CN1718822A - 钇基重稀土抗磨合金铸铁变质剂 - Google Patents

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杨清
许瑞高
朱福生
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Abstract

本发明公开了一种钇基重稀土抗磨合金铸铁变质剂，变质剂的化学成分(重量％)为：RE5－60％，Si 5－50％，Ti 2－15％，B 0－10％，Mg 0－10％，Al 0－20％，Nb 0－15％，V 0－15％，Ca 0.5－15％，Ba 0－15％，Y为RE重量的40－99.9％、La+Ce+Pr+Nd+Sm+Eu+Gd+Tb+Dy+Ho+Er+Tm+Yb+Lu为RE重量的0－60％，余量为铁。该变质剂能有效地细化晶粒、强化基体、改善碳化物形态和分布，可减少或取代抗磨合金中钼、镍、铜的使用，降低生产成本，可明显提高材料的冲击韧性、强度和耐磨性，从而延长耐磨合金的服役寿命，全面提高材料使用性能，降低生产成本。

Description

钇基重稀土抗磨合金铸铁变质剂
所属技术领域
本发明涉及合金铸铁材料中应用的一种添加剂，尤其是钇基重稀土抗磨合金铸铁变质剂。
背景技术
白口铁是一种很好的抗磨材料，但由于普通白口铁韧性低而限制了它的使用。为提高它的使用性能，传统的方法是采用多元合金化方式，添加Cr、W、Ni、Mn、Mo、Cu等合金元素来改变白口铁中碳化物的形态，结合复杂的热处理工艺来提高基体的强度、硬度、韧性从而提高材料的使用性能。但由于其中的一些合金元素Ni、Mo的价格昂贵，加入量大，增加了生产成本。国内外研究人员使用较便宜的Cr、Mn等合金元素，同时单独或综合采用V、Ti、B、RE(Ce)变质处理，在提高材料的基体性能的同时，通过变质处理改变组织形态和分布，特别是改变碳化物的形态和分布，使合金铸铁中原来呈网状分布的碳化物变为断续状或颗粒状或呈杆状的碳化物变为团块状或粒状，从而提高材料的综合使用性能。目前采用V在低铬白口铁中变质的加入量在4％时出现碳化物断网效果(叶以富，钒对低铬白口铸铁碳化物团球化的影响，现代铸铁，1998(3)：17-20)。而采用Ce轻稀土变质，对碳化物的生长过程有一定的抑制作用，使碳化物形态呈团块状。单独采用V变质加入量大，且V的价格贵。而Ce轻稀土变质加入量在0.2-0.6％；变质效果不是特别明显，而且Ce的熔点为798℃，加入时容易烧损影响效果；变质处理时产生的氧化物密度(Ce2O3的密度6.86g.cm3)较大，不容易上浮，在凝固后期易在晶界偏聚析出，降低晶界强度，成为裂纹源，降低材料的使用性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钇基重稀土抗磨合金铸铁变质剂，通过主要变质元素钇的作用使碳化物变为团块状或颗粒状；同时充分利用微合金化原理，复合多种合金元素，增加异质晶核，细化初生奥氏体，细化共晶团达到细晶强化；微量合金元素形成的弥散分布的硬质相形成弥散强化。添加本变质剂能减少或不加昂贵合金Mo、Ni及Cu，降低生产成本。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：变质剂的化学成分(重量％)为：RE 5-60％，Si 5-50％，Ti 2-15％，B 0-10％，Mg 0-10％，Al 0-20％，Nb 0-15％，V 0-15％，Ca 0.5-15％，Ba 0-15％，Y为RE重量的40-99.9％、La+Ce+Pr+Nd+Sm+Eu+Gd+Tb+Dy+Ho+Er+Tm+Yb+Lu为RE重量的0-60％，余量为铁。所述变质剂为块状灰白色合金，粒度范围0.5-50mm，熔点范围1200-1500℃。
本发明的有益效果是，本发明合金铸铁变质剂以主要变质元素Y的熔点为1523℃(Ce的熔点为798℃)，加入时不容易烧损，能更多的固溶在合金铸铁中发挥其变质作用；Y的原子量为88.9(Ce的原子量为140.1)，单位质量Y提供的有效原子数量较多，减少加入量；变质时产生的氧化物Y2O3的密度为5.01g.cm3(Ce2O3的密度6.86g.cm3)，较铁液的密度差大，较容易快速上浮。变质剂辅以多种合金元素，避免单独使用一种变质元素时对材料综合性能提高不明显的缺点，利用多种强化机制(手段)，有效地细化晶粒、强化基体、改善碳化物形态和分布，可减少或取代抗磨合金中钼、镍、铜的使用，降低生产成本，可明显提高材料的冲击韧性、强度和耐磨性，从而延长耐磨合金的服役寿命，全面提高材料使用性能，降低生产成本。
下面结合实施例对本发明进一步说明。
图1为实施例1中未加变质剂，加Cu0.8％，Mo0.3％时的金相照片；
图2为实施例1中加变质剂，未加Cu、Mo时的金相照片；
图3为实施例2中未加变质剂，未加Cu、Mo时的金相照片；
图4为实施例2中加变质剂，未加Cu、Mo时的金相照片；
图5为实施例2中未加变质剂，加Cu0.5％、Mo1.0％，Ni1.0％时的金相照片。
实施例1：
1、合金铸铁成分(％)：C 2.7，Mn 0.8，Si 0.6，Cr 13
2：变质剂：钇基重稀土抗磨合金铸铁变质剂
3、变质剂加入量：0.5％
4、金属型铸造
5、试验步骤
1)熔炼合金铁水，调整成分
2)升温至1460-1480℃
3)控制1380-1430℃出炉
4)变质剂放置在包底，冲入法加入
5)静置，浇入金属铸型内
6、热处理：960℃保温2小时出炉风冷，480℃回火2小时
7、试样金相
金相照片 共晶碳化物形态 硬度  冲击韧性
未加变质剂，加Cu0.8％，Mo0.3％ 图1 呈长条杆状 HRC52.4  2.7J/cm2
加变质剂，未加Cu、Mo 图2 呈长条杆状 HRC59.2  4.7J/cm2
实施例2：
1、合金铸铁成分(％)：C 3.1，Mn 0.8，Si 0.8，Cr 25
2：变质剂：YFB钇基重稀土抗磨合金铸铁变质剂
3：变质剂加入量：0.5％
4：金属型铸造
5：试验步骤
1)熔炼合金铁水，调整成分
2)升温至1440-1460℃
3)控制1380-1420℃出炉
4)变质剂放置在包底，冲入法加入
5)静置，浇入金属铸型内
6、热处理：1020℃保温2小时出炉风冷，520℃回火2小时
7、试样金相。
金相照片 一次碳化物 共晶碳化物形态 硬度  冲击韧性
未加变质剂，未加Cu、Mo 图3 粗大杆状 条状或大块状 HRC54.4  4.0J/cm2
加变质剂，未加Cu、Mo 图4 小团块状 小颗粒状 HRC61.4  6.8J/cm2
未加变质剂，加Cu0.5％、Mo1.0％，Ni1.0％ 图5 细长杆状 细小条状 HRC56.4  4.6J/cm2

Claims (2)

1.一种钇基重稀土抗磨合金铸铁变质剂，其特征在于：该变质剂的化学成分(重量％)为：RE 5-60％Si 5-50％，Ti 2-15％，B 0-10％，Mg 0-10％，Al 0-20％，Nb 0-15％，V 0-15％，Ca 0.5-15％，Ba 0-15％，Y为RE重量的40-99.9％、La+Ce+Pr+Nd+Sm+Eu+Gd+Tb+Dy+Ho+Er+Tm+Yb+Lu为RE重量的0-60％，余量为铁。
2.根据权利1所述的钇基重稀土抗磨合金铸铁变质剂，其特征在于：所述变质剂为块状灰白色合金，粒度范围0.5-50mm，熔点范围1200-1500℃。
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