩展能急剧降低，从而有效解决了材料的在热量聚集时极易开裂难题，实现了可将该材料直接用于电焊操作而不开裂的目标。

3、本发明采用独特的粉末混合加工成多孔坯体，再利用液锻和浸润的工艺，首先可以使得材料中的碳含量实现极限突破，从而使材料具有上述性能的突破，从而也突破其应用的限制；其次，本发明方法可以提高高铬白口抗磨铸铁的冲击韧性，在保证耐磨性的同时，材料的韧性值从现有工艺方法的1~2J，可以提高到5~8J，突破了传统高铬白口抗磨铸铁的性能极限。

附图说明

图1 实施例1的本发明可电焊高铬白口抗磨铸铁的金相显微图片；

图2 对比例1普通高铬白口抗磨铸铁的金相显微图片。

具体实施方式

实施例1

一种制备高铬白口抗磨铸铁的方法，按以下步骤实施：

第（1）步：碳粉、铁粉、高碳铬铁粉、钼铁粉、粘结剂石蜡和造孔剂塑料颗粒混合20小时，上述物质的质量比为：6:80:10:3 :0.5:0.5 ；

第（2）步：将第（1）步混合后的粉末置于模具中压制后，于1300℃条件下热处理26小时，得到多孔坯体，所述多孔坯体的孔隙率为35~40%；

第（3）步：将第（2）步制得的多孔坯体放置于液锻模具中，将预先熔化的呈完全液态的普通高铬白口抗磨铸铁炉料（炉料温度为1400℃）倒入模具腔体中，静置5秒后，通过施加压力的装置合模，保持200吨的合模压力5秒，之后再向其施加至少800吨的压力，直至模具内液态的高铬铸铁炉料凝固，再冷却至室温后，从模具中取出，得到可电焊高铬白口抗磨铸铁。

分别将上述方法制得的可电焊高铬白口抗磨铸铁和牌号为KmTBCr12的普通传统高铬白口抗磨铸铁（对比例1）在相同条件下用金相显微镜观察，其金相图分别如图1和图2所示，从图1可看出，本实施例方法制得的可电焊高铬白口抗磨铸铁，其碳化物呈颗粒状弥散分布于基体中，而从图2可看出，对比例1的普通传统高铬白口抗磨铸铁的碳化物呈针条状或者菊花状分布于基体中。

上述方法制得的可电焊高铬白口抗磨铸铁经检测，其中化学元素的质量百分比为，C：6%， Cr：10%，Mo：≤0.5%，Ni：≤2%，Mn：≤0.5%，Si：0.3%，80.5%≤Fe≤80.7%，余量还包括杂质元素。材料的洛氏硬度HRC为63，韧性值为5J。

实施例2

一种制备可电焊高铬白口抗磨铸铁的方法，按以下步骤实施：

第（1）步：碳粉、铁粉、高碳铬铁粉、钼铁粉、粘结剂石蜡和造孔剂塑料颗粒混合30小时，上述物质的质量比为：10:45:40:2 :1:1；

第（2）步：将第（1）步混合后的粉末置于模具中压制后，于1200℃条件下热处理26小时，得到多孔坯体，所述多孔坯体的孔隙率为25~29%；

第（3）步：将第（2）步制得的多孔坯体放置于液锻模具中，将预先熔化的呈完全液态的普通高铬白口抗磨铸铁炉料（炉料温度为1400℃）倒入模具腔体中，静置8秒后，通过施加压力的装置合模，保持200吨的合模压力10秒，之后再向其施加至少800吨的压力，直至模具内液态的高铬铸铁炉料凝固，再冷却至室温后，从模具中取出，得到可电焊高铬白口抗磨铸铁。

上述方法制得的高铬白口抗磨铸铁经检测，其中化学元素的质量百分比为，C：10%， Cr：40%，Mo：≤3%，Ni：≤2.5%，Mn：≤1%，Si：≤0.9%，42.4%≤Fe≤42.6%，余量还包括杂质元素。材料的洛氏硬度HRC69，冲击值为6J。

实施例3

第（1）步：碳粉、铁粉、高碳铬铁粉、钼铁粉、粘结剂石蜡和造孔剂塑料颗粒混合30小时，上述物质的质量比为：7:58:29:2 :1:2；

第（2）步：将第（1）步混合后的粉末置于模具中压制后，于1200℃条件下热处理16小时，得到多孔坯体，所述多孔坯体的孔隙率为30~32%；

第（3）步：将第（2）步制得的多孔坯体放置于液锻模具中，将预先熔化的呈完全液态的普通高铬白口抗磨铸铁炉料（炉料温度为1400℃）倒入模具腔体中，静置10秒后，通过施加压力的装置合模，保持200吨的合模压力8秒，之后再向其施加至少800吨的压力，直至模具内液态的高铬铸铁炉料凝固，再冷却至室温后，从模具中取出，得到可电焊高铬白口抗磨铸铁。

上述方法制得的可电焊高铬白口抗磨铸铁经检测，其中化学元素的质量百分比为，C：7%， Cr：28~30%，Mo：≤2.5%，Ni：≤2%，Mn：≤1%，Si：0.5%，57%≤Fe≤59%，余量包括杂质元素。材料的洛氏硬度HRC68，冲击值为8J。

Claims

1.一种可电焊高铬白口抗磨铸铁，其特征在于：材料中各化学元素质量占材料总质量的比分别如下，C：6~10%， Cr：10~40%，Mo：0.5~3.0%，Ni：0~2.5%，Mn：0.5~1.0%，Si：0.3~0.9%，Fe：42.4~82.7%，余量是不可避免的杂质元素；碳与铬形成的碳化物呈颗粒状弥散分布于基体中；材料按以下步骤制备得到：

第（1）步：将碳粉、铁粉、高碳铬铁粉、钼铁粉、粘结剂和造孔剂按（6~ 10）：（36~70）:（10~ 50）:（1 ~5）:（ 0.5~1）:（1 ~ 5）的质量比例混合至少20小时；

第（2）步：将第（1）步混合后的粉末置于模具中压制后，再于1200 ~ 1300℃的温度下热处理16~26小时得到多孔坯体，所述多孔坯体的孔隙率为25~40%；

第（3）步：将第（2）步制得的多孔坯体放置于液锻模具中，将预先熔化的呈完全液态的普通高铬白口抗磨铸铁炉料倒入模具腔体中，静置至少5秒后，通过施加压力的装置合模，保持200~400吨的合模压力5~10秒后，再向其施加至少800吨的压力，直至模具内液态的高铬铸铁炉料凝固，再冷却至室温后，从模具中取出，得到可电焊高铬白口抗磨铸铁。

2.如权利要求1所述的可电焊高铬白口抗磨铸铁，其特征在于：材料的洛氏硬度HRC为66~69。

3.如权利要求1所述的可电焊高铬白口抗磨铸铁，其特征在于：材料的韧性值为5~8J。