專利名稱：一種灰鑄鐵及其生產(chǎn)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鑄鐵材料，尤其是涉及一種灰鑄鐵及其生產(chǎn)工藝。
背景技術(shù)：
含碳量大于2. 11%的鐵碳 合金稱為鑄鐵，常用鑄鐵的分類按碳存在的形式不同可分為灰鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵等。灰鑄鐵中的碳大部分或全部以自由狀態(tài)的片狀石墨形式存在，其斷口呈暗灰色，有一定的力學性能和良好的被切削性能，普遍應(yīng)用于工業(yè)中。灰鑄鐵基本上是由鐵、碳和硅組成的共晶型合金，其中，碳主要以石墨的形態(tài)存在。若在澆注前向鐵液中加入少量孕育劑，形成大量的、高度彌散的難熔質(zhì)點，成為石墨的結(jié)晶核心，促進石墨的形核，得到細珠光體基體和細小均勻分布的片狀石墨。這種方法稱為孕育處理，孕育處理后得到的鑄鐵叫做孕育鑄鐵。生產(chǎn)高強度鑄件，控制鑄鐵凝固時形成的石墨的形態(tài)和基體金屬組織是至關(guān)重要的。灰鑄鐵抗壓強度比較高，有良好的吸振性、減震性和潤滑性，有良好的導熱性、切削加工型與鑄造性，廣泛的應(yīng)用于機電產(chǎn)品中。但是現(xiàn)有鑄造工藝在鑄造圓周速度大于20m/s的帶環(huán)、存在滑動摩擦等場合因其強度不能滿足實際需求、易開裂等問題，以致限制了其使用范圍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有優(yōu)良性能的灰鑄鐵及其生產(chǎn)工藝，以解決現(xiàn)有灰鑄鐵鑄件強度不能滿足實際需求、易開裂、使用范圍受到限制等技術(shù)問題。本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的一種灰鑄鐵，該灰鑄鐵由下列成分按質(zhì)量百分比制成
C2. 7—3. 0%, MnO. 9—1. 2%, Nil—I. 5%, CrO. 3—0. 5%, Sn O. 3—0. 5%,包芯線 I. 6—
2.0%，P彡O. 1%, S彡O. 1%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。包芯線包括碳鋼外皮和粉狀內(nèi)芯，所述粉狀內(nèi)芯中的元素組份及質(zhì)量百分比為Ca5 — 8%, Si35 — 40%，輕稀土 16 — 20%、1x2. I — 3. 5%, Ti3 — 5%, Ta3 — 5%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。輕稀土的主要成分為Ce51%、La29%、Ndl3%、Pr4. 5%、Sml. 3%、Yl. 2%。在本發(fā)明化學成分中，碳是灰鑄鐵中的關(guān)鍵元素。它可增加灰鑄鐵中碳化物量，是石墨結(jié)晶核心的來源。碳元素能提高灰鑄鐵的硬度和強度。但是會降低其韌性和塑形。本發(fā)明中碳元素的含量為2. 7—3. 0%。錳能提高灰鑄鐵的強度和硬度，并能推遲奧氏體冷卻時鐵素體的析出，有效地起到對鐵素體固溶強化和細化晶粒作用。當灰鑄鐵中的含錳量在O. 9-1. 2%時，有利于生產(chǎn)出高強度的灰鑄鐵。鎳溶于液體鐵及鐵素體，在共晶期間促進石墨化，消除白口和游離滲碳體，細化石墨，細化并增加珠光體，還能提高鑄鐵的強度、硬度和沖擊韌度。本發(fā)明中Ni的含量為I一I.5%。鉻在鑄鐵中使碳在奧氏體中的溶解度增加，因而阻礙鐵素體生核成長，是很強的珠光體促成元素。本發(fā)明中的Cr含量控制在O. 3—0. 5%內(nèi)，能有效地提高灰鑄鐵的性能，且不會出現(xiàn)碳化物。錫元素有促成珠光體形成的作用。錫易于聚集在石墨-奧氏體界面上，阻止碳向石墨擴散，使碳固溶于奧氏體，從而促進形成珠光體。本發(fā)明中Sn的含量為O. 3-0. 5%。硅是灰鑄鐵中必不可少的，極為重要的元素。如果沒有硅的存在即使碳很高也很難獲得游離體的鑄鐵組織。在灰鑄鐵中Si是強烈促進石墨化的元素，鐵中只有C沒有Si石墨化是很難完成的。Si元素含量低時，鑄鐵易出現(xiàn)白口組織，力學性能和鑄造性能都較低含量過高時，石墨片過多且粗大，甚至會出現(xiàn)過飽和碳，嚴重降低鑄鐵的機械性能和質(zhì)量。輕稀土加入鐵水中，能起到精煉、脫硫、中和低熔點有害雜質(zhì)的作用，并可以改善鑄鐵的加工性能，并提高鑄鐵室溫及高溫機械性能。 鋯是常用的微合金化元素，它在鑄鐵中形成氮化物，有助于形成石墨核心，可以細化晶粒，抑制奧氏體晶粒的長大，從而提高鑄鐵的力學性能，特別是提高鑄鐵的抗裂紋擴展能力。微量的鈦能夠促進石墨化，細化石墨和晶粒，減少白口和硬點，提高強度但是過量的鈦會導致鑄鐵中形成D型石墨。鉭具有質(zhì)地堅硬，熔點高，韌性強的特點，它能起到細化灰鑄鐵基體組織，提高抗拉強度、沖擊韌性和硬度的作用。當與Ti、稀土金屬配合后加入鐵水中，可顯著提高鑄鐵的耐高熱腐蝕的能力。硫、磷為雜質(zhì)元素，應(yīng)控制在合理范圍內(nèi)。磷能提高鑄鐵的抗拉強度和抗大氣腐蝕能力，改善鑄鐵的切削加工性能，但是它會降低鑄鐵的塑形和韌性。因此硫、磷含量均(O. 1%。本發(fā)明工藝為將鐵原料投入沖天爐中，升溫至1450-1480°C，待原料完全液化后，加入根據(jù)配比計量好的C、Mn，Ni, Cr，Sn，升溫至1520°C，喂入包芯線，鐵水出爐。綜上所述，本發(fā)明通過對灰鑄鐵的原材料配比進行合理的調(diào)整及增加孕育處理，使得灰鑄鐵強度及硬度均得到明顯提升。該灰鑄鐵冶煉比較方便，具有良好的鑄造性能，經(jīng)孕育處理后，鑄鐵件不易開裂。使用現(xiàn)有材料煉出的灰鑄鐵鑄件抗壓強度、硬度都獲得了明顯提升，同時降低了企業(yè)生產(chǎn)成本，提高了產(chǎn)品合格率，擴大了鑄件應(yīng)用范圍，具有很好的經(jīng)濟效益。
具體實施例方式下面通過實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步具體的說明。實施例I :將鐵原料(P ( O. 1%, S彡O. 1%)投入沖天爐中，升溫至1450_1480°C，待原料完全液化后，加入2. 85%的C，I. 05%的Mn，I. 25%的Ni，O. 4%的Cr，O. 4%的Sn。繼續(xù)升溫至 15200C，喂入 I. 8% 的包芯線(Ca6. 5%, Si37. 5%,輕稀土 18%、Zr2. 8%, Ti4%, Ta4%,余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)，所述包芯線輕稀土的成分為Ce51%、La29%、Ndl3%、Pr4. 5%,Sml. 3%、Yl. 2%)，然后將鐵液倒入澆包。按GB/T9394灰鑄鐵件標準，用實施例I得到的鐵液制作單鑄試棒，對試棒進行拉伸試驗和硬度測試，其最小抗拉強度為378Mpa，布氏硬度(HBW) 246。實施例2 :將鐵原料(P ( O. 1%, S彡O. 1%)投入沖天爐中，升溫至1450_1480°C，待原料完全液化后，加入2. 7%的C，O. 9%的Mn，1%的Ni，O. 3%的Cr，O. 3%的Sn。繼續(xù)升溫至 1520°C，喂入 I. 6% 的包芯線(Ca5%，Si35%，輕稀土 16%、Zr2. 1%，Ti3%, Ta3%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)，其中輕稀土的成分為Ce51%、La29%、Ndl3%、Pr4. 5%, Sml. 3%、Y1. 2%)，然后將鐵液倒入燒包。。按GB/T9394灰鑄鐵件標準，用實施例2得到的鐵液制作單鑄試棒，對試棒進行拉伸試驗和硬度測試，其最小抗拉強度為363Mpa，布氏硬度(HBW) 225。實施例3 :將鐵原料(P ( O. 1%, S彡O. 1%)投入沖天爐中，升溫至1450_1480°C，待原料完全液化后，加入3%的C，I. 2%的Mn，I. 5%的Ni，O. 5%的Cr，O. 5%的Sn。繼續(xù)升溫至 15200C，喂入 2. 0% 的包芯線(Ca8%，Si40%,輕稀土 20%、Zr3. 5%, Ti5%, Ta5%,余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)，其中輕稀土的成分為Ce51%、La29%、Ndl3%、Pr4. 5%, Sml. 3%、Y1. 2%)，然后 將鐵液倒入燒包。按GB/T9394灰鑄鐵件標準，用實施例3得到的鐵液制作單鑄試棒，對試棒進行拉伸試驗和硬度測試，其最小抗拉強度為390Mpa，布氏硬度(HBW) 265。實施例4 :將鐵原料(P ( O. 1%, S彡O. 1%)投入沖天爐中，升溫至1450-1480°C,待原料完全液化后，加入2. 8%的C，I %的Mn，I. 12%的Ni，O. 3%的Cr，O. 4%的Sn。繼續(xù)升溫至 15200C，喂入 I. 7% 的包芯線(Ca5. 8%, Si36%,輕稀土 17%、Zr2. 4%, Ti3. 5%, Ta3. 5%,余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)，其中輕稀土的成分為Ce51%、La29%、Ndl3%、Pr4. 5%、Sml. 3%、Yl. 2%)，然后將鐵液倒入澆包。按GB/T9394灰鑄鐵件標準，用實施例4得到的鐵液制作單鑄試棒，對試棒進行拉伸試驗和硬度測試，其最小抗拉強度為369Mpa，布氏硬度(HBW) 240。實施例5 :將鐵原料(P ( O. 1%, S彡O. 1%)投入沖天爐中，升溫至1450-1480°C，待原料完全液化后，加入2. 9%的C，I. 1%的Mn，I. 35%的Ni，O. 45%的Cr，O. 45%的Sn。繼續(xù)升溫至 15200C，喂入 I. 9% 的包芯線(Ca7. 2%, Si39%,輕稀土 19%、Zr3. 2%, Ti4. 5%, Ta4. 5%,余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)，其中輕稀土的成分為Ce51%、La29%、Ndl3%、Pr4. 5%、Sml. 3%、Yl. 2%)，然后將鐵液倒入澆包。按GB/T9394灰鑄鐵件標準，用實施例5得到的鐵液制作單鑄試棒，對試棒進行拉伸試驗和硬度測試，其最小抗拉強度為382Mpa，布氏硬度(HBW) 259。為了驗證本發(fā)明的效果，另外制作對比例進行比較
對比例I :將鐵原料(P ( O. 1%, S彡O. 1%)投入沖天爐中，升溫至1450-1480°c，待原料完全液化后，加入2. 8%的C，I. 2%的Mn，I. 3%的Ni，O. 5%的Cr，O. 5%的Sn。繼續(xù)升溫至1520 0C，然后將鐵液倒入澆包。按GB/T9394灰鑄鐵件標準，用對比例I得到的鐵液制作單鑄試棒，對試棒進行拉伸試驗和硬度測試，其最小抗拉強度為312Mpa，布氏硬度(HBW) 196。通過對本發(fā)明實施例和對比例的測試數(shù)據(jù)進行比較，可以發(fā)現(xiàn)本發(fā)明實施例中最小抗拉強度均超過350Mpa ;而對比例中的最小抗拉強度為312Mpa,其硬度也遠比本發(fā)明各實施例低。
權(quán)利要求
1.一種灰鑄鐵，其特征是該灰鑄鐵由下列成分按質(zhì)量百分比制成C2. 7—3.0%, MnO. 9—1. 2%, Nil—I. 5%, CrO. 3—0. 5%, Sn O. 3—0. 5%,包芯線 I. 6—2. 0%,P^O. 1%, S^O. 1%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種灰鑄鐵，其特征是所述包芯線包括碳鋼外皮和粉狀內(nèi)芯，所述粉狀內(nèi)芯中的元素組份及質(zhì)量百分比為Ca5 - 8%，Si35 — 40%，輕稀土 16 — 20%、1x2. I - 3. 5%，Τ 3 - 5%，Ta3 一 5%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種灰鑄鐵，其特征是所述包芯線的粉狀內(nèi)芯中輕稀土的成分為 Ce51%、La29%、Ndl3%、Pr4. 5%、Sml. 3%、Yl. 2%。
4.一種生產(chǎn)權(quán)利要求I的灰鑄鐵的工藝，其特征是將鐵原料投入沖天爐中，升溫至1450-1480°C，待原料完全液化后，加入根據(jù)配比計量好的的碳、錳，鎳，鉻，錫，升溫至1520 °C,喂入包芯線，鐵水出爐。·
全文摘要
一種灰鑄鐵，由下列成分按質(zhì)量百分比制成C2.7—3.0%，Mn0.9—1.2%，Ni1—1.5%，Cr0.3—0.5%，Sn0.3—0.5%，包芯線1.6—2.0%，P≤0.1%,S≤0.1%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。包芯線的粉狀內(nèi)芯中含有輕稀土。本發(fā)明通過對灰鑄鐵的原材料配比進行合理的調(diào)整及增加孕育處理，使得灰鑄鐵強度及硬度均得到明顯提升。該灰鑄鐵冶煉比較方便，具有良好的鑄造性能，經(jīng)孕育處理后，鑄鐵件不易開裂。使用現(xiàn)有材料煉出的灰鑄鐵鑄件抗壓強度、硬度都獲得了明顯提升，同時降低了企業(yè)生產(chǎn)成本，提高了產(chǎn)品合格率，擴大了鑄件應(yīng)用范圍，具有很好的經(jīng)濟效益。
文檔編號C22C37/10GK102876964SQ201210329569
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月8日
發(fā)明者邵元久, 傅志權(quán), 駱建軍, 汪小偉, 唐道貴, 劉立功, 杜耀林, 鮑繼昌 申請人:湖北江漢重工有限公司