專利名稱：一種耐高溫抗磨白口鑄鐵件及生產方法
技術領域：
本發明型涉及一種金屬材料及生產方法，特別是具有高硬度的耐高溫抗磨白口鑄鐵件及生產方法。
背景技術：
白口鑄鐵是一種不含石墨的鑄鐵，白口鑄鐵中的碳以滲碳體形態存在，其斷面為灰白色，是一種良好抗磨 材料。白口鑄鐵有較高的硬度和脆性，不能承受冷、熱加工，只能直接用于鑄造。工業中一般白口鑄鐵材質的硬度鑄態或去應力態HRC ^ 53、硬化態或硬化去應力態HRC ^ 58。現有白口鑄鐵材料盡管可以達到較高的硬度，但仍然不能滿足現實工業中某些需要在高溫狀態下具有更高硬度、更長壽命要求的耐磨鑄件如溫度大于400°C、在特殊惡劣環境中工作的自動加熱裝備中爐門門軸的高溫耐磨套、噴油嘴、樹脂砂高速連續混砂機的耐酸耐磨葉片、破碎機中的格柵板、樹脂砂再生機中的耐磨環、拋丸機的葉片、護板、護套、垂直分型造型線中的型腔底板等零件。

發明內容
本發明用于克服已有技術的缺陷，提供一種鑄態硬度HRC ^ 61的耐高溫抗磨白口鑄鐵件及生產方法。本發明所稱問題是以下技術方案解決的
一種耐高溫抗磨白口鑄鐵件，其特別之處是，所述白口鑄鐵件的化學成分按照質量分數百分比計為c 3. 0-3. 5% ；Cr 30-36% ；Mo I. 8-2. 5% ；Si ( 1% ；Nil. 0-2. 0% ；MnI. 05-1. 5% ；B 0. 5-1. 0% ；P ( 0. 10%; S ^ 0. 08%，余量為Fe，所述白口鑄鐵的鉻碳比值需滿足 Cr/C=8. 5-12。上述耐高溫抗磨白口鑄鐵件，所述白口鑄鐵件優選化學成分按照質量分數百分比計為C 3. 2-3. 4% ；Cr 34-36% ；Mo 2. 0-2. 4% ；Si ^ 1% ；Nil. 6-1. 8 % ；Mn I. 2-1. 3% ；B
0.8-0. 9 % ；P ( 0. 10%; S ^ 0. 08%，余量為 Fe。上述耐高溫抗磨白口鑄鐵件，其物理性能如下
鑄態保溫慢冷硬度HRC>61，組織為不規則排列的板條狀共晶滲碳體+奧氏體及
轉化物；
鑄件淬火回火后硬度HRC ^ 66，組織為規則排列的板條狀共晶滲碳體+ 二次滲碳體+奧氏體轉化物；
上述白口鑄鐵件700 V時的硬度HRC彡61。一種耐高溫抗磨白口鑄鐵件的生產方法，它包括熔煉、澆注工序,在所述熔煉工序中將廢鋼和生鐵溶化后，按照化學成分配比加入預熱到200°C的鑰鐵、鎳鐵、高碳鉻鐵、微碳鉻鐵，完全熔化后加入中碳硼鐵，然后加入錳硅脫氧，取樣調整成分至要求，鐵水1500-1530°C進入澆注工序；在所述澆注工序中，鑄件澆注后立即采用保溫冷卻，防止鑄件產生裂紋。
上述耐高溫抗磨白口鑄鐵鑄件的生產方法，所述保溫冷卻采用溫度> 40°C熱砂子將鑄件全部嚴密覆蓋，砂子外部再扣上鐵桶，鐵桶下部用砂子封嚴，保溫，至鑄件冷卻。上述耐高溫抗磨白口鑄鐵件的生產方法，所述保溫冷卻將鑄件置放到保溫爐中，爐溫保持500-700°C，保溫時間1-3小時，打開爐門冷卻至室溫。上述耐高溫抗磨白口鑄鐵件的生產方法，對所述白口鑄鐵件進行淬火及回火熱處理，淬火加熱溫度1000-1080°c，空冷；回火加熱溫度為200°C。本發明針對進一步提高白口鑄鐵的硬度進行了改進，其特點之一是提供了耐高溫抗磨白口鑄鐵件的化學成分配比，并提出化學成分配比中鉻與碳的比值為Cr/C=8. 5-12。這種高鉻白口鑄鐵件，鉻元素可以改變共晶碳化物類型，改善碳化物的形態，提高鑄件的硬度和耐磨性。特點之二是在白口鑄鐵件中添加了 O. 5-1%的硼元素，硼元素進入碳化物，形成硬度較高的化合物，從而增強基體對碳化物的支撐作用，也穩定了鑄件的高溫硬度和耐磨性。特點之三是添加鎳元素、鑰元素，鎳元素為了抵消高碳和硼對鑄件韌性的影響，降低鑄 件的裂紋趨勢；鑰元素可以強化基體，提高鑄件的淬透性。特點之四是在工藝上采取了澆注后保溫冷卻，以防止由于高碳和硼元素對白口鑄鐵件產生熱裂趨勢。上述特點使本發明鑄鐵件鑄態保溫慢冷狀態硬度=HRC ^ 61 ;淬火回火后硬度HRC ^ 66，在700°C溫度下仍可以保持硬度HRC ^ 61，其耐腐蝕性也優于現有白口鑄鐵件，特別適合用作高溫條件下工作的耐磨工件。
具體實施例方式本發明所述耐高溫抗磨白口鑄鐵件，其化學成分采用高碳、高鉻，并添加硼、鎳、鑰元素，其主要元素在鋼中的作用分析如下
I、鉻Cr: Cr的質量分數30-36%是本發明中的一個重要的改進。Cr影響碳化物的數量，Gr含量增加，可改善碳化物的分布形式。在高鉻鑄鐵中，鉻元素可以改變共晶碳化物類型，改善碳化物的形態，提高材料硬度及耐磨性。隨著鉻含量的提高，碳化物類型由M3C到M7C3再到M23C6轉變，其中鉻與碳的比值Cr/C，影響鑄鐵中M7C3型碳化物的相對數量，當比值大于5時就能獲得大部分的M7C3型碳化物。Cr除了與碳形成碳化物外，尚有部分溶解于奧氏體中提高淬透性，淬透性隨Cr/C的增加而提高。此外高鉻鑄件在硝酸、有機酸、堿、海水、及礦物水工作環境有良好的耐蝕性。2、碳C: C是髙鉻鑄鐵中主要元素，提高C含量可以使鑄件顯微組織中碳化物量增多，硬度提高，抗磨性好，高碳可以獲得所需的結晶碳化物M7C3和基體組織。但是隨C的提高，基體中的固溶合金元素相對減少，碳化物量增多對耐磨性有利，而固溶合金元素減少就使基體得不到強化，使淬透性降低，這對耐磨性是不利的。基于上述原因，本發明白口鑄鐵件中含碳量確定為3. 0-3. 5%。高鉻與高碳的比值也確定了結晶碳化物M7C3類型、基體組織和結晶碳化物的數量。本發明白口鑄鐵件根據Fe-Cr-C合金液相面圖和Fe-Cr-C合金相圖在室溫時的簡化切圖及材料耐高溫要求，為改變碳化物類型、改善碳化物形態、增加硬度、提高耐磨性，設計Cr/C=8. 5-12。從Fe-Cr-C合金液相面圖中可以確定鑄件內部的組織主要為M7C3和奧氏體，M7C3結晶碳化物在室溫下硬度高，當溫度升高時，硬度降低也較少，使所述白口鑄鐵件得到高溫狀態下的抗磨性。
3、硼B:B元素主要進入碳化物中，形成Fe3 (C，B)或Fe23 (C，B) 6，從而提高鑄件碳化物的硬度，而且產生硬度較高的化合物，提高白口鑄鐵件的硬度和耐磨性。同時，B溶入金屬基體中能有效提高基體纖維硬度，從而增強基體對碳化物的支撐作用，穩定了白口鑄鐵件的高溫硬度和耐磨性。但B元素可使鑄鐵的韌性下降，使鑄件裂紋趨勢增強。本發明在白口鑄鐵件中B的添加量控制在O. 5-1. 0%。4、鎳Ni: Ni不溶入碳化物，全部進入基體，穩定白口鑄鐵件中奧氏體，提高淬透性。鎳可以細化晶粒，生成硬而細的珠光體，在該抗磨白口鑄件中添加I. 0-2. 0%的Ni元素，目的在于消除高碳和硼元素對髙鉻白口鑄鐵韌性的消減作用，細化鑄鐵組織，抵消高碳和硼元素對鑄鐵的韌性的影響，降低鑄鐵裂紋趨勢。5、鑰Mo: Mo元素在高鉻抗磨白口鑄鐵件中抑制珠光體的形成改善耐磨性。鑰Mo元素在白口鑄鐵件中一部分進入碳化物，一部分融入奧氏體形成固溶體。本發明在白口鑄 鐵件中加入I. 8-2. 5%的Mo，目的在于補充由于高碳對基體中的固溶合金元素相對減少對鑄鑄件的影響，強化基體，提高鑄件的淬透性。下表提供本發明耐高溫抗磨白口鑄鐵件化學成分按照質量分數百分比配比實施例
元隸
X C% Ci% BS€ Ii% ο% ln% Si% % S% ￥e%
實施例 I 3.1 33.3 0.78 1.64 1.8 1.25 0.82 0.08 0.06 Ξ
里
實施例 2 3.4 34 0.8 1.6 2.0 1.3 0.98 O·09 0.07 余量 實施例 3 3.2 36 0.9 1.8 2.4 1.2 0.69 0,06 0.08 S
里
實施例 4 3.0 35 0.94 1.84 1.8 1.05 0.80 0.080 0.060 S
___________里
實施例 5 3.5 30.2 0.5 1.6 2.1 1.28 0.95 0.095 0.065 Ξ.
___________里
實施例 6 3.15 34.8 0.87 1.0 1.87 1.35 0.87 0.05 0.06 余跫 實施例 T 3.2 34.3 1.0 1.75 2.06 1.5 0.86 0.086 0.065 余量
實施例 8 3.5 33.2 0.76 1.57 2.4 1.2 0.89 0.085 0.07 余跫
實施例 9 3.47 30 0.65 1.55 2.5 1.28 0.78 0.09 0.064 余童 實施例 10 3.08 36 0.82 2.0 2.32 1.32 0.94 0.086 0.072 余跫
本發明耐高溫抗磨白口鑄鐵件的生產方法包括熔煉、澆注工序。熔煉工序采用高碳絡鐵、鑰鐵、微碳鉻鐵、金屬錳、電解鎳、中碳硼鐵、三級硅、廢鋼等原料。熔煉時將廢鋼和生鐵溶化后，加入預熱到200°C的鑰鐵、鎳鐵、高碳鉻鐵、微碳鉻鐵，待其完全熔化后加入中碳硼鐵，然后加入錳、硅脫氧，取樣調整成分至要求，1500-1530° C澆注。澆注后為防止鑄件裂紋，采用保溫冷卻。保溫冷卻方法一澆注后的鑄件立即用> 40°C熱砂全部覆蓋嚴，外邊再扣上鐵桶保溫，鐵桶應完整、不允許破損、不允許有> 2mm以上的孔洞，扣桶后用砂子將鐵桶下端封嚴保溫，至鑄件冷卻。保溫冷卻方法二 ；將鑄件放到保溫爐中，爐溫保持500-700°C，保溫時間1-3小時，打開爐門冷卻至室溫。采用保溫冷卻工藝不但可以抑制高碳、硼元素對鑄件的裂紋產生趨勢，而且可以獲得較多的高硬度、耐磨、耐高溫的塊狀結晶碳化物M7C3，使鑄件硬度達到HRC ^ 61。經保溫冷卻的白口鑄鐵件，組織為不規則排列的板條狀共晶滲碳體+奧氏體及轉化物。 對于高性能鑄件可以增加淬火及回火熱處理工序，淬火加熱溫度為1000-1080°C，空冷；回火加熱溫度為200°C。經過熱處理工序后，鑄件硬度可達HRC ^ 66，組織為規則排列的板條狀共晶滲碳體+ 二次滲碳體+奧氏體轉化物。
權利要求
1.一種耐高溫抗磨白口鑄鐵件，其特征在于，所述白口鑄鐵件的化學成分按照質量分數百分比配比如下c 3. 0-3. 5% ；Cr 30-36% ；Mo I. 8-2. 5% ；Si ^ 1% ；Nil. 0-2. 0% ；MnI.05-1. 5% ；B 0. 5-1. 0% ；P ( 0. 10%; S ^ 0. 08%，余量為Fe，所述白口鑄鐵的鉻碳比值需滿足 Cr/C=8. 5-12。
2.根據權利要求I所述的耐高溫抗磨白口鑄鐵件，其特征在于所述白口鑄鐵件優選化學成分按照質量分數百分比配比如下C 3. 2-3. 4% ；Cr 34-36% ；Mo 2.0-2.4% ；Si ^ 1%；Nil. 6-1. 8 % ；Mn I. 2-1. 3% ；B 0. 8-0. 9 % ；P ( 0. 10%; S ^ 0. 08%，余量為 Fe。
3.根據權利要求I或2所述的耐高溫抗磨白口鑄鐵件，其特征在于所述白口鑄鐵的物理性能如下 鑄態保溫慢冷硬度HRC>61，組織為不規則排列的板條狀共晶滲碳體+奧氏體及轉化物； 鑄件淬火回火后硬度HRC ^ 66，組織為規則排列的板條狀碳晶化合物+ 二次滲碳體+奧氏體轉化物； 所述白口鑄鐵件700°C時的硬度HRC彡61。
4.一種制備如權利要求I、2或3所述的耐高溫抗磨白口鑄鐵件的方法，它包括熔煉、澆注工序，其特征在于所述熔煉工序中將廢鋼和生鐵溶化后，按照配化學成分配比加入預熱到200°C的鑰鐵、鎳鐵、高碳鉻鐵、微碳鉻鐵，完全熔化后加入中碳硼鐵，然后加入錳硅脫氧，取樣調整成分至要求，鐵水1500-153(TC進入澆注工序；所述澆注工序中，鑄件澆注后立即采用保溫冷卻，防止鑄件產生裂紋。
5.根據權利要求4所述的耐高溫抗磨白口鑄鐵鑄件的生產方法，其特征在于所述保溫冷卻采用溫度> 40°C熱砂子將鑄件全部嚴密覆蓋，砂子外部再扣上鐵桶，鐵桶下部用砂子封嚴，保溫，至鑄件冷卻。
6.根據權利要求4所述的耐高溫抗磨白口鑄鐵件的生產方法，其特征在于所述保溫冷卻將鑄件置放到保溫爐中，爐溫保持500-700°C，保溫時間1-3小時，打開爐門冷卻至室溫。
7.根據權利要求4或5或6所述的耐高溫抗磨白口鑄鐵件的生產方法，其特征在于對所述白口鑄鐵件進行淬火及回火熱處理，淬火加熱溫度1000-1080°C，空冷；回火加熱溫度為200°C。
全文摘要
一種耐高溫抗磨白口鑄鐵件及生產方法，用于解決白口鑄鐵的硬度問題。其特別之處是，所述白口鑄鐵件的化學成分按照質量分數百分比計為C3.0-3.5%；Cr30-36%；Mo1.8-2.5%；Si≤1%；Ni1.0-2.0%；Mn1.05-1.5%；B0.5-1.0%；P≤0.10%;S≤0.08%，余量為Fe，所述白口鑄鐵的鉻碳比值需滿足Cr/C=8.5-12。本發明方法包括熔煉、澆注、保溫冷卻。本發明鑄鐵件鑄態保溫慢冷狀態硬度HRC≥61；淬火回火后硬度HRC≥66，在700℃溫度下仍可以保持硬度HRC≥61，其耐腐蝕性也優于現有白口鑄鐵件，特別適合用作高溫條件下工作的耐磨工件。
文檔編號C22C37/08GK102851569SQ20121036107
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月26日 優先權日2012年9月26日
發明者范修謙, 李雪興, 丁文會, 袁建強, 張前 申請人:保定風帆精密鑄造制品有限公司