一种高强灰口铸铁材料及制备方法

文档序号:3412114阅读:318来源:国知局
专利名称:一种高强灰口铸铁材料及制备方法
技术领域
本发明属于金属材料领域,涉及一种高强灰口铸铁材料及其制备方法。
背景技术
在金属材料领域中,灰口铸铁作为结构材料一直受到普遍重视。CN200510016878.5号申请涉及一种新型微合金化高强度灰铸铁。它通过优化合 金成分设计与加入V、N等元素进行微合金化处理,最终获得具有优良抗拉性能与加工性能 的新型微合金化高强度灰铸铁。其重量百分比成分为C 2. 92 3. 48 ;Si :1. 52 2. 36 ; Mn 0. 22 0. 78 ;P 0. 011 0. 048 ;S 0. 03 0. 15 ;Cr 0. 15 0. 50 ;Cu 0. 3 0. 78 ; Sn 0. 011 0. 098 ;V 0 0. 100 ; N :0 0. 100。该发明突破了目前世界上为提高强度 加钼、镍等元素进行合金化的问题。但是灰口铁增加N的难度大。尽管采取添加V、Cu、Sn 等元素,然而对提高材料的强度也是有限的。

发明内容
本发明的目的就是针对上述技术缺陷,提供一种高强灰口铸铁材料,该材料具有 良好的性能。本发明的另一目的是提供一种高强灰口铸铁材料的制备方法,该制备方法工艺简 单,生产成本低,适于工业化生产。本发明的目的是通过以下技术方案实现的
一种高强灰口铸铁材料,其特征在于该材料以灰口铸铁为基体,在基体中分布着由低 碳钢丝形成的金属丝团,所用低碳钢丝直径为l_2mm,金属丝团的直径为10-15cm,低碳钢 丝占材料的体积百分比为5-35% ;
所述灰口铸铁基体的化学成分的重量百分含量C为2. 7% 4. 0%,Si为1. 4% 2. 5%, Mn 为 0. 5-1. 4%, Zr 为 0. 5-2%, Ρ<0· 08%, S<0. 25%,其余为 Fe ;
所述低碳钢丝的化学成分的重量百分含量为C为0. 05% 0. 12%,Si为0. 09% 0. 3%, Mn 为 0. 25-0. 5%, Ρ<0· 05%, S <0. 045%,其余为 Fe。基体中还分布着化合物Ni3C和Ni3Si颗粒。一种高强灰口铸铁材料的制备方法,其特征在于它包括以下步骤
镀镍低碳钢丝的准备取直径为l_2mm、成分重量百分含量C为0. 05% 0. 12%,Si为 0. 09% 0. 3%、Mn 0. 25-0. 5%、Ρ<0· 05%、S <0. 045%、其余为Fe的低碳钢丝,控制低碳钢丝 占材料的体积百分比为5-35% ;按常规方法在其表面镀镍,镀镍层的厚度为50-500微米;
按清洁球生产的常规方法将上述镀镍低碳钢丝制成金属丝团,金属丝团直径为 10-15cm,将若干金属丝团放入铸型下型型腔中,金属丝团的松紧程度由低碳钢丝占材料的 体积百分比决定,保证金属丝团正好放满铸型;布置完毕后,将铸型的上型盖于下型上,合 箱完毕后等待铁水浇注;
灰口铸铁材料基体的准备按重量百分含量C为2. 7% 4. 0%、Si为1. 4% 2. 5%、Mn为0. 5-1. 4%、Zr为0. 5-2%、Ρ<0· 08%、S <0. 25%、其余为Fe的灰口铸铁进行配料,灰口铸铁 材料在感应电炉中熔化,熔化温度为1450-1480°C ;
将上述灰口铸铁铁水浇入装有镀镍低碳金属丝团的干砂铸型;液态铁水将镀镍低碳钢 丝包围,然后冷却凝固,形成以白口铸铁为基的其中分布有金属丝团的材料。本发明相比现有技术的有益效果如下
1、本发明的低碳钢丝自身具有相当的强度和较高的韧性。钢丝和灰口铁的基体都是 铁。因此钢丝和灰口铁很容易结合起来,形成很好的冶金结合。这样,低碳钢丝分布在脆性 灰口铁中,对材料具有很好的增强增韧作用。2、当铁水进入铸型型腔与钢丝表面的镍接触后,钢丝表面的镀镍层M熔于铁水, 铁水中的C和Si与钢丝表面的Ni反应形成比渗碳体硬度更高的C和Ni的特殊化合物 Ni3Si和Ni3C,分布在基体中。这些特殊化合物进一步提高了材料的强度。3、本发明材料中的^ 对灰口铁的组织具有显著细化的作用,对于灰口铁的增韧 有重要的作用。另外C和^ 也会形成c和^ 化合物(Zrc),分布在材料的基体中有助于 材料强度的提高。P、s为材料中的杂质,控制在允许的范围。4、本发明的材料不用贵重稀土元素,材料成本低,制备工艺简便,生产成本低,因 为采取丝和化合物颗粒混杂增强方式,所生产的合金材料强度高、韧性好,而且非常便于工 业化生产。本发明的材料性能见表1。


图1为本发明实施例一制得的高强灰口铸铁材料的金相组织。图1可以看到在灰口铸铁与金属丝结合良好。
具体实施例方式以下各实施例仅用作对本发明的解释说明,其中的重量百分比均可换成重量g、kg 或其它重量单位。以下直径为l_2mm的低碳钢丝均为市购,厚度为50-500微米的镀镍层自 制。实施例一
镀镍低碳钢丝的准备
低碳钢丝的成份的重量百分含量为C为0. 05%, Si为0. 09%, Mn为0. 25%, P<0. 05%, S <0. 045%,其余为狗。控制低碳钢丝占材料的体积百分比为5%;该钢丝直径为1mm,低碳 钢丝按常规方法表面镀镍,镀镍厚度为50微米。本发明的制备过程如下
按清洁球生产的常规方法将上述镀镍低碳钢丝制成金属丝团(所形成的金属丝团成型 可按洗碗用的清洁球或称钢丝球的方法制作),金属丝团直径为15cm,将若干金属丝团放入 铸型下型型腔中,金属丝团的松紧程度由低碳钢丝占材料的体积百分比决定,保证金属丝 团正好放满铸型;布置完毕后,将铸型的上型盖于下型上,合箱完毕后等待铁水浇注;
灰口铸铁材料基体的准备按重量百分含量C为2. 7%,Si为1. 4%, Mn为0. 5%, Zr为 0.5%,P<0. 08%, S <0. 25 其余为!^的灰口铸铁进行配料,灰口铸铁材料在感应电炉中熔化,熔化温度为1465-1475°C ;
将上述灰口铸铁铁水浇入装有镀镍低碳金属丝团的干砂铸型;液态铁水将镀镍低碳钢 丝包围,然后冷却凝固,形成以白口铸铁为基的其中分布有金属丝团的材料。实施例二
灰口铸铁基体按重量百分含量C为4. 0%,Si为2. 5%, Mn为1. 4%, Zr为P<0. 08%, S <0. 25%,其余为!^e进行配料。低碳钢丝的成份重量百分含量为C为0. 12%,Si为0. 3%, Mn为0. 5%, P<0. 05%, S <0. 045%,其余为狗。该钢丝直径为2mm,低碳钢丝占材料的体积百分比为35%;低碳钢丝 按常规方法表面镀镍,镀镍厚度为500微米。按清洁球生产的常规方法制作金属丝团,金属 丝团直径为10cm。 其制备过程同实施例一。实施例三
灰口铸铁基体按重量百分含量C为3%,Si为洲,Mn为0.9%,^ 为0. 9%,P<0. 08%, S <0. 25%,其余为!^e进行配料。低碳钢丝的成份重量百分含量为=C为0. 1%,Si为0. 2%, Mn为0. 4%, Ρ<0· 05%, S <0. 045%,其余为Fe,该钢丝直径为1. 5mm,低碳钢丝占材料的体积百分比为20% ;低碳钢丝 表面镀镍,镀镍厚度为200微米。按清洁球生产的常规方法制作金属丝团,金属丝团直径为 12cm。其制备过程同实施例一。对比实施例四原料配比不在本发明范围内的实例
灰口铸铁基体按重量百分含量C为2. 5%,Si为1. 3%, Mn为0. 4%, Zr为0. 2%, P为 0. 09%, S为0. 5%,其余为!^e进行配料。低碳钢丝的成份重量百分含量为=C为0. 03%, Si为0. 06%, Mn为0. 2%, Ρ<0· 05%, S <0. 045%,其余为狗。该钢丝直径为1mm,低碳钢丝占材料的体积百分比为3%。低碳钢丝 表面不镀镍。按清洁球生产的常规方法制作金属丝团,金属丝团直径为15cm。其制备过程同实施例一。对比实施例五原料配比不在本发明范围内的实例
灰口铸铁基体按重量百分含量C为25%,Si为3%,1^为洲,^ 为3%,P<0. 08%, S <0. 25%,其余为!^进行配料。低碳钢丝的成份重量百分含量为C为0.2%,Si为0.4%,Mn为0. 6%,P<0. 05%, S <0. 045%,其余为狗。该钢丝直径为1mm,低碳钢丝占材料的体积百分比为40%。低碳钢丝 表面不镀镍。按清洁球生产的常规方法制作金属丝团,金属丝团直径为12cm。其制备过程 同实施例一。表 权利要求
1.一种高强灰口铸铁材料,其特征在于该材料以灰口铸铁为基体,在基体中分布着 由低碳钢丝形成的金属丝团,所用低碳钢丝直径为l-2mm,金属丝团的直径为10-15cm,低 碳钢丝占材料的体积百分比为5-35% ;所述灰口铸铁基体的化学成分的重量百分含量C为2. 7% 4. 0%,Si为1. 4% 2. 5%, Mn 为 0. 5-1. 4%, Zr 为 0. 5-2%, Ρ<0· 08%, S<0. 25%,其余为 Fe ;所述低碳钢丝的化学成分的重量百分含量为C为0. 05% 0. 12%,Si为0. 09% 0. 3%, Mn 为 0. 25-0. 5%, Ρ<0· 05%, S <0. 045%,其余为 Fe。
2.根据权利要求1所述的高强灰口铸铁材料,其特征在于所述基体中还分布着化合 物Ni3C和Ni3Si颗粒。
3.一种高强灰口铸铁材料的制备方法,其特征在于它包括以下步骤镀镍低碳钢丝的准备取直径为l_2mm、成分重量百分含量C为0. 05% 0. 12%,Si为 0. 09% 0. 3%、Mn 0. 25-0. 5%、Ρ<0· 05%、S <0. 045%、其余为Fe的低碳钢丝,控制低碳钢丝 占材料的体积百分比为5-35% ;按常规方法在其表面镀镍,镀镍层的厚度为50-500微米;按清洁球生产的常规方法将上述镀镍低碳钢丝制成金属丝团,金属丝团直径为 10-15cm,将若干金属丝团放入铸型下型型腔中,金属丝团的松紧程度由低碳钢丝占材料的 体积百分比决定,保证金属丝团正好放满铸型;布置完毕后,将铸型的上型盖于下型上,合 箱完毕后等待铁水浇注;灰口铸铁材料基体的准备按重量百分含量C为2. 7% 4. 0%、Si为1. 4% 2. 5%、Mn 为0. 5-1. 4%、Zr为0. 5-2%、Ρ<0· 08%、S <0. 25%、其余为Fe的灰口铸铁进行配料,灰口铸铁 材料在感应电炉中熔化,熔化温度为1450-1480°C ;将上述灰口铸铁铁水浇入装有镀镍低碳金属丝团的干砂铸型;液态铁水将镀镍低碳钢 丝包围,然后冷却凝固,形成以白口铸铁为基的其中分布有金属丝团的材料。
全文摘要
本发明提供一种高强灰口铸铁材料及其制备方法,该材料具有良好的性能。其制备方法工艺简单,生产成本低,适于工业化生产。该材料以灰口铸铁为基体,在基体中分布着由低碳金属丝团,所用低碳钢丝直径为1-2mm,低碳钢丝占材料的体积百分比为5-35%,金属丝团的直径为10-15cm。
文档编号C22C47/04GK102071379SQ20111000747
公开日2011年5月25日 申请日期2011年1月14日 优先权日2011年1月14日
发明者王玲, 裴必龙, 赵浩峰 申请人:南京信息工程大学
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1