專利名稱：含鈮貝氏體球鐵材料及其生產工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種含鈮貝氏體球鐵及其生產工藝，屬金屬材料技術領域。
背景技術：
貝氏體球墨鑄鐵是一種優良的抗磨材料，在性能上具有較高的硬度和沖擊韌度及抗沖擊疲勞性能，綜合性能較高。貝氏體球鐵擁有的優異的綜合力學性能使其具有非常廣泛的用途，如用在耐磨、耐沖擊、高強度、高韌性和耐疲勞的場合。在抗磨零件如襯板、磨段、 錘頭、棒球、板錘等具有廣闊的應用前景。貝氏體球墨鑄鐵有三種生產方法。一是等溫淬火工藝。該工藝首先將球鐵進行奧氏體化，然后迅速淬入一定溫度的鹽浴中保溫適當的時間，隨后出爐空冷至室溫。這種工藝這種工藝耗能、耗時嚴重，對鑄件尺寸大小和形狀也有種種限制。二是連續冷卻淬火工藝。該工藝是將高溫奧氏體化后的鑄件立即淬入特定的淬火介質中，經連續冷卻獲得奧-貝組織的生產方法。這工藝適合性能要求不高的貝氏體球鐵鑄件。三是合金化鑄態工藝。該工藝要求鑄件在冷卻過程中避開珠光體轉變鼻子溫度，以防轉變成珠光體，然后又能連續地通過貝氏體區，使之形成貝氏體。通常加入的合金元素有3. 0% 4. 0 %鎳和
0.6 % 1. 0 %鉬等。這種工藝加入大量合金元素，生產成本高。

發明內容
本發明的目的利用鈮合金化的經熱處理得到貝氏體球鐵，開發具有良好性價比的含鈮貝氏體球墨鑄鐵，提供一種優異性能的耐磨性材料，適合冶金、礦山、建材、電力等工業領域的應用。本發明的目的通過下述技術方案來實現。1、一種含鈮貝氏體球鐵材料，其主要化學成分(wt%) :C3. 5 3. 8，Si2. 4 2. 8， Mnl. 5 2. 2，MoO. 2 0. 5，CuO. 5 0. 8，NbO. 2 0. 6，余量為Fe。經過熱處理后組織特征為貝氏體+馬氏體+奧氏體+碳化物和球狀石墨，力學特征為HRC47 49，Akl3 15J/ cm2。鈮元素增強奧氏體穩定性，促進貝氏體組織的形成，并能細化組織，提高材料的硬度和沖擊韌性。2、一種含鈮貝氏體球鐵生產工藝，包括鑄造工藝和熱處理工藝。(1)鑄造工藝
采用鑄造生鐵、廢鋼、硅鐵、錳鐵、鉬鐵、純銅、鈮鐵為原材料，按質量百分比(wt%) C3. 5 3. 8，Si2. 4 2. 8，Mnl. 5 2. 2，MoO. 2 0. 5，CuO. 5 0. 8，NbO. 2 0. 6，余量為狗進行配料，在中頻感應爐中熔煉。出爐前進行化學成分檢測，爐料全部熔化后，在1400°C 取適量鐵液澆成Φ45Χ4πιπι的光譜試樣，用光譜儀分析以調整鐵液化學成分。出爐溫度為 1450 1500°C，澆注溫度為1400士20°C。采用沖入法球化，球化劑為FeSiMg8RE7,用量為
1.8wt%,將球化劑破碎成小塊，放入處理包底部，然后在球化劑上面覆蓋孕育劑、珍珠巖集渣劑，沖入1/2 2/3鐵液，待鐵液沸騰結束時，再沖入其余鐵液。處理完畢后加集渣劑徹底扒渣。采用75SWe孕育，用量為1. 0wt%，在球化處理時將一半的孕育劑覆蓋在球化劑上， 另一半孕育劑在加鐵水時放入。(2)熱處理工藝
將鑄件加熱到900°C奧氏體化，保溫3h，空冷到300°C進行中溫轉變，保溫2h，空冷至室溫，使其發生貝氏體轉變。對于性能要求不高的鑄件，可以利用鑄造余熱，在900°C左右高溫落砂，空冷至300°C進行中溫轉變。鈮在奧氏體中形成有限固溶，使過冷奧氏體的穩定性提高，從而提高其淬透性。鈮具有強孕育的作用，同時可以促進球化，使晶粒細化、共晶團尺寸減小，使碳脫溶時擴散距離縮短，有利于降低奧氏體碳濃度，從而有利于貝氏體的形核和長大。還能形成NbC彌散在基體中，有效防止金屬變形過程中晶間滑移，阻礙裂紋的擴展。因此，用鈮來替代鎳生產貝氏體球墨鑄鐵，并利用合適的熱處理工藝，可以降低材料的成本。與目前普遍使用的貝氏體球鐵工藝相比，在球墨鑄鐵中加入鈮合金化，熱處理得到的貝氏體球鐵，具有優異的性能。鈮增強奧氏體穩定性，使貝氏體轉變溫度降低，延長貝氏體轉變的孕育期，增大轉變過冷度，促進貝氏體組織的形成，并能細化組織，從而提高材料的硬度和沖擊韌性。鈮改變C曲線，使珠光體轉變曲線右移，從而在奧氏體組織在空冷條件下避開珠光體高溫轉變，從而節省了熱處理的成本。本發明的特點一利用鈮的合金化的得到貝氏體球鐵，提高奧氏體的穩定性從而提高其淬透性。鈮在奧氏體中形成有限固溶，還能形成NbC硬質相，提高基體的硬度。鈮使晶粒細化，從而有利于貝氏體的形核和長大。二采用空冷加回火的熱處理工藝，生產工藝簡單易行，生產成本低。


圖1為不含鈮貝氏體球鐵組織。圖2為含鈮0. 25wt%貝氏體球鐵組織。
具體實施例方式以下結合技術方案和附圖詳細敘述本發明的具體實施例。實施例1
含鈮貝氏體球鐵材料化學成分(wt%) :C3. 6，Si2. 5，Mn2. 0，MoO. 3，CuO. 5，NbO. 25，余量為狗。在中頻感應爐熔煉，出爐前進行化學成分檢測，爐料全部熔化后，在1400°C取適量鐵液澆成Φ45Χ4πιπι的光譜試樣，用光譜儀分析以調整鐵液化學成分。出爐溫度為1500°C，澆注溫度為1400°C。采用沖入法球化，球化劑為FeSiMg8RE7,用量為1. 8wt%,將球化劑破碎成小塊，放入處理包底部，然后在球化劑上面覆蓋孕育劑、珍珠巖集渣劑，沖入1/2 2/3鐵液，待鐵液沸騰結束時，再沖入其余鐵液，處理完畢后加集渣劑徹底扒渣。采用75SWe孕育，用量為1. 0wt%，在球化處理時將一半的孕育劑覆蓋在球化劑上，另一半孕育劑在加鐵水時放入。鑄件經900°C奧氏體化，保溫3h，空冷到300°C進行中溫轉變，保溫2h，空冷至室溫。其組織特征為貝氏體+馬氏體+奧氏體+碳化物和球狀石墨，力學特征為HRC48. 3，Akl3. 6J/cm2。與同成分不含鈮的材料力學特征為HRC45. 2，Akl2. 2J/cm2相比，硬度和沖擊韌性都有所提高。從組織對比，如圖1和圖2所示，加入鈮后，貝氏體組織增多，且組織細化。
權利要求
1.一種含鈮貝氏體球鐵材料，其特征在于該球鐵材料的化學成分為C3. 5 3. 8wt%, Si2. 4 2. 8wt%, Mnl. 5 2. 2wt%, MoO. 2 0. 5wt%, CuO. 5 0. 8wt%, NbO. 2 0. 6wt%,余量為Fe ；經過熱處理后組織特征為貝氏體+馬氏體+奧氏體+碳化物和球狀石墨，力學性能為 HRC47 49，Akl3 15J/cm2。
2.一種含鈮貝氏體球鐵材料的生產工藝，其特征在于該生產工藝具有以下的工藝過程(1)鑄造工藝熔煉工藝采用鑄造生鐵、廢鋼、硅鐵、錳鐵、鉬鐵、純銅、鈮鐵為原材料，按C3. 5 3. 8wt%, Si2. 4 2. 8wt%, Mnl. 5 2. 2wt%, MoO. 2 0. 5wt%, CuO. 5 0. 8wt%, NbO. 2 0. 6wt%，余量為i^e進行配料，在中頻感應爐熔煉；出爐前進行化學成分檢測，爐料全部熔化后，在1400°C取適量鐵液饒成Φ45Χ4πιπι的光譜試樣，用光譜儀分析以調整鐵液化學成分； 出爐溫度為1450 1500°C，澆注溫度為1400士20°C ；球化工藝采用沖入法球化，球化劑為FeSiMg8RE7，用量為1. 8wt%，將球化劑破碎成小塊，放入處理包底部，然后在球化劑上面覆蓋孕育劑、珍珠巖集渣劑，沖入1/2 2/3鐵液， 待鐵液沸騰結束時，再沖入其余鐵液；處理完畢后加集渣劑徹底扒渣；孕育工藝采用75SWe孕育，用量為1. 0wt%，在球化處理時將一半的孕育劑覆蓋在球化劑上，另一半孕育劑在加鐵水時放入；(2)熱處理工藝將鑄件加熱到900°C奧氏體化，保溫3h，空冷到300°C進行中溫轉變，保溫2h，空冷至室溫，使其發生貝氏體轉變。
全文摘要
本發明涉及一種含鈮貝氏體球鐵及其生產工藝，屬金屬材料技術領域。材料配方(wt%)C3.5～3.8，Si2.4～2.8，Mn1.5～2.2，Mo0.2～0.5，Cu0.5～0.8，Nb0.2～0.6。組織特征為貝氏體+馬氏體+奧氏體+碳化物和球狀石墨，力學特征為HRC47～49，Ak13～15J/cm2。其生產工藝包括(1)鑄造工藝，按配方配料后熔煉；出爐溫度為1450～1500℃，澆注溫度為1400±20℃；采用沖入法球化，球化劑為FeSiMg8RE7，用量為1.8wt%；采用75SiFe孕育，用量為1.0wt%；(2)熱處理工藝，900℃奧氏體化，保溫3h，空冷到300℃進行中溫轉變，保溫2h。本材料用于耐磨性鑄件，生產成本低，生產工藝簡單易行，采用鈮的合金化后提高了材料的力學性能和耐磨性。
文檔編號C21D5/00GK102330012SQ201110257519
公開日2012年1月25日 申請日期2011年9月2日 優先權日2011年9月2日
發明者華勤, 孫小亮, 翟啟杰, 閆永生 申請人:上海大學