專利名稱：一種耐磨白口鑄鐵材料及制備方法
技術領域：
本發明屬于金屬材料領域，涉及一種耐磨白口鑄鐵材料及制備方法。
背景技術：
在金屬材料領域中，耐磨鑄鐵作為低成本耐磨材料一直受到普遍重視。CN200810M3269. 7號申請涉及一種低合金白口鑄鐵，其化學成分為碳3. 5 3. 8 %，硅1. 5 1. 9 %，錳大于0、小于等于1.0%，磷小于0. 05 %，硫小于0. 02 %，鉻大于 0、小于等于1.0%，余量為鐵和不可避免的微量雜質元素；單位為重量百分數。CN201010158988.6號申請公開了一種高韌性抗磨白口鐵，其化學成分是(重 量％ ) :C 2. 0 4. 0，Si 1. 0 2. 5，Mn 0. 2 0. 8，Cr 1. 0 15. 0，Ni 2. 0 8. 0，Mo 0. 1 0.4，Dy 0. 1 0.2，Y :0. 1 0. 2，S和P彡0. 06，其余為Fe。該申請還公開了上述 高韌性抗磨白口鐵的制備方法。該發明通過在白口鐵中添加ττ和Y元素，使Dy和Y元素 的氧化物顆粒彌散于基體中，成為碳化合物形核的核心，從而達到細化碳化物的目的，并且 使晶界處的網狀碳化物消除，α k達到10J/cm2左右，還可以保持普通白口鐵的硬度，HRC達 到60以上。但是白口鐵主要由滲碳體組成，滲碳體雖硬但脆。盡管采取添加稀土起細化碳化 物的作用，然而對提高材料的韌性也是有限的。

發明內容
本發明的目的就是針對上述技術缺陷，提供一種耐磨白口鑄鐵材料法，該材料具 有良好的性能。本發明的另一目的是提供該耐磨白口鑄鐵材料及制備方法，該制備方法工藝簡 單，生產成本低，適于工業化生產。本發明的目的是通過以下技術方案實現的一種耐磨白口鑄鐵材料，其特征在于該材料以白口鑄鐵為基體，在基體中分布著由鐵 絲和低碳鋼絲形成的金屬絲團，所用鐵絲和低碳鋼絲直徑均為l_2mm，材料中鐵絲和低碳鋼 絲總體長度相當，金屬絲團的直徑為10-15cm，鐵絲和低碳鋼絲兩者共占材料的體積百分比 為 5-40% ；所述白口鑄鐵基體的化學成分的重量百分含量C為2. 4% 2. 7%，Si為1. 4% 1. 9%, Mn 為 0. 5-0. 7%, Zr 為 0. 5-2%, Ρ<0· 08%, S <0. 25%,其余為 Fe ；所述低碳鋼絲的化學成分的重量百分含量為C為0. 09% 0. 2%，Si為0. 09% 0. 12%， Mn 為 0. 3-0. 35%, Ρ<0· 02%, S<0. 025%，其余為 Fe ；鐵絲的化學成分的重量百分含量為C為0. 04-0. 06%，Si為0. 2 0. 3%, Mn為 0. 25-0. 35%, P<0. 02%, S <0.025%,其余為 Fe。基體中還分布著化合物Ni3C、B4C、！^eIBB和ZrC顆粒。一種耐磨白口鑄鐵材料的制備方法，其特征在于它包括以下步驟滲硼鐵絲和鍍鎳低碳鋼絲的準備取直徑為l_2mm，成分重量百分含量為C 0. 09% 0. 2%、Si 0. 09% 0. 12%,Mn 0. 3-0. 35%、Ρ<0· 02%、S <0. 025%、其余為 Fe 的低碳鋼絲，取直 徑為l-2mm,成分重量百分含量為:C為0. 04-0. 06%, Si為0. 2 0. 3%, Mn為0. 25-0. 35%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余為Fe的鐵絲；所取鐵絲和低碳鋼絲總體長度相當，控制鐵絲和 低碳鋼絲兩者共占材料的體積百分比為5-40% ；低碳鋼絲按常規方法在其表面鍍鎳，鍍鎳 層的厚度為50-500微米；鐵絲按常規方法在其表面滲硼，滲硼層的厚度為50-500微米；按清潔球生產的常規方法將上述滲硼鐵絲和鍍鎳低碳鋼絲各取一根絲形成球狀的混 合雙絲金屬絲團，金屬絲團直徑為10-15cm，將若干金屬絲團放入鑄型下型型腔中，金屬絲 團的松緊程度由鐵絲和低碳鋼絲占材料的體積百分比決定，保證金屬絲團正好放滿鑄型； 布置完畢后，將鑄型的上型蓋于下型上，合箱完畢后等待鐵水澆注；白口鑄鐵材料基體的準備按重量百分含量C 2. 4% 2. 7%、Si 1. 4% 1. 9%、Mn 0. 5-0. 7%、Zr 0. 5-2%、Ρ<0· 08%、S <0. 25%、其余為Fe的白口鑄鐵進行配料；白口鑄鐵原料 在感應電爐中熔化，得到液態鐵水，熔化溫度為1450-1500°C ；將上述白口鑄鐵鐵水澆入裝有金屬絲團的干砂鑄型；液態鐵水將滲硼鐵絲和鍍鎳低碳 鋼絲包圍，然后冷卻凝固，形成以白口鑄鐵為基的其中分布有金屬絲團的材料。本發明相比現有技術的有益效果如下1、本發明采用的《9 5 01 X& r4 A〃 c! H鐵絲和低碳鋼絲自身具有相當的強度和較 高的韌性，鐵絲和鋼絲以及白口鐵的基體都是鐵，因此鐵絲和鋼絲與白口鐵很容易結合起 來，形成很好的冶金結合。這樣，鐵絲和低碳鋼絲分布在脆性白口鐵中，對材料具有很好的 增強、增韌作用。2、白口鐵含有大量的滲碳體，因此硬度高，具有很好的耐磨性能。當鐵水進入鑄型 型腔與鋼絲表面的鎳接觸后，鐵絲表面的硼和鋼絲表面的鎳熔于鐵水，鐵水中的鐵和碳與 鎳和硼反應形成有較高硬度的特殊化合物Ni3C、B4C和i^e;3B。3、本發明中^ 對白口鐵的組織具有顯著細化的作用，對于白口鐵的增韌也起到 了重要的作用。另外c和^ 也會形成c和^ 化合物&(，分布于基體中也有助于材料耐 磨性的提高。本發明材料中的P、s為材料中的雜質，控制在允許的范圍即可。4、本發明的材料不用貴重稀土元素，材料成本低，制備工藝簡便，生產成本低，生 產的材料性能好，而且非常便于工業化生產。5、本發明制備的材料適用于冶金、電力、建材、建筑、煤炭、石化、交通和機械工業 中的磨料磨損工況。可用于生產泵過流件、軋臼壁、破碎壁、磨輥等耐磨件。本發明的各材料的性能見表1。


圖1為本發明實施例一制得的耐磨白口鑄鐵材料的金相組織。由圖1可以看到在白口鑄鐵和金屬絲的界面結合良好。
具體實施例方式以下各實施例僅用作對本發明的解釋說明，其中的重量百分比均可換成重量g、kg 或其它重量單位。以下鐵絲和低碳鋼絲均為市購，其表面滲硼和鍍鎳為自制。
實施例一金屬絲準備低碳鋼絲的化學成分的重量百分含量為C為0. 09%, Si為0. 09%, Mn為0. 3%, Ρ<0· 02%, S <0. 025%,其余為Fe。低碳鋼絲直徑Imm ；鐵絲的化學成分的重量百分含量為C為0.04%，Si為0. , Mn為0.25 P<0. 02%, S <0. 025%,其余為狗。鐵絲直徑Imm ；所取上述鐵絲和低碳鋼絲的總體長度相當，控制低碳鋼絲和鐵絲兩種金屬絲共占材料 的體積百分比為5%。滲硼鐵絲和鍍鎳低碳鋼絲的準備取上述鐵絲和低碳鋼絲，低碳鋼絲按常規方法在其表面鍍鎳，鍍鎳層的厚度為80微 米；鐵絲按常規方法在其表面滲硼，滲硼層的厚度為80微米；按清潔球生產的常規方法將上述滲硼鐵絲和鍍鎳低碳鋼絲形成球狀的混合雙絲金屬 絲團(滲硼鐵絲和鍍鎳低碳鋼絲各取一根，兩根絲同時成型，形成雙絲金屬絲團，成型可按 洗碗用的清潔球或稱鋼絲球的方法制作)，金屬絲團直徑為15cm，將若干金屬絲團放入鑄型 下型型腔中，金屬絲團的松緊程度由鐵絲和低碳鋼絲占材料的體積百分比決定，保證金屬 絲團正好放滿鑄型；布置完畢后，將鑄型的上型蓋于下型上，合箱完畢后等待鐵水澆注；白口鑄鐵材料基體的準備按重量百分含量為C為2. 4%，Si為1. 4%，Mn為0. 5，Zr為 0. 5，P<0. 08%, S<0. 25%,其余為！^白口鑄鐵進行配料；白口鑄鐵原料在感應電爐中熔化，熔 化溫度為1475-1485°C ；將上述白口鑄鐵鐵水澆入裝有滲硼鐵絲和鍍鎳低碳鋼絲形成的金屬絲團的干砂鑄型； 液態鐵水將滲硼鐵絲和鍍鎳低碳鋼絲包圍，然后冷卻凝固，形成以白口鑄鐵為基的其中分 布有金屬絲團的材料。實施例二 原料準備白口鑄鐵材料基體的化學成分的重量百分含量為C為2. 7%，Si為1. 9%, Mn為0. 7%, Zr 為 2%, Ρ<0· 08%, S <0. 25%,其余為 Fe。滲硼鐵絲和鍍鎳低碳鋼絲的準備低碳鋼絲的化學成分的重量百分含量為C為0. 2%，Si為0. 12%, Mn為0. 35%, Ρ<0· 02%, S <0. 025%,其余為Fe。低碳鋼絲直徑1. 5mm ；鐵絲的化學成分的重量百分含量為C為0.06%，Si為0.3%，Mn為0.35 P<0. 02%, S <0. 025%,其余為!^e。鐵絲直徑1. 5mm ；所用鐵絲和低碳鋼絲的總體長度相當，控制兩種金屬絲共占材料的體積百分比為40% ； 鐵絲和低碳鋼絲表面按常規方法分別滲硼和鍍鎳；分別形成滲硼鐵絲和鍍鎳低碳鋼絲。滲 硼層和鍍鎳層的厚度均為400微米。按清潔球生產的常規方法制作帶鍍層的兩種金屬絲混 合的雙絲金屬絲團，金屬絲團直徑為10cm。. 其它制備過程同實施例一。實施例三 原料準備白口鑄鐵材料基體的化學成分的重量百分含量為C為2. 6%，Si為1. 7%, Mn為0. 56%,Zr 為 0.9%, P<0. 08%, S <0. 25%,其余為 Fe。滲硼鐵絲和鍍鎳低碳鋼絲的準備低碳鋼絲的化學成分的重量百分含量為C為0. l%，Si為0. 1%, Mr^o. 32%, Ρ<0· 02%, S <0. 025%,其余為Fe。低碳鋼絲直徑1. 5mm ；鐵絲的化學成分的重量百分含量為C為0. 05%, Si為0. 25%, Mn為0. 3%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余為狗。鐵絲直徑2mm;所取鐵絲和低碳鋼絲的總體長度相當，控制兩種金屬絲占材料的體積百分比為25% ； 鐵絲和低碳鋼絲表面再按常規方法分別滲硼和鍍鎳；分別形成滲硼鐵絲和鍍鎳低碳鋼絲。 滲硼層和鍍鎳層的厚度均為200微米。按清潔球生產的常規方法制作帶鍍層的兩種金屬絲 混合的雙絲金屬絲團，金屬絲團直徑為15cm。其它制備過程同實施例一。對比實施例四原料配比不在本發明范圍內的實例 原料準備白口鑄鐵材料基體的化學成分的重量百分含量為C為2. 3%，Si為1. 3%, Mn為0. 4%, Zr 為 0. 4%, P 為 0. 1%, S 為 0. 3%,其余為 Fe。低碳鋼絲的化學成分的重量百分含量為C為0. 02%, Si為0. 08%, Mn為0. 2%, P<0. 02%, S <0.025%,其余為 Fe。鐵絲的化學成分的重量百分含量為C為0.02%，Si為0. 1%，Mn為0.洲，P<0. 02%, S <0. 025%,其余為狗。鐵絲和低碳鋼絲長度相當，控制兩種金屬絲占材料的體積百分比為4%。兩種金屬絲直徑為0. 8mm，鐵絲表面滲硼，低碳鋼絲表面不鍍鎳，滲硼層的厚度為 600微米。按清潔球生產的常規方法制作上述兩種金屬絲(鐵絲和低碳鋼絲)混合的雙絲金 屬絲團，金屬絲團直徑為12cm。
其它制備過程同實施例一。對比實施例五原料配比不在本發明范圍內的實例 原料準備白口鑄鐵材料基體的化學成分的重量百分含量為C為2. 8%，Si為2\ Mn為0. 8%, Zr 為 3%，P 為 0.09%, S 為 0.4%，其余為 Fe。低碳鋼絲的化學成分的重量百分含量為C為0. 3%，Si為0. 13%, Mn為0. 36%, P<0. 02%, S <0.025%,其余為 Fe。鐵絲的化學成分的重量百分含量為C為0. 08%, Si為0. 4%, Mn為0. 4%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余為狗。鐵絲和低碳鋼絲長度相當，控制二種金屬絲占材料的體積百分比為 45%。金屬絲直徑為2mm，鐵絲表面不滲硼，低碳鋼絲表面鍍鎳。鍍鎳層厚度為600微米； 按清潔球生產的常規方法制作上述兩種金屬絲(鐵絲和低碳鋼絲)混合的雙絲金屬絲團，金 屬絲團直徑為15cm。其它制備過程同實施例一。表 權利要求
1.一種耐磨白口鑄鐵材料，其特征在于該材料以白口鑄鐵為基體，在基體中分布著 由鐵絲和低碳鋼絲形成的金屬絲團，所用鐵絲和低碳鋼絲直徑均為l-2mm，材料中鐵絲和低 碳鋼絲的總體長度相當，金屬絲團的直徑為10-15cm，鐵絲和低碳鋼絲兩者共占材料的體積 百分比為5-40% ；所述白口鑄鐵基體的化學成分的重量百分含量C為2. 4% 2. 7%，Si為1. 4% 1. 9%, Mn 為 0. 5-0. 7%, Zr 為 0. 5-2%, Ρ<0· 08%, S <0. 25%,其余為 Fe ；所述低碳鋼絲的化學成分的重量百分含量為C為0. 09% 0. 2%，Si為0. 09% 0. 12%， Mn 為 0. 3-0. 35%, Ρ<0· 02%, S<0. 025%，其余為 Fe ；鐵絲的化學成分的重量百分含量為C為0. 04-0. 06%，Si為0.2 0.3%，Mn為 0. 25-0. 35%, P<0. 02%, S <0.025%,其余為 Fe。
2.根據權利要求1所述的耐磨白口鑄鐵材料，其特征在于基體中還分布著化合物 Ni3C、B4C、Fe!3B 和 ZrC 顆粒。
3.一種耐磨白口鑄鐵材料的制備方法，其特征在于它包括以下步驟滲硼鐵絲和鍍鎳低碳鋼絲的準備取直徑為l_2mm，成分重量百分含量為C 0. 09% 0. 2%、Si 0. 09% 0. 12%,Mn 0. 3-0. 35%、Ρ<0· 02%、S <0. 025%、其余為 Fe 的低碳鋼絲，取直 徑為l-2mm,成分重量百分含量為:C為0. 04-0. 06%, Si為0. 2 0. 3%, Mn為0. 25-0. 35%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余為Fe的鐵絲；所取鐵絲和低碳鋼絲的總體長度相當，控制鐵絲 和低碳鋼絲兩者共占材料的體積百分比為5-40% ；低碳鋼絲按常規方法在其表面鍍鎳，鍍 鎳層的厚度為50-500微米；鐵絲按常規方法在其表面滲硼，滲硼層的厚度為50-500微米； 按清潔球生產的常規方法將上述滲硼鐵絲和鍍鎳低碳鋼絲各取一根絲形成球狀的混 合雙絲金屬絲團，金屬絲團直徑為10-15cm，將若干金屬絲團放入鑄型下型型腔中，金屬絲 團的松緊程度由鐵絲和低碳鋼絲占材料的體積百分比決定，保證金屬絲團正好放滿鑄型； 布置完畢后，將鑄型的上型蓋于下型上，合箱完畢后等待鐵水澆注；白口鑄鐵材料基體的準備按重量百分含量C 2. 4% 2. 7%、Si 1. 4% 1. 9%、Mn 0. 5-0. 7%、Zr 0. 5-2%、Ρ<0· 08%、S <0. 25%、其余為Fe的白口鑄鐵進行配料；白口鑄鐵原料 在感應電爐中熔化，得到液態鐵水，熔化溫度為1450-1500°C ；將上述白口鑄鐵鐵水澆入裝有金屬絲團的干砂鑄型；液態鐵水將滲硼鐵絲和鍍鎳低碳 鋼絲包圍，然后冷卻凝固，形成以白口鑄鐵為基的其中分布有金屬絲團的材料。
全文摘要
本發明提供一種耐磨白口鑄鐵材料法及其制備方法，該材料具有良好的性能，該制備方法工藝簡單，生產成本低，適于工業化生產。該耐磨白口鑄鐵材料以白口鑄鐵為基體，在基體中分布著由鐵絲和低碳鋼絲形成的金屬絲團，所用鐵絲和低碳鋼絲直徑均為1-2mm，鐵絲和低碳鋼絲兩者共占材料的體積百分比為5-40%，金屬絲團的直徑為10-15cm。
文檔編號C22C47/02GK102051542SQ201110007449
公開日2011年5月11日 申請日期2011年1月14日 優先權日2011年1月14日
發明者易亮, 王玲, 趙浩峰 申請人:南京信息工程大學