专利名称：一种耐磨铸铁材料及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种耐磨铸铁材料及其制造方法，属于金属材料技术领域。
背景技术：
目前金属材料领域中，铸铁的耐磨性能受到了重视。现有的技术中也已经公开了 不少耐磨铸铁，如中国专利CN200810169536.0中公开了一种耐磨铸铁，尤其是白口铸铁 合金铸件。该铸件包含下列合金组成，以重量％计铬12-25% ；碳1. 5-6% ；锰2-7% ； 硅至多1.5% ；钼至多2% ；镍至多4% ；微合金元素，选自钛、锆、铌、硼、钒和钨；一种 或更多种所述元素中的每一种至多2% ；和铁其余。铸件的微结构包含分散在铁基体中 的15-60vol %的共晶碳化物和一次碳化物，所述铁基体包含马氏体并且至少基本没有珠 光体。中国专利CN200810104993. 1中公开了一种耐磨铸铁，铸铁成分及含量衬％为碳 2. 5 3. 5，铬 15 28，硅 0. 5 1. 2，猛 0. 5 1. 2，硼 0. 15 0. 3，钙 0. 008 0. 03，钡 0. 03 0. 08 %，锶 0. 02 0. 05 %，铝 0. 03 0. 08，钛 0. 20 0. 5，镧 0. 02 0. 06，铺
0.02 0. 06，硫< 0. 04，磷< 0. 05，其余为铁，且0. 05彡镧+铈彡0. 1,6彡铬/碳彡8。本 专利中将铸件于980 1050°C保温4 6h，再于250 500°C保温8 10h，得到本发明 铸铁。中国专利CN93111103. X涉及一种耐磨铸铁，特别是一种稀土硼多元合金耐磨铸铁。 其化学成分(重量％ )为 C :3· 00 3. 70，B 0. 05 0. 30，Mn 0. 40 1. 50，Si 0. 55
1.00，Mo 0 0. 50，Cu 0 1. 00，P < 0. 07，S < 0. 07，Re 0. 01 0. 05，其余为 Fe。但是现有技术的耐磨铸铁中仍然存在着下列不足之处1)合金元素含量过多，生 产中难以控制；2)使用稀贵元素，生产成本高。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足之处，提供一种耐磨铸铁材料及其制造方法。本发明的耐磨铸铁材料，按照重量百分比包括下列成分C3. 6% 3.8%，Mn 0. 5% 0. 9%，S 2% 4%，Pb 0. 5% 1. 1%，Sn 0. 5% 0. 9%，Si 1. 9% 2. 4%，Pr 0. 05% 0. 09%，Nd 0. 05% 0. 2%,GdO. 05% 0. 1%，杂质P 不大于 0. 02%，其余为 Fe ；优选地，本发明的耐磨铸铁材料，按照重量百分比包括下列成分C 3.7%, Mn 0. 79%, S 3%, Pb 0. 81%, Sn 0. 7%, Si 2%, Pr 0. 07%, Nd 0. 09%, Gd 0.08%，杂质 P 不 大于0. 02%，其余为Fe。本发明的各成分及其成分的含量的选择基于下列理由C 含量为3. 6 % 3. 8 %，用于形成石墨，保证铸造流动性，C含量低于3. 6 %，不易 形成石墨，铸造流动性差；C含量高于3.8%，石墨粗大，力学性能变差；Mn 含量为0.5% 0.9%，用于强化固溶体，保证力学性能，Mn含量低于0.5%，不 能保证力学性能，Mn含量高于0. 9%，影响石墨化；S 含量为2% 4%，S和Fe、Sn、Pb可形成复杂的硬质硫化物，起耐磨和抵抗配副的破坏作用，能有效解决钢初始磨损严重的问题，大大提高使用寿命；S低于2%，达不到效 果；S高于4%，硬质复杂化合物增多，会降低合金的韧性和抗拉强度；Pb 含量为0. 5% 1. 1%，Pb和Fe、Sn、S可形成复杂的硬质硫化物，起耐磨和 抵抗配副的破坏作用，能有效解决钢初始磨损严重的问题，大大提高使用寿命；Pb高于 1. 1%，导致硬质复杂化合物增多，会降低合金的韧性和抗拉强度；Sn:含量为0.5% 0.9%，Sn和Fe、S、Pb可形成复杂的硬质硫化物，起耐磨和 抵抗配副的破坏作用，能有效解决钢初始磨损严重的问题，使用寿命大大提高。Sn低于 0. 5%，达不到效果；Sn高于0. 9%，导致硬质复杂化合物增多，会降低合金的韧性和抗拉强 度；Si 含量为1.9% 2.4%，用于提高合金的铸造流动性，Si低于1.9%，不能保证 铸造流动性；Si高于2. 4%，降低合金的力学性能。Pr 含量为0.05% 0.09%，Pr和Nd、Gd共同作用可增加形核核心，细化复杂化 合物颗粒，Pr有圆整复杂化合物颗粒的作用。Pr低于0. 05%，达不到效果；Pr高于0. 09%， 由于Pr为稀土元素，过多使用，不仅提高材料成本，也会形成一些过量化合物，降低材料的 力学性能；Nd 含量为0. 05% 0. 2%，Nd和Pr、Gd共同作用可增加形核核心，细化复杂化合 物颗粒。Nd低于0. 05%，达不到效果；Nd高于0. 2%，由于Nd为稀土元素，过多使用，不仅 提高材料成本，也会形成一些过量化合物，降低材料的力学性能；Gd:含量为0.05% 0. l%，Gd和Pr、Nd共同作用可增加形核核心，细化复杂化合 物颗粒。Gd低于0.05%，达不到效果；Gd高于0. 1%，由于Gd为稀土元素，过多使用，不仅 提高材料成本，也会形成一些过量化合物，降低材料的力学性能；P为杂质元素，限定在最大范围。该耐磨铸铁上带有细小而分散具有耐磨作用的颗粒，因此该复合材料不仅普通力 学性能优越，抗拉强度和冲击韧性得到提高，而且同时具有很好的耐磨作用。本发明的耐磨铸铁材料的制备方法，包括下列步骤1)准备各组分的原料，其中C用增碳剂，Mn用纯锰片，Si用硅块，Pb和Sn用纯 金属块，Pr、Nd和S分别用含Pr55%的镨铁、含Nd75%的钕铁和含S25%的硫铁，Gd用含 Gd60%的钆铁，铁用Z14生铁和20钢板，Pr、Nd和Gd的原料的颗粒尺寸为5_10mm ；2)将Sn、C、Mn、Pb、S、Si的原料、20钢板及生铁加入电炉熔化，熔化温度为 1390-1420°C，将Pr、Nd和Gd的原料放在铁水包的底部；3)将熔化好的合金液倒入底部装有Pr、Nd和Gd的原料的包中，搅拌；当包内合金 液温度达到1390°C时便浇铸成形，形成铸态耐磨铸铁，再将材料经150-180°C热处理保温 3-5小时后，即制备而成。本发明的耐磨铸铁材料的制备方法简便，生产的合金材料性能好，采用这种方法 制备的耐磨铸铁，能够提高整体强度、硬度和耐磨性，延长寿命。而且生产成本低，非常便于 工业化生产。
图1为本发明实施例1制得的耐磨铸铁的金相组织。
具体实施例方式实施例1本实施例的耐磨铸铁材料按照重量百分比包括下列成分C为3. 6%，Mn为0. 5%， P不大于0. 02%，S*2%，Pb*0.5%，Sn*0.5%，Si*1.9%，Pr*0.05%，Nd*0.05%， Gd为0. 05 %，其余为Fe。该耐磨铸铁上带有细小而分散具有耐磨作用的颗粒，如图1所示， 可以看到耐磨铸铁基体上分布有细小的复杂化合物。本实施例的耐磨铸铁材料的制备，包括下列步骤1)准备各组分的原料，其中C用增碳剂，Mn用纯锰片，Si用硅块，Pb和Sn用纯 金属块，Pr、Nd和S分别用含Pr55%的镨铁、含Nd75%的钕铁和含S25%的硫铁，Gd用含 Gd60%的钆铁，铁用Z14生铁和20钢板，Pr、Nd和Gd的原料的颗粒尺寸为5_10mm ；2)将Sn、C、Mn、Pb、S、Si的原料、20钢板及生铁加入电炉熔化，熔化温度为 1390-1420°C，将Pr、Nd和Gd的原料放在铁水包的底部；3)将熔化好的合金液倒入底部装有Pr、Nd和Gd的原料的包中，搅拌；当包内合金 液温度达到1390°C时便浇铸成形，形成铸态耐磨铸铁，再将材料经150-180°C热处理保温 3-5小时后，即制备而成。实施例2本实施例的耐磨铸铁材料按照重量百分比包括下列成分C为3. 8%，Mn为0. 9%， P 不大于 0. 02%，S*4%，Pb*l.l%，Sn*0.9%，Si*2.4%，Pr*0.09%，Nd*0.2%， Gd为0.1%，其余为Fe。该耐磨铸铁上带有细小而分散具有耐磨作用的颗粒。制备方法参 照实施例1。实施例3本实施例的耐磨铸铁材料按照重量百分比包括下列成分C为3.7%，Mn为 0. 79%, P 不大于 0. 02%，S 为 3%，Pb 为 0. 81%，Sn 为 0. 7%，Si 为 2%，Pr 为 0. 07%，Nd 为0.09%，Gd为0.08%，其余为Fe。该耐磨铸铁上带有细小而分散具有耐磨作用的颗粒。 制备方法参照实施例1。对照例1本对照例的耐磨铸铁材料按照重量百分比包括下列成分C为3. 4%，Mn为0. 4%， P 为 0. 03%, S 为 1%，Pb 为 0. 4%, Sn 为 0. 4%，Si 为 1. 8%, Pr 为 0. 04%, Nd 为 0. 04%, Gd为0. 04%，其余为Fe ；制备方法参照实施例1。对照例2本对照例的耐磨铸铁材料按照重量百分比包括下列成分C为3. 9%，Mn为1 %， P 为 0. 04%, S 为 5%，Pb 为 2%，Sn 为 1%，Si 为 3. 4%，Pr 为 0. 1%，Nd 为 0. 3%，Gd 为 0. 15%，其余为Fe，制备方法参照实施例1。实施例4将背景技术、对照例和实施例的的耐磨铸铁材料的合金性能进行比较，如表1所 示表1合金性能对照表 从上表可以看出，实施例1-3的耐磨铸铁的硬度和冲击韧性都要优于对照例和背 景技术中的耐磨铸铁，具有更好的合金性能。
权利要求
耐磨铸铁材料，其特征在于，按照重量百分比包括下列成分C 3.6％～3.8％，Mn 0.5％～0.9％，S 2％～4％，Pb 0.5％～1.1％，Sn0.5％～0.9％，Si 1.9％～2.4％，Pr 0.05％～0.09％，Nd 0.05％～0.2％，Gd 0.05％～0.1％，杂质P不大于0.02％，其余为Fe。
2.根据权利要求1所述的耐磨铸铁材料，其特征在于，按照重量百分比包括下列成 分C 3. 7%, Mn 0. 79%, S 3%, Pb 0. 81%, SnO. 7%, Si 2%, Pr 0. 07%, Nd 0. 09%, Gd 0. 08%，杂质P不大于0. 02%，其余为Fe。
3.一种耐磨铸铁材料的制造方法，其特征在于，包括下列步骤1)准备各组分的原料，其中C用增碳剂，Mn用纯锰片，Si用硅块，Pb和Sn用纯金属块， Pr、Nd和S分别用含Pr55 %的镨铁、含Nd75 %的钕铁和含S25 %的硫铁，Gd用含Gd60 %的 钆铁，铁用Z14生铁和20钢板，Pr、Nd和Gd的原料的颗粒尺寸为5_10mm ；2)将Sn、C、Mn、Pb、S、Si的原料、20钢板及生铁加入电炉熔化，熔化温度为 1390-1420°C，将Pr、Nd和Gd的原料放在铁水包的底部；3)将熔化好的合金液倒入底部装有Pr、Nd和Gd的原料的包中，搅拌；当包内合金液温 度达到1390°C时便浇铸成形，形成铸态耐磨铸铁，再将材料经150-180°C热处理保温3_5小 时后，即制备而成。
全文摘要
本发明提供了一种耐磨铸铁材料，按照重量百分比包括下列成分C 3.6％～3.8％，Mn 0.5％～0.9％，S 2％～4％，Pb 0.5％～1.1％，Sn 0.5％～0.9％，Si 1.9％～2.4％，Pr 0.05％～0.09％，Nd 0.05％～0.2％，Gd 0.05％-0.1％，杂质P不大于0.02％，其余为Fe。该耐磨铸铁上带有细小而分散具有耐磨作用的颗粒，因此该复合材料不仅普通力学性能优越，硬度和冲击韧性得到提高，而且同时具有很好的耐磨作用。本发明还提供了一种耐磨铸铁材料的制备方法，本方法十分简便，生产的合金材料性能好，采用这种方法制备的耐磨铸铁，能够提高整体强度、硬度和耐磨性，延长寿命。而且生产成本低，非常便于工业化生产。
文档编号C22C33/08GK101886206SQ20101022056
公开日2010年11月17日 申请日期2010年7月7日 优先权日2010年7月7日
发明者张禄, 王玲, 赵浩峰 申请人:南京信息工程大学