本發(fā)明涉及機械配件材料技術領域，具體是一種用于機械配件的高韌性鑄鐵材料及其生產工藝。
背景技術：
鉻系抗磨鑄鐵起源于二十世紀初期，但其廣泛應用卻始于二次世界大戰(zhàn)結束以后。半個多世紀以來，國內外鑄造工作者對鉻在鑄鐵中的作用進行了大量的研究，使鉻系抗磨鑄鐵的性能不斷提高，生產工藝逐漸簡化。我國鉻系抗磨鑄鐵的研究與應用經歷了由低鉻鑄鐵到高鉻鑄鐵的歷史發(fā)展階段，其中，高鉻鑄鐵材料是在20世紀70年代后期飛速發(fā)展起來的。高鉻鑄鐵是一種優(yōu)良的抗磨材料，在礦山、建材、冶金、火力發(fā)電等行業(yè)得到了廣泛的應用，己逐步取代一些傳統(tǒng)的抗磨鍛鋼，如中錳球鐵、抗磨鍛鋼和低合金鋼等。
但是，由于單一鉻合金鑄鐵的淬透性和韌性不足，導致鑄件心部抗磨能力差或發(fā)生早期斷裂。因此，傳統(tǒng)的方法是在單一的鉻合金鑄鐵中加入鉬、鎢、鈮、鎳等貴金屬元素，以提高材料的淬透性和淬硬性。但是由于這些貴金屬屬于稀缺資源，且在材料中大量使用會增加生產成本，因此貴金屬的添加制約了鑄鐵材料的發(fā)展。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種用于機械配件的高韌性鑄鐵材料及其生產工藝，以解決上述背景技術中提出的問題。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：
一種用于機械配件的高韌性鑄鐵材料，由以下按照重量百分比的原料組成：C 3.0-3.2%、Si 0.2-0.5%、Mo 0.3-0.6%、Mn 0.5-0.8%、Cr 19-21%、W 0.5-0.8%、V 0.1-0.2%、Ti 0.1-0.2%、Zr 0.2-0.5%、Cu 0.3-0.6%、S≤0.02%、P≤0.02%，余量為Fe和不可避免的雜質。
作為本發(fā)明進一步的方案：由以下按照重量百分比的原料組成：C 3.02-3.17%、Si 0.3-0.4%、Mo 0.4-0.5%、Mn 0.6-0.7%、Cr 19.5-20.8%、W 0.6-0.7%、V 0.13-0.17%、Ti 0.12-0.16%、Zr 0.3-0.4%、Cu 0.4-0.5%、S≤0.02%、P≤0.02%，余量為Fe和不可避免的雜質。
作為本發(fā)明再進一步的方案：由以下按照重量百分比的原料組成：C 3.11%、Si 0.37%、Mo 0.45%、Mn 0.63%、Cr 19.7%、W 0.65%、V 0.16%、Ti 0.14%、Zr 0.35%、Cu 0.43%、S 0.02%、P 0.02%，余量為Fe和不可避免的雜質。
所述用于機械配件的高韌性鑄鐵材料的生產工藝，步驟如下：
1）按照配方量稱取除金屬鋯粉外的其他原料，加入至中頻真空感應爐中，熔化后獲得鐵液；
2）將鐵液升溫至1420-1430℃，加入配方量的金屬鋯粉；
3）以包內沖入法加入鐵液質量0.6-0.8%的鎳鎂合金球化劑，對鐵液進行球化處理，球化溫度為1450-1480℃；
4）以隨流孕育的方式加入鐵液質量0.2-0.3%的硅鐵孕育劑，對鐵液進行孕育化處理；
5）球化、孕育處理完畢后，扒渣2-3次，保證鐵液溫度在1350-1370℃澆鑄完畢，鑄件保溫6-8小時后開箱清理打磨；
6）將打磨后的鑄件放入淬火液中淬火處理1-2min；
7）將淬火處理后的鑄件升溫至930-950℃，保溫5-8h，進行退火處理，然后出爐空冷至200-230℃，再升溫至700-720℃進行回火處理，保溫1-2h，出爐空冷至室溫。
作為本發(fā)明進一步的方案：步驟6）中所述淬火液由以下按照重量份的原料組成：氫氧化鈉6份、氯化鋅5份、氯化鈉8份、磺化蓖麻油0.07份、三乙醇胺0.04份、肥皂0.08份、防腐劑0.2份、防銹劑0.7份、潤滑劑0.6份、殺菌劑1份、水83份。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：
1、本發(fā)明在鑄鐵中加入Si、Cr、Mn等元素，在脫氧的同時強化了材料基體。
2、本發(fā)明在鑄鐵內加入Zr、Mo、W、V、Ti、Cu等元素，通過這些元素的復合使用，增強了奧氏體的穩(wěn)定性，細化晶粒，提高了碳化物的高溫穩(wěn)定性和紅硬性，使本發(fā)明的鑄鐵材料的硬度進一步提高，耐磨性也相應提高。
3、本發(fā)明通過采用特制的淬火液，對鑄鐵材料進行淬火處理，在獲得高硬度的同時具有高沖擊韌性。
具體實施方式
下面結合具體實施方式對本發(fā)明的技術方案作進一步詳細地說明。
實施例1
一種用于機械配件的高韌性鑄鐵材料，由以下按照重量百分比的原料組成：C 3.0%、Si 0.2%、Mo 0.3%、Mn 0.5%、Cr 19%、W 0.5%、V 0.1%、Ti 0.1%、Zr 0.2%、Cu 0.3%、S 0.01%、P 0.01%，余量為Fe和不可避免的雜質。
所述用于機械配件的高韌性鑄鐵材料的生產工藝，步驟如下：
1）按照配方量稱取除金屬鋯粉外的其他原料，加入至中頻真空感應爐中，熔化后獲得鐵液；
2）將鐵液升溫至1420℃，加入配方量的金屬鋯粉；
3）以包內沖入法加入鐵液質量0.6%的鎳鎂合金球化劑，對鐵液進行球化處理，球化溫度為1450℃；
4）以隨流孕育的方式加入鐵液質量0.2%的硅鐵孕育劑，對鐵液進行孕育化處理；
5）球化、孕育處理完畢后，扒渣2次，保證鐵液溫度在1350℃澆鑄完畢，鑄件保溫6小時后開箱清理打磨；
6）將打磨后的鑄件放入淬火液中淬火處理1min，其中，所述淬火液由以下按照重量份的原料組成：氫氧化鈉6份、氯化鋅5份、氯化鈉8份、磺化蓖麻油0.07份、三乙醇胺0.04份、肥皂0.08份、防腐劑0.2份、防銹劑0.7份、潤滑劑0.6份、殺菌劑1份、水83份；
7）將淬火處理后的鑄件升溫至930℃，保溫5h，進行退火處理，然后出爐空冷至200℃，再升溫至700℃進行回火處理，保溫1h，出爐空冷至室溫。
實施例2
一種用于機械配件的高韌性鑄鐵材料，由以下按照重量百分比的原料組成：C 3.06%、Si 0.3%、Mo 0.4%、Mn 0.52%、Cr 19.3%、W 0.8%、V 0.1%、Ti 0.15%、Zr 0.3%、Cu 0.4%、S 0.02%、P 0.01%，余量為Fe和不可避免的雜質。
所述用于機械配件的高韌性鑄鐵材料的生產工藝，步驟如下：
1）按照配方量稱取除金屬鋯粉外的其他原料，加入至中頻真空感應爐中，熔化后獲得鐵液；
2）將鐵液升溫至1424℃，加入配方量的金屬鋯粉；
3）以包內沖入法加入鐵液質量0.65%的鎳鎂合金球化劑，對鐵液進行球化處理，球化溫度為1458℃；
4）以隨流孕育的方式加入鐵液質量0.21%的硅鐵孕育劑，對鐵液進行孕育化處理；
5）球化、孕育處理完畢后，扒渣2次，保證鐵液溫度在1360℃澆鑄完畢，鑄件保溫7小時后開箱清理打磨；
6）將打磨后的鑄件放入淬火液中淬火處理1min，其中，所述淬火液由以下按照重量份的原料組成：氫氧化鈉6份、氯化鋅5份、氯化鈉8份、磺化蓖麻油0.07份、三乙醇胺0.04份、肥皂0.08份、防腐劑0.2份、防銹劑0.7份、潤滑劑0.6份、殺菌劑1份、水83份；
7）將淬火處理后的鑄件升溫至935℃，保溫6h，進行退火處理，然后出爐空冷至210℃，再升溫至708℃進行回火處理，保溫1.5h，出爐空冷至室溫。
實施例3
一種用于機械配件的高韌性鑄鐵材料，由以下按照重量百分比的原料組成：C 3.11%、Si 0.37%、Mo 0.45%、Mn 0.63%、Cr 19.7%、W 0.65%、V 0.16%、Ti 0.14%、Zr 0.35%、Cu 0.43%、S 0.02%、P 0.02%，余量為Fe和不可避免的雜質。
所述用于機械配件的高韌性鑄鐵材料的生產工藝，步驟如下：
1）按照配方量稱取除金屬鋯粉外的其他原料，加入至中頻真空感應爐中，熔化后獲得鐵液；
2）將鐵液升溫至1425℃，加入配方量的金屬鋯粉；
3）以包內沖入法加入鐵液質量0.7%的鎳鎂合金球化劑，對鐵液進行球化處理，球化溫度為1470℃；
4）以隨流孕育的方式加入鐵液質量0.25%的硅鐵孕育劑，對鐵液進行孕育化處理；
5）球化、孕育處理完畢后，扒渣3次，保證鐵液溫度在1360℃澆鑄完畢，鑄件保溫7小時后開箱清理打磨；
6）將打磨后的鑄件放入淬火液中淬火處理2min，其中，所述淬火液由以下按照重量份的原料組成：氫氧化鈉6份、氯化鋅5份、氯化鈉8份、磺化蓖麻油0.07份、三乙醇胺0.04份、肥皂0.08份、防腐劑0.2份、防銹劑0.7份、潤滑劑0.6份、殺菌劑1份、水83份；
7）將淬火處理后的鑄件升溫至940℃，保溫6h，進行退火處理，然后出爐空冷至220℃，再升溫至710℃進行回火處理，保溫1.5h，出爐空冷至室溫。
實施例4
一種用于機械配件的高韌性鑄鐵材料，由以下按照重量百分比的原料組成：C 3.15%、Si 0.4%、Mo 0.6%、Mn 0.7%、Cr 20%、W 0.6%、V 0.1%、Ti 0.2%、Zr 0.4%、Cu 0.5%、S 0.01%、P 0.01%，余量為Fe和不可避免的雜質。
所述用于機械配件的高韌性鑄鐵材料的生產工藝，步驟如下：
1）按照配方量稱取除金屬鋯粉外的其他原料，加入至中頻真空感應爐中，熔化后獲得鐵液；
2）將鐵液升溫至1428℃，加入配方量的金屬鋯粉；
3）以包內沖入法加入鐵液質量0.75%的鎳鎂合金球化劑，對鐵液進行球化處理，球化溫度為1470℃；
4）以隨流孕育的方式加入鐵液質量0.26%的硅鐵孕育劑，對鐵液進行孕育化處理；
5）球化、孕育處理完畢后，扒渣3次，保證鐵液溫度在1368℃澆鑄完畢，鑄件保溫7.5小時后開箱清理打磨；
6）將打磨后的鑄件放入淬火液中淬火處理2min，其中，所述淬火液由以下按照重量份的原料組成：氫氧化鈉6份、氯化鋅5份、氯化鈉8份、磺化蓖麻油0.07份、三乙醇胺0.04份、肥皂0.08份、防腐劑0.2份、防銹劑0.7份、潤滑劑0.6份、殺菌劑1份、水83份；
7）將淬火處理后的鑄件升溫至945℃，保溫7h，進行退火處理，然后出爐空冷至220℃，再升溫至715℃進行回火處理，保溫2h，出爐空冷至室溫。
實施例5
一種用于機械配件的高韌性鑄鐵材料，由以下按照重量百分比的原料組成：C 3.2%、Si 0.5%、Mo 0.6%、Mn 0.8%、Cr 21%、W 0.8%、V 0.2%、Ti 0.2%、Zr 0.5%、Cu 0.6%、S 0.02%、P 0.02%，余量為Fe和不可避免的雜質。
所述用于機械配件的高韌性鑄鐵材料的生產工藝，步驟如下：
1）按照配方量稱取除金屬鋯粉外的其他原料，加入至中頻真空感應爐中，熔化后獲得鐵液；
2）將鐵液升溫至1430℃，加入配方量的金屬鋯粉；
3）以包內沖入法加入鐵液質量0.8%的鎳鎂合金球化劑，對鐵液進行球化處理，球化溫度為1480℃；
4）以隨流孕育的方式加入鐵液質量0.3%的硅鐵孕育劑，對鐵液進行孕育化處理；
5）球化、孕育處理完畢后，扒渣3次，保證鐵液溫度在1370℃澆鑄完畢，鑄件保溫8小時后開箱清理打磨；
6）將打磨后的鑄件放入淬火液中淬火處理2min，其中，所述淬火液由以下按照重量份的原料組成：氫氧化鈉6份、氯化鋅5份、氯化鈉8份、磺化蓖麻油0.07份、三乙醇胺0.04份、肥皂0.08份、防腐劑0.2份、防銹劑0.7份、潤滑劑0.6份、殺菌劑1份、水83份；
7）將淬火處理后的鑄件升溫至950℃，保溫8h，進行退火處理，然后出爐空冷至230℃，再升溫至720℃進行回火處理，保溫2h，出爐空冷至室溫。
本發(fā)明在鑄鐵中加入Si、Cr、Mn等元素，在脫氧的同時強化了材料基體。本發(fā)明在鑄鐵內加入Zr、Mo、W、V、Ti、Cu等元素，通過這些元素的復合使用，增強了奧氏體的穩(wěn)定性，細化晶粒，提高了碳化物的高溫穩(wěn)定性和紅硬性，使本發(fā)明的鑄鐵材料的硬度進一步提高，耐磨性也相應提高。本發(fā)明通過采用特制的淬火液，對鑄鐵材料進行淬火處理，在獲得高硬度的同時具有高沖擊韌性。
上面對本發(fā)明的較佳實施方式作了詳細說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施方式，在本領域的普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。