本發(fā)明屬于冶金
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及一種高鉻鑄鐵及其制備方法。
背景技術(shù)：
：高鉻鑄鐵是耐磨性很好的材料，它應(yīng)用于磨球、軋輥、雜質(zhì)泵過流部件的制造。現(xiàn)有技術(shù)中利用高鉻鑄鐵制作的泵用抗磨蝕白口鑄鐵件，以下簡(jiǎn)稱鑄件，在使用過程中，主要存在耐磨性較低的問題，其產(chǎn)生原因是材料的基體顯微硬度較低(550hv)、宏觀硬度較低(58hrc)、沖擊韌性較低(ak值7j/cm2)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明提出一種高鉻鑄鐵及其制備方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中高鉻鑄鐵耐磨性差的問題。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種液相變質(zhì)劑，包括：由以下質(zhì)量配比的化學(xué)元素成分組成：al：0.10～0.25，ti：0.10～0.40，v：0.20～0.50，b：0.03～0.10，zn：0.005～0.013，cu：0.08～0.40，稀土元素：0.10～0.20。進(jìn)一步，由以下質(zhì)量配比的化學(xué)元素成分組成：al：0.18，ti：0.256，v：0.352，b：0.071，zn：0.010，cu：0.245，稀土元素：0.152。本發(fā)明還提出了一種利用上述液相變質(zhì)劑制備高鉻鑄鐵的方法，包括：步驟一，爐前處理：將原料熔化成熔料，按照上述液相變質(zhì)劑的質(zhì)量配比進(jìn)行配料，并迅速升溫至1480℃～1500℃，依次加入鋁，鈦鐵、釩鐵和硼鐵合金，合金熔化后出爐，再加入鋅、銅和稀土元素；步驟二，澆注：溫度為1400℃～1430℃，形成鑄件；步驟三，熱處理：包括依次進(jìn)行的預(yù)珠光體化處理、奧氏體去穩(wěn)處理和奧氏體均勻化處理，所述預(yù)珠光體化處理為將鑄件加熱至650℃～850℃保溫4h～6h，所述奧氏體去穩(wěn)處理為將鑄件升溫至950℃～1030℃保溫4h～6h，所述奧氏體均勻化處理為繼續(xù)保持鑄件溫度950℃～1030℃在8h以上。進(jìn)一步，步驟一中：鋅、銅和稀土元素以沖入法加入，其中，鋅和銅制成合金，且澆注成片狀。進(jìn)一步，還包括步驟四：整理步驟，打磨鑄件，去除毛刺和多余部分。進(jìn)一步，鋁以鋁片式加入至熔料中。本發(fā)明的有益效果為：1、本發(fā)明生產(chǎn)出的高鉻鑄鐵，可顯著提高材料的韌性和硬度，提高材料韌性和硬度后，能夠顯著地提高鑄件的耐磨性。即在以基本上相同的制造成本下，可以增加鑄件的使用壽命約30％，增加使用壽命的同時(shí)，增加雜質(zhì)泵使用中的最佳功效的時(shí)間期限，節(jié)約電力，同時(shí)還減少了用戶在使用過程中檢修次數(shù)，減輕維修工人的負(fù)荷。2、本發(fā)明中高鉻鑄鐵的制備方法，將液相變質(zhì)與固相變質(zhì)相結(jié)合，增強(qiáng)二次碳化物強(qiáng)化和馬氏體相變強(qiáng)化的一種新型工藝技術(shù)，較好地細(xì)化共晶碳化物，并較顯著地提高材料的基體顯微硬度至550～680hv，提高宏觀硬度至61～62hrc，提高沖擊韌性至ak值11j/cm2，從而提高泵用高鉻鑄鐵部件的耐磨性。其中，液相變質(zhì)和固相變質(zhì)處理后，顯著地細(xì)化共晶碳化物，提高材料的韌性，從未經(jīng)液相變質(zhì)和固相變質(zhì)處理的沖擊韌性值7j/cm2提高到11j/cm2。固相變質(zhì)和奧氏體均勻化處理，顯著地提高二次碳化物析出量，強(qiáng)烈地對(duì)奧氏體進(jìn)行脫穩(wěn)，提高馬氏體轉(zhuǎn)變率，將基體顯微硬度從未固相變質(zhì)及均勻化前的550hv提高到550～680hv，宏觀硬度從未固相變質(zhì)及均勻化前的59.5hrc提高到61～62hrc。附圖說明下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。圖1為本發(fā)明中原料b的空白試驗(yàn)的鑄態(tài)沖擊功；圖2為本發(fā)明中原料a空白試驗(yàn)的基體顯微硬度；圖3為本發(fā)明中實(shí)施例5的鑄態(tài)沖擊功；圖4為本發(fā)明中實(shí)施例5的基體顯微硬度；具體實(shí)施方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。本發(fā)明提出了一種液相變質(zhì)劑，包括：由以下質(zhì)量配比的化學(xué)元素成分組成：al：0.10～0.25，ti：0.10～0.40，v：0.20～0.50，b：0.03～0.10，zn：0.005～0.013，cu：0.08～0.40，稀土元素：0.10～0.20。進(jìn)一步，由以下質(zhì)量配比的化學(xué)元素成分組成：al：0.18，ti：0.256，v：0.352，b：0.071，zn：0.010，cu：0.245，稀土元素：0.152。本發(fā)明還提出了一種利用上述液相變質(zhì)劑制備高鉻鑄鐵的方法，包括：步驟一，爐前處理：將原料熔化成熔料，并迅速升溫至1480℃～1500℃，依次加入鋁，鈦鐵、釩鐵和硼鐵合金，合金熔化后出爐，再加入鋅、銅和稀土元素；步驟二，澆注：溫度為1400℃～1430℃，形成鑄件；步驟三，熱處理：包括依次進(jìn)行的預(yù)珠光體化處理、奧氏體去穩(wěn)處理和奧氏體均勻化處理，所述預(yù)珠光體化處理為將鑄件加熱至650℃～850℃保溫4h～6h，所述奧氏體去穩(wěn)處理為將鑄件升溫至950℃～1030℃保溫4h～6h，所述奧氏體均勻化處理為繼續(xù)保持鑄件溫度950℃～1030℃在8h以上。進(jìn)一步，步驟一中：鋅、銅和稀土元素以沖入法加入，其中，鋅和銅制成合金，且澆注成片狀。進(jìn)一步，還包括步驟四：整理步驟，打磨鑄件，去除毛刺和多余部分。進(jìn)一步，鋁以鋁片式加入至熔料中。其中，液相變質(zhì)劑變質(zhì)原理：先加入的鋁片可以起到脫氧、除氣的作用，剩余部分作為高鉻鑄鐵固相變質(zhì)劑使用，鋁脫氧過程中形成熔點(diǎn)很高的三氧化二鋁是一種高硬度的化合物，熔點(diǎn)為2054℃，除一部分以渣的形式排除到鐵水之外，剩余部分以微小的粒子可以作為共晶碳化物和奧氏體的異質(zhì)晶核。鈦和釩在高鉻鑄鐵鐵水中形成熔點(diǎn)高碳化物。碳化鈦為立方晶體，熔點(diǎn)3140℃。碳化釩為立方晶體，熔點(diǎn)2810℃。在鐵水中碳化釩和碳化釩能以微小粒子作為共晶碳化物和奧氏體的異質(zhì)晶核。鋅和稀土在高鉻鑄鐵熔料中是一表面活性元素，在碳化物和奧氏體晶粒長大過程中，它能很快地偏聚于晶體表面，抑制晶體生長速度，并改善碳化物異性生長的速度。從而使材料的晶體細(xì)化，并使碳化物形態(tài)得到改善。綜上所述，液相變質(zhì)劑中形成高熔點(diǎn)化合物能夠產(chǎn)生數(shù)量多的異質(zhì)晶核，而表面活性元素又阻礙晶體的長大，從而實(shí)現(xiàn)通過液相變質(zhì)細(xì)化共晶碳化物和奧氏體組織的目的。固相變質(zhì)原理為：在奧氏體去穩(wěn)處理和奧氏體均勻化處理的溫度下，鋅原子處于氣態(tài)狀態(tài)。氣態(tài)鋅原子能使條狀共晶碳化物熔斷，能使共晶碳化物棱角處的碳和金屬原子的溶解，細(xì)化和圓整化共晶碳化物；氣態(tài)鋅原子其在晶界偏聚，并產(chǎn)生鋅復(fù)合碳化物，成為二次碳化物的異質(zhì)晶核；氣態(tài)鋅原子使共晶碳化物溶解后，會(huì)增加奧氏體的碳和合金元素的過飽和度；鋁原子削弱碳與鐵原子間的鍵合力，提高碳活度，也利于二次碳化物形核和長大；稀土原子偏聚于二次碳化物與奧氏體相界處，能夠抑制二次碳化物聚集，細(xì)化二次碳化物。預(yù)珠光體化處理使鑄件內(nèi)鑄態(tài)基體組織完全轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w組織，目的是為消除鑄態(tài)基體組織中熱力學(xué)上比較穩(wěn)定的一次奧氏體相；奧氏體去穩(wěn)處理使奧氏體中析出二次碳化物，以降低奧氏體中碳和合金元素，而提高過冷奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變量；同時(shí)在固相變質(zhì)劑作用下，析出的二次碳化物，彌散分布于奧氏體中；去穩(wěn)處理溫度和奧氏體成分均勻化處理時(shí)間影響二次碳化物析出量，以求得析出的二次碳化物量最多。但由于奧氏體內(nèi)部碳和合金元素分布的不均勻性，仍有部分奧氏體不能轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，而以殘留奧氏體的形式存在；奧氏體成分均勻化處理，一方面是奧氏體成分均勻化，利于降低基體中殘留奧氏體量；另一方面，在奧氏體均勻化過程中，還能繼續(xù)促進(jìn)二次碳化物的析出，進(jìn)一步強(qiáng)化奧氏體轉(zhuǎn)變后的馬氏體基體。以a05不銹鋼為原料，選取如下表的化學(xué)成分元素成分及其質(zhì)量百分比，表1原料a、原料b和原料c化學(xué)成分元素成分及其質(zhì)量百分比csimnnicrspfe原料a2.80.10.990.5260.020.02100原料b2.870.71.150.6926.80.0570.2100原料c3.191.01.521.03280.140.3100以下述的空白試驗(yàn)作為參照，分別選取9個(gè)實(shí)施例進(jìn)行對(duì)比。空白試驗(yàn)：步驟一：爐前處理：分別將成分為原料a、原料b和原料c的高鉻鑄鐵熔化成熔料，熔化后出爐；步驟二，澆注：溫度為1400℃～1430℃，形成鑄件。實(shí)施例1：步驟一：爐前處理：將成分為原料a的高鉻鑄鐵熔化成熔料，并迅速升溫至1480℃～1500℃，依次加入鋁，鈦鐵、釩鐵和硼鐵合金，合金熔化后出爐，再加入鋅、銅和稀土元素；步驟二，澆注：溫度為1400℃～1430℃，形成鑄件；步驟三，熱處理：包括依次進(jìn)行的預(yù)珠光體化處理、奧氏體去穩(wěn)處理和奧氏體均勻化處理，所述預(yù)珠光體化處理為將鑄件加熱至650℃～850℃保溫4h～6h，所述奧氏體去穩(wěn)處理為將鑄件升溫至950℃～1030℃保溫4h～6h，所述奧氏體均勻化處理為繼續(xù)保持鑄件溫度950℃～1030℃在8h以上。其中，上述步驟中的加入的化學(xué)化學(xué)成分元素及其占fe的質(zhì)量百分比如下：al：0.11％，ti：0.110％，v：0.211％，b：0.030％，zn：0.006％，cu：0.079％，稀土元素：0.101％。實(shí)施例2：步驟一：爐前處理：將成分為原料b的高鉻鑄鐵熔化成熔料，并迅速升溫至1480℃～1500℃，依次加入鋁，鈦鐵、釩鐵和硼鐵合金，合金熔化后出爐，再加入鋅、銅和稀土元素；步驟二，澆注：溫度為1400℃～1430℃，形成鑄件；步驟三，熱處理：包括依次進(jìn)行的預(yù)珠光體化處理、奧氏體去穩(wěn)處理和奧氏體均勻化處理，所述預(yù)珠光體化處理為將鑄件加熱至650℃～850℃保溫4h～6h，所述奧氏體去穩(wěn)處理為將鑄件升溫至950℃～1030℃保溫4h～6h，所述奧氏體均勻化處理為繼續(xù)保持鑄件溫度950℃～1030℃在8h以上。其中，上述步驟中的加入的化學(xué)化學(xué)成分元素及其占fe的質(zhì)量百分比如下：al：0.11％，ti：0.110％，v：0.211％，b：0.030％，zn：0.006％，cu：0.079％，稀土元素：0.101％。實(shí)施例3：步驟一：爐前處理：將成分為原料c的高鉻鑄鐵熔化成熔料，并迅速升溫至1480℃～1500℃，依次加入鋁，鈦鐵、釩鐵和硼鐵合金，合金熔化后出爐，再加入鋅、銅和稀土元素；步驟二，澆注：溫度為1400℃～1430℃，形成鑄件；步驟三，熱處理：包括依次進(jìn)行的預(yù)珠光體化處理、奧氏體去穩(wěn)處理和奧氏體均勻化處理，所述預(yù)珠光體化處理為將鑄件加熱至650℃～850℃保溫4h～6h，所述奧氏體去穩(wěn)處理為將鑄件升溫至950℃～1030℃保溫4h～6h，所述奧氏體均勻化處理為繼續(xù)保持鑄件溫度950℃～1030℃在8h以上。其中，上述步驟中的加入的化學(xué)化學(xué)成分元素及其占fe的質(zhì)量百分比如下：al：0.11％，ti：0.110％，v：0.211％，b：0.030％，zn：0.006％，cu：0.079％，稀土元素：0.101％。實(shí)施例4：步驟一：爐前處理：將成分為原料a的高鉻鑄鐵熔化成熔料，并迅速升溫至1480℃～1500℃，依次加入鋁，鈦鐵、釩鐵和硼鐵合金，合金熔化后出爐，再加入鋅、銅和稀土元素；步驟二，澆注：溫度為1400℃～1430℃，形成鑄件；步驟三，熱處理：包括依次進(jìn)行的預(yù)珠光體化處理、奧氏體去穩(wěn)處理和奧氏體均勻化處理，所述預(yù)珠光體化處理為將鑄件加熱至650℃～850℃保溫4h～6h，所述奧氏體去穩(wěn)處理為將鑄件升溫至950℃～1030℃保溫4h～6h，所述奧氏體均勻化處理為繼續(xù)保持鑄件溫度950℃～1030℃在8h以上。其中，上述步驟中的加入的化學(xué)化學(xué)成分元素及其占fe的質(zhì)量百分比如下：al：0.18％，ti：0.256％，v：0.352％，b：0.071％，zn：0.010％，cu：0.245％，稀土元素：0.152％。實(shí)施例5：步驟一：爐前處理：將成分為原料b的高鉻鑄鐵熔化成熔料，并迅速升溫至1480℃～1500℃，依次加入鋁，鈦鐵、釩鐵和硼鐵合金，合金熔化后出爐，再加入鋅、銅和稀土元素；步驟二，澆注：溫度為1400℃～1430℃，形成鑄件；步驟三，熱處理：包括依次進(jìn)行的預(yù)珠光體化處理、奧氏體去穩(wěn)處理和奧氏體均勻化處理，所述預(yù)珠光體化處理為將鑄件加熱至650℃～850℃保溫4h～6h，所述奧氏體去穩(wěn)處理為將鑄件升溫至950℃～1030℃保溫4h～6h，所述奧氏體均勻化處理為繼續(xù)保持鑄件溫度950℃～1030℃在8h以上。其中，上述步驟中的加入的化學(xué)化學(xué)成分元素及其占fe的質(zhì)量百分比如下：al：0.18％，ti：0.256％，v：0.352％，b：0.071％，zn：0.010％，cu：0.245％，稀土元素：0.152％。實(shí)施例6：步驟一：爐前處理：將成分為原料c的高鉻鑄鐵熔化成熔料，并迅速升溫至1480℃～1500℃，依次加入鋁，鈦鐵、釩鐵和硼鐵合金，合金熔化后出爐，再加入鋅、銅和稀土元素；步驟二，澆注：溫度為1400℃～1430℃，形成鑄件；步驟三，熱處理：包括依次進(jìn)行的預(yù)珠光體化處理、奧氏體去穩(wěn)處理和奧氏體均勻化處理，所述預(yù)珠光體化處理為將鑄件加熱至650℃～850℃保溫4h～6h，所述奧氏體去穩(wěn)處理為將鑄件升溫至950℃～1030℃保溫4h～6h，所述奧氏體均勻化處理為繼續(xù)保持鑄件溫度950℃～1030℃在8h以上。其中，上述步驟中的加入的化學(xué)化學(xué)成分元素及其占fe的質(zhì)量百分比如下：al：0.18％，ti：0.256％，v：0.352％，b：0.071％，zn：0.010％，cu：0.245％，稀土元素：0.152。實(shí)施例7步驟一：爐前處理：將成分為原料a的高鉻鑄鐵熔化成熔料，并迅速升溫至1480℃～1500℃，依次加入鋁，鈦鐵、釩鐵和硼鐵合金，合金熔化后出爐，再加入鋅、銅和稀土元素；步驟二，澆注：溫度為1400℃～1430℃，形成鑄件；步驟三，熱處理：包括依次進(jìn)行的預(yù)珠光體化處理、奧氏體去穩(wěn)處理和奧氏體均勻化處理，所述預(yù)珠光體化處理為將鑄件加熱至650℃～850℃保溫4h～6h，所述奧氏體去穩(wěn)處理為將鑄件升溫至950℃～1030℃保溫4h～6h，所述奧氏體均勻化處理為繼續(xù)保持鑄件溫度950℃～1030℃在8h以上。其中，上述步驟中的加入的化學(xué)化學(xué)成分元素及其占fe的質(zhì)量百分比如下：al：0.251％，ti：0.404％，v：0.512％，b：0.100％，zn：0.013％，cu：0.399％，稀土元素：0.187％。實(shí)施例8步驟一：爐前處理：將成分為原料b的高鉻鑄鐵熔化成熔料，并迅速升溫至1480℃～1500℃，依次加入鋁，鈦鐵、釩鐵和硼鐵合金，合金熔化后出爐，再加入鋅、銅和稀土元素；步驟二，澆注：溫度為1400℃～1430℃，形成鑄件；步驟三，熱處理：包括依次進(jìn)行的預(yù)珠光體化處理、奧氏體去穩(wěn)處理和奧氏體均勻化處理，所述預(yù)珠光體化處理為將鑄件加熱至650℃～850℃保溫4h～6h，所述奧氏體去穩(wěn)處理為將鑄件升溫至950℃～1030℃保溫4h～6h，所述奧氏體均勻化處理為繼續(xù)保持鑄件溫度950℃～1030℃在8h以上。其中，上述步驟中的加入的化學(xué)化學(xué)成分元素及其占fe的質(zhì)量百分比如下：al：0.251％，ti：0.404％，v：0.512％，b：0.100％，zn：0.013％，cu：0.399％，稀土元素：0.187％。實(shí)施例9步驟一：爐前處理：將成分為原料c的高鉻鑄鐵熔化成熔料，并迅速升溫至1480℃～1500℃，依次加入鋁，鈦鐵、釩鐵和硼鐵合金，合金熔化后出爐，再加入鋅、銅和稀土元素；步驟二，澆注：溫度為1400℃～1430℃，形成鑄件；步驟三，熱處理：包括依次進(jìn)行的預(yù)珠光體化處理、奧氏體去穩(wěn)處理和奧氏體均勻化處理，所述預(yù)珠光體化處理為將鑄件加熱至650℃～850℃保溫4h～6h，所述奧氏體去穩(wěn)處理為將鑄件升溫至950℃～1030℃保溫4h～6h，所述奧氏體均勻化處理為繼續(xù)保持鑄件溫度950℃～1030℃在8h以上。其中，上述步驟中的加入的化學(xué)化學(xué)成分元素及其占fe的質(zhì)量百分比如下：al：0.251％，ti：0.404％，v：0.512％，b：0.100％，zn：0.013％，cu：0.399％，稀土元素：0.187％。表2實(shí)施例1、實(shí)施例2和實(shí)施例3中化學(xué)成分元素及其質(zhì)量與鐵水質(zhì)量占比al(％)ti(％)v(％)b(％)zn(％)cu(％)稀土元素(％)實(shí)施例1～30.110.1100.2110.0300.0060.0790.101實(shí)施例4～60.180.2560.3520.0710.0100.2450.152實(shí)施例7～90.2510.4040.5120.1000.0130.3990.187將實(shí)施例1～9和空白試驗(yàn)形成的鑄件打磨，去除毛刺和多余部分，并加工至圖紙的技術(shù)要求，下表為實(shí)施例中所得的高鉻鑄鐵的力學(xué)性能對(duì)比。表3高鉻鑄鐵的力學(xué)性能對(duì)比通過上表可知，本發(fā)明中的高鉻鑄鐵，可顯著提高材料的韌性和硬度，提高材料韌性和硬度后，能夠顯著地提高鑄件的耐磨性。即在以基本上相同的制造成本下，可以增加鑄件的使用壽命約30％，增加使用壽命的同時(shí)，增加雜質(zhì)泵使用中的最佳功效的時(shí)間期限，節(jié)約電力，同時(shí)還減少了用戶在使用過程中檢修次數(shù)，減輕維修工人的負(fù)荷。其中，液相變質(zhì)和固相變質(zhì)處理后，顯著地細(xì)化共晶碳化物，提高材料的韌性，從未經(jīng)液相變質(zhì)和固相變質(zhì)處理的沖擊韌性值7j/cm2提高到11j/cm2。固相變質(zhì)和奧氏體均勻化處理，顯著地提高二次碳化物析出量，強(qiáng)烈地對(duì)奧氏體進(jìn)行脫穩(wěn)，提高馬氏體轉(zhuǎn)變率，將基體顯微硬度從未固相變質(zhì)及均勻化前的550hv提高到550～680hv，宏觀硬度從未固相變質(zhì)及均勻化前的59.5hrc提高到61～62hrc。以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁12