本發明屬于金屬復合材料領域，具體涉及sic增強球墨鑄鐵，還涉及sic增強球墨鑄鐵的制備方法。

背景技術：

1、磨損作為零部件材料失效的三種形式（磨損、腐蝕、斷裂）之一，已經對國民生命安全和國家經濟效益產生了嚴重影響。由摩擦、磨損、潤滑領域年消耗材料約占我國gdp的3%~5%。據不完全統計，我國每年鋼鐵耐磨材料及耐磨件用量約500萬噸以上，需求量與產量均為世界第一。鋼鐵耐磨材料被廣泛應用于礦業、冶金、電力、鐵路、建筑和機械工業等領域，但由其磨損導致零部件失效的問題也日益突出。進一步提升鋼鐵材料的耐磨性能是解決零部件材料磨損失效的重要途經。球墨鑄鐵作為常用的耐磨零部件材料，可視為由體積分數占比近10%球狀石墨分布在鋼基體中復合而成的一種特殊復合材料，基體中石墨呈球狀分布，減少了應力集中，使其具有良好的綜合力學性能，同時在摩擦磨損過程中，基體中石墨會被拖拽至表面發揮潤滑效果，降低摩擦系數，使得球墨鑄鐵具有較好的耐磨性能。但由于近10%體積分數低硬度石墨在基體中分布，使得球墨鑄整體硬度低于鑄鋼，從而弱化了其耐磨性能，導致其逐漸難以滿足在苛刻磨損工況（如重載、高速、高磨損）下服役。近年來，為進一步提高鋼鐵材料耐磨性能，陶瓷顆粒增強鋼鐵基復合材料被廣泛關注。將陶瓷顆粒sic作為增強體與球墨鑄鐵進行復合，制備顆粒增強球墨鑄鐵復合材料，有望進一步提升球墨鑄鐵的耐磨性。

技術實現思路

1、本發明的目的是提供sic增強球墨鑄鐵，提升球墨鑄鐵硬度和耐磨性能，解決其使用壽命短的問題。

2、本發明的另一個目的是提供sic增強球墨鑄鐵的制備方法。

3、本發明所采用的第一個技術方案是，sic增強球墨鑄鐵，原料按照質量百分比包括：c：3.4%~3.6%、si：2.1%~2.7%、mn：≤0.4%、s：≤0.03%、mg：0.03%~0.06%、re：0.02%~0.05%，余量為fe，各組分含量的質量百分數總和為100%。

4、本發明所采用的第二個技術方案是，sic增強球墨鑄鐵的制備方法，具體為：

5、步驟1、按照復合材料各組分的質量百分比，稱取原料，包括：面包鐵、廢鋼、增碳劑、孕育劑、球化劑及fe/sic包芯線；

6、步驟2、將稱取的面包鐵、增碳劑、廢鋼按順序放入中頻感應加熱爐內加熱；

7、步驟3、將步驟2中熔化的鐵水除渣后，將fe/sic包芯線加入熔體，繼續加熱得到設計成分的鐵水；

8、步驟4、翻砂去除砂中雜質，在模具內填充型砂，通過振動或壓實使型砂緊實，形成與鑄件形狀相對應的砂型；

9、步驟5、將步驟1中稱取的球化劑和孕育劑置于鐵水包中，并用覆蓋劑進行覆蓋，覆蓋劑為無銹鐵屑；

10、步驟6、將步驟3最終得到的鐵水由慢即快的倒入鐵包中，進行球化孕育處理，待球化孕育結束后，快速攪拌至鐵水溫度降低，流動性變差，sic粉在鐵液中難以上浮，均勻分布在鐵水中；

11、步驟7、將步驟6最終得到的鐵水快速均勻地澆注入提前預制好的砂型模具中，使鐵水注滿整個型腔，待熔融狀金屬凝固后，得到鑄件毛坯。

12、本發明的特征還在于：

13、步驟1具體為：按照sic增強球墨鑄鐵各組分的質量百分比，稱取原料，包括：面包鐵(q10)：50%，廢鋼：8.22%~28.22%，增碳劑:0.58%~1.04%，球化劑：0.6%~0.8%，孕育劑：0.6%~0.8%，fe/sic包芯線:20%~40%，以上各組分質量百分比總和為100%；原材料中碳當量為4.3wt.%。

14、步驟1中，球化劑為稀土鎂球化劑，孕育劑為硅鋇鈣孕育劑。

15、步驟1中，fe/sic包芯線中sic顆粒為球形，平均粒徑為50μm，fe粉平均粒徑為100μm，包芯線中球形sic粉的質量分數為50%，鐵粉的質量分數為50%。

16、步驟2、將稱取的面包鐵、增碳劑、廢鋼按順序加入中頻感應加熱爐內加熱，加熱速率為40℃/min~50℃/min，熔煉時間為30min~40min，熔煉爐高溫熔化的溫度為1550℃~1600℃。

17、步驟2中增碳劑置于在面包鐵(q10)與廢鋼中間，確保增碳劑的吸收率，避免碳含量與設計不符。

18、步驟3具體為：步驟2中熔化的鐵水除渣后，將步驟1中稱取的fe/sic包芯線加入鐵水中，加熱160s~310s，使占所有原料總質量2.57%~3.43%的sic分解，使鐵液硅含量增加1.8%~2.4%，碳含量增加0.77%~1.03%，未分解的剩余sic質量占所有原料總質量的6.57%~16.57%，剩余sic平均粒徑為40.52μm~45.52μm，使用pd-ty8型爐前鐵液管理儀測量鐵液中碳、硅含量，鐵液中硅含量為2.1%~2.7%，碳含量為3.4%~3.6%，當鐵液達到設計成分立即出爐。

19、步驟6中，鐵液溫度降低到1300℃-1350℃停止攪拌。

20、步驟7中，鐵水澆注入砂型模具中的間隔時間30s-50s。

21、步驟7得到的鑄件毛坯為本發明制備的sic增強球墨鑄鐵，其中各組分質量百分比為：c：3.4%~3.6%、si：2.1%~2.7%、mn：≤0.4%、s：≤0.03%、mg：0.03%~0.06%、re：0.02%~0.05%，余量為fe；且該成分中總的碳當量應當保持在4.3?wt.%。

22、本發明的有益效果是：

23、本發明方法嚴格把控原材料中各組分的配比以及鑄造工藝的各個流程環節，進而獲得sic增強球墨鑄鐵。sic硬度高（顯微硬度為2700hv）、線膨脹系數與鐵接近，以sic作為增強顆粒，與球墨鑄鐵復合具有良好的制備性能，同時可以提高球墨鑄鐵強度、硬度和耐磨性能。與其他陶瓷顆粒相比，sic可以避免雜相生成，而且硅元素是促石墨化元素，通過加熱時間控制sic分解程度調控基體中硅含量，能夠促進球墨鑄鐵中石墨的生成，提高石墨球數量和含量，有效降低摩擦系數，發揮球墨鑄鐵的自潤滑特性，減少磨損，延長使用壽命。將sic顆粒加入球墨鑄鐵，使其與均勻分布于鐵基體中，從而制備出兼具高硬度、低摩擦系數、高耐磨性的sic增強球墨鑄鐵對提升球墨鑄鐵耐磨性并延長該零部件材料使用壽命具有重要意義。

技術特征：

1.sic增強球墨鑄鐵，其特征在于，原料按照質量百分比包括：c：3.4%~3.6%、si：2.1%~2.7%、mn：≤0.4%、s：≤0.03%、mg：0.03%~0.06%、re：0.02%~0.05%，余量為fe。

2.根據權利要求1所述的sic增強球墨鑄鐵的制備方法，其特征在于，具體為：

3.根據權利要求2所述的sic增強球墨鑄鐵的制備方法，其特征在于，步驟1具體為：按照sic增強球墨鑄鐵各組分的質量百分比，稱取原料，包括：面包鐵：50%，廢鋼：8.22%~28.22%，增碳劑:0.58%~1.04%，球化劑：0.6%~0.8%，孕育劑：0.6%~0.8%，fe/sic包芯線:20%~40%，以上各組分質量百分比總和為100%；原材料中碳當量為4.3wt.%。

4.根據權利要求3所述的sic增強球墨鑄鐵的制備方法，其特征在于，步驟1中，球化劑為稀土鎂球化劑，孕育劑為硅鋇鈣孕育劑。

5.根據權利要求3所述的sic增強球墨鑄鐵的制備方法，其特征在于，步驟1中，fe/sic包芯線中sic顆粒為球形，平均粒徑為50μm，fe粉平均粒徑為100μm，包芯線中球形sic粉的質量分數為50%，鐵粉的質量分數為50%。

6.根據權利要求2所述的sic增強球墨鑄鐵的制備方法，其特征在于，步驟2、將稱取的面包鐵、增碳劑、廢鋼按順序加入中頻感應加熱爐內加熱，加熱速率為40℃/min~50℃/min，熔煉時間為30min~40min，熔煉爐高溫熔化的溫度為1550℃~1600℃。

7.根據權利要求2所述的sic增強球墨鑄鐵的制備方法，其特征在于，步驟3具體為：步驟2中熔化的鐵水除渣后，將步驟1中稱取的fe/sic包芯線加入鐵水中，加熱160s~310s，使占所有原料總質量2.57%~3.43%的sic分解，使鐵液硅含量增加1.8%~2.4%，碳含量增加0.77%~1.03%，未分解的剩余sic質量占所有原料總質量的6.57%~16.57%，使用pd-ty8型爐前鐵液管理儀測量鐵液中碳、硅含量，鐵液中硅含量為2.1%~2.7%，碳含量為3.4%~3.6%，當鐵液達到設計成分立即出爐。

8.根據權利要求2所述的sic增強球墨鑄鐵的制備方法，其特征在于，步驟6中，鐵液溫度降低到1300℃-1350℃停止攪拌。

9.根據權利要求2所述的sic增強球墨鑄鐵的制備方法，其特征在于，步驟7中，鐵水澆注入砂型模具中的間隔時間30s-50s。

10.根據權利要求2所述的sic增強球墨鑄鐵的制備方法，其特征在于，步驟7得到的鑄件毛坯為本發明制備的sic增強球墨鑄鐵，其中各組分質量百分比為：c：3.4%~3.6%、si：2.1%~2.7%、mn：≤0.4%、s：≤0.03%、mg：0.03%~0.06%、re：0.02%~0.05%，余量為fe；且該成分中總的碳當量應當保持在4.3?wt.%。

技術總結
本發明公開SiC增強球墨鑄鐵，原料按照質量百分比包括：C：3.4%~3.6%、Si：2.1%~2.7%、Mn：≤0.4%、S：≤0.03%、Mg：0.03%~0.06%、RE：0.02%~0.05%，余量為Fe，各組分含量的質量百分數總和為100%。該材料提升球墨鑄鐵硬度和耐磨性能，解決其使用壽命短的問題。本發明還公開了SiC增強球墨鑄鐵的制備方法。

技術研發人員：游才印,朱森,劉琛,蔣百鈴,田娜
受保護的技術使用者：西安理工大學
技術研發日：
技術公布日：2025/4/24