专利名称：一种耐高温抗磨白口铸铁件及生产方法
技术领域：
本发明型涉及一种金属材料及生产方法，特别是具有高硬度的耐高温抗磨白口铸铁件及生产方法。
背景技术：
白口铸铁是一种不含石墨的铸铁，白口铸铁中的碳以渗碳体形态存在，其断面为灰白色，是一种良好抗磨 材料。白口铸铁有较高的硬度和脆性，不能承受冷、热加工，只能直接用于铸造。工业中一般白口铸铁材质的硬度铸态或去应力态HRC ^ 53、硬化态或硬化去应力态HRC ^ 58。现有白口铸铁材料尽管可以达到较高的硬度，但仍然不能满足现实工业中某些需要在高温状态下具有更高硬度、更长寿命要求的耐磨铸件如温度大于400°C、在特殊恶劣环境中工作的自动加热装备中炉门门轴的高温耐磨套、喷油嘴、树脂砂高速连续混砂机的耐酸耐磨叶片、破碎机中的格栅板、树脂砂再生机中的耐磨环、抛丸机的叶片、护板、护套、垂直分型造型线中的型腔底板等零件。
发明内容
本发明用于克服已有技术的缺陷，提供一种铸态硬度HRC ^ 61的耐高温抗磨白口铸铁件及生产方法。本发明所称问题是以下技术方案解决的
一种耐高温抗磨白口铸铁件，其特别之处是，所述白口铸铁件的化学成分按照质量分数百分比计为c 3. 0-3. 5% ；Cr 30-36% ；Mo I. 8-2. 5% ；Si ( 1% ；Nil. 0-2. 0% ；MnI. 05-1. 5% ；B 0. 5-1. 0% ；P ( 0. 10%; S ^ 0. 08%，余量为Fe，所述白口铸铁的铬碳比值需满足 Cr/C=8. 5-12。上述耐高温抗磨白口铸铁件，所述白口铸铁件优选化学成分按照质量分数百分比计为C 3. 2-3. 4% ；Cr 34-36% ；Mo 2. 0-2. 4% ；Si ^ 1% ；Nil. 6-1. 8 % ；Mn I. 2-1. 3% ；B
0.8-0. 9 % ；P ( 0. 10%; S ^ 0. 08%，余量为 Fe。上述耐高温抗磨白口铸铁件，其物理性能如下
铸态保温慢冷硬度HRC>61，组织为不规则排列的板条状共晶渗碳体+奥氏体及
转化物；
铸件淬火回火后硬度HRC ^ 66，组织为规则排列的板条状共晶渗碳体+ 二次渗碳体+奥氏体转化物；
上述白口铸铁件700 V时的硬度HRC彡61。一种耐高温抗磨白口铸铁件的生产方法，它包括熔炼、浇注工序,在所述熔炼工序中将废钢和生铁溶化后，按照化学成分配比加入预热到200°C的钥铁、镍铁、高碳铬铁、微碳铬铁，完全熔化后加入中碳硼铁，然后加入锰硅脱氧，取样调整成分至要求，铁水1500-1530°C进入浇注工序；在所述浇注工序中，铸件浇注后立即采用保温冷却，防止铸件产生裂纹。
上述耐高温抗磨白口铸铁铸件的生产方法，所述保温冷却采用温度> 40°C热砂子将铸件全部严密覆盖，砂子外部再扣上铁桶，铁桶下部用砂子封严，保温，至铸件冷却。上述耐高温抗磨白口铸铁件的生产方法，所述保温冷却将铸件置放到保温炉中，炉温保持500-700°C，保温时间1-3小时，打开炉门冷却至室温。上述耐高温抗磨白口铸铁件的生产方法，对所述白口铸铁件进行淬火及回火热处理，淬火加热温度1000-1080°c，空冷；回火加热温度为200°C。本发明针对进一步提高白口铸铁的硬度进行了改进，其特点之一是提供了耐高温抗磨白口铸铁件的化学成分配比，并提出化学成分配比中铬与碳的比值为Cr/C=8. 5-12。这种高铬白口铸铁件，铬元素可以改变共晶碳化物类型，改善碳化物的形态，提高铸件的硬度和耐磨性。特点之二是在白口铸铁件中添加了 O. 5-1%的硼元素，硼元素进入碳化物，形成硬度较高的化合物，从而增强基体对碳化物的支撑作用，也稳定了铸件的高温硬度和耐磨性。特点之三是添加镍元素、钥元素，镍元素为了抵消高碳和硼对铸件韧性的影响，降低铸 件的裂纹趋势；钥元素可以强化基体，提高铸件的淬透性。特点之四是在工艺上采取了浇注后保温冷却，以防止由于高碳和硼元素对白口铸铁件产生热裂趋势。上述特点使本发明铸铁件铸态保温慢冷状态硬度=HRC ^ 61 ;淬火回火后硬度HRC ^ 66，在700°C温度下仍可以保持硬度HRC ^ 61，其耐腐蚀性也优于现有白口铸铁件，特别适合用作高温条件下工作的耐磨工件。
具体实施例方式本发明所述耐高温抗磨白口铸铁件，其化学成分采用高碳、高铬，并添加硼、镍、钥元素，其主要元素在钢中的作用分析如下
I、铬Cr: Cr的质量分数30-36%是本发明中的一个重要的改进。Cr影响碳化物的数量，Gr含量增加，可改善碳化物的分布形式。在高铬铸铁中，铬元素可以改变共晶碳化物类型，改善碳化物的形态，提高材料硬度及耐磨性。随着铬含量的提高，碳化物类型由M3C到M7C3再到M23C6转变，其中铬与碳的比值Cr/C，影响铸铁中M7C3型碳化物的相对数量，当比值大于5时就能获得大部分的M7C3型碳化物。Cr除了与碳形成碳化物外，尚有部分溶解于奥氏体中提高淬透性，淬透性随Cr/C的增加而提高。此外高铬铸件在硝酸、有机酸、碱、海水、及矿物水工作环境有良好的耐蚀性。2、碳C: C是髙铬铸铁中主要元素，提高C含量可以使铸件显微组织中碳化物量增多，硬度提高，抗磨性好，高碳可以获得所需的结晶碳化物M7C3和基体组织。但是随C的提高，基体中的固溶合金元素相对减少，碳化物量增多对耐磨性有利，而固溶合金元素减少就使基体得不到强化，使淬透性降低，这对耐磨性是不利的。基于上述原因，本发明白口铸铁件中含碳量确定为3. 0-3. 5%。高铬与高碳的比值也确定了结晶碳化物M7C3类型、基体组织和结晶碳化物的数量。本发明白口铸铁件根据Fe-Cr-C合金液相面图和Fe-Cr-C合金相图在室温时的简化切图及材料耐高温要求，为改变碳化物类型、改善碳化物形态、增加硬度、提高耐磨性，设计Cr/C=8. 5-12。从Fe-Cr-C合金液相面图中可以确定铸件内部的组织主要为M7C3和奥氏体，M7C3结晶碳化物在室温下硬度高，当温度升高时，硬度降低也较少，使所述白口铸铁件得到高温状态下的抗磨性。
3、硼B:B元素主要进入碳化物中，形成Fe3 (C，B)或Fe23 (C，B) 6，从而提高铸件碳化物的硬度，而且产生硬度较高的化合物，提高白口铸铁件的硬度和耐磨性。同时，B溶入金属基体中能有效提高基体纤维硬度，从而增强基体对碳化物的支撑作用，稳定了白口铸铁件的高温硬度和耐磨性。但B元素可使铸铁的韧性下降，使铸件裂纹趋势增强。本发明在白口铸铁件中B的添加量控制在O. 5-1. 0%。4、镍Ni: Ni不溶入碳化物，全部进入基体，稳定白口铸铁件中奥氏体，提高淬透性。镍可以细化晶粒，生成硬而细的珠光体，在该抗磨白口铸件中添加I. 0-2. 0%的Ni元素，目的在于消除高碳和硼元素对髙铬白口铸铁韧性的消减作用，细化铸铁组织，抵消高碳和硼元素对铸铁的韧性的影响，降低铸铁裂纹趋势。5、钥Mo: Mo元素在高铬抗磨白口铸铁件中抑制珠光体的形成改善耐磨性。钥Mo元素在白口铸铁件中一部分进入碳化物，一部分融入奥氏体形成固溶体。本发明在白口铸 铁件中加入I. 8-2. 5%的Mo，目的在于补充由于高碳对基体中的固溶合金元素相对减少对铸铸件的影响，强化基体，提高铸件的淬透性。下表提供本发明耐高温抗磨白口铸铁件化学成分按照质量分数百分比配比实施例
元隶
X C% Ci% BS€ Ii% ο% ln% Si% % S% ￥e%
实施例 I 3.1 33.3 0.78 1.64 1.8 1.25 0.82 0.08 0.06 Ξ
里
实施例 2 3.4 34 0.8 1.6 2.0 1.3 0.98 O·09 0.07 余量 实施例 3 3.2 36 0.9 1.8 2.4 1.2 0.69 0,06 0.08 S
里
实施例 4 3.0 35 0.94 1.84 1.8 1.05 0.80 0.080 0.060 S
___________里
实施例 5 3.5 30.2 0.5 1.6 2.1 1.28 0.95 0.095 0.065 Ξ.
___________里
实施例 6 3.15 34.8 0.87 1.0 1.87 1.35 0.87 0.05 0.06 余跫 实施例 T 3.2 34.3 1.0 1.75 2.06 1.5 0.86 0.086 0.065 余量
实施例 8 3.5 33.2 0.76 1.57 2.4 1.2 0.89 0.085 0.07 余跫
实施例 9 3.47 30 0.65 1.55 2.5 1.28 0.78 0.09 0.064 余童 实施例 10 3.08 36 0.82 2.0 2.32 1.32 0.94 0.086 0.072 余跫
本发明耐高温抗磨白口铸铁件的生产方法包括熔炼、浇注工序。熔炼工序采用高碳络铁、钥铁、微碳铬铁、金属锰、电解镍、中碳硼铁、三级硅、废钢等原料。熔炼时将废钢和生铁溶化后，加入预热到200°C的钥铁、镍铁、高碳铬铁、微碳铬铁，待其完全熔化后加入中碳硼铁，然后加入锰、硅脱氧，取样调整成分至要求，1500-1530° C浇注。浇注后为防止铸件裂纹，采用保温冷却。保温冷却方法一浇注后的铸件立即用> 40°C热砂全部覆盖严，外边再扣上铁桶保温，铁桶应完整、不允许破损、不允许有> 2mm以上的孔洞，扣桶后用砂子将铁桶下端封严保温，至铸件冷却。保温冷却方法二 ；将铸件放到保温炉中，炉温保持500-700°C，保温时间1-3小时，打开炉门冷却至室温。采用保温冷却工艺不但可以抑制高碳、硼元素对铸件的裂纹产生趋势，而且可以获得较多的高硬度、耐磨、耐高温的块状结晶碳化物M7C3，使铸件硬度达到HRC ^ 61。经保温冷却的白口铸铁件，组织为不规则排列的板条状共晶渗碳体+奥氏体及转化物。 对于高性能铸件可以增加淬火及回火热处理工序，淬火加热温度为1000-1080°C，空冷；回火加热温度为200°C。经过热处理工序后，铸件硬度可达HRC ^ 66，组织为规则排列的板条状共晶渗碳体+ 二次渗碳体+奥氏体转化物。
权利要求
1.一种耐高温抗磨白口铸铁件，其特征在于，所述白口铸铁件的化学成分按照质量分数百分比配比如下c 3. 0-3. 5% ；Cr 30-36% ；Mo I. 8-2. 5% ；Si ^ 1% ；Nil. 0-2. 0% ；MnI.05-1. 5% ；B 0. 5-1. 0% ；P ( 0. 10%; S ^ 0. 08%，余量为Fe，所述白口铸铁的铬碳比值需满足 Cr/C=8. 5-12。
2.根据权利要求I所述的耐高温抗磨白口铸铁件，其特征在于所述白口铸铁件优选化学成分按照质量分数百分比配比如下C 3. 2-3. 4% ；Cr 34-36% ；Mo 2.0-2.4% ；Si ^ 1%；Nil. 6-1. 8 % ；Mn I. 2-1. 3% ；B 0. 8-0. 9 % ；P ( 0. 10%; S ^ 0. 08%，余量为 Fe。
3.根据权利要求I或2所述的耐高温抗磨白口铸铁件，其特征在于所述白口铸铁的物理性能如下 铸态保温慢冷硬度HRC>61，组织为不规则排列的板条状共晶渗碳体+奥氏体及转化物； 铸件淬火回火后硬度HRC ^ 66，组织为规则排列的板条状碳晶化合物+ 二次渗碳体+奥氏体转化物； 所述白口铸铁件700°C时的硬度HRC彡61。
4.一种制备如权利要求I、2或3所述的耐高温抗磨白口铸铁件的方法，它包括熔炼、浇注工序，其特征在于所述熔炼工序中将废钢和生铁溶化后，按照配化学成分配比加入预热到200°C的钥铁、镍铁、高碳铬铁、微碳铬铁，完全熔化后加入中碳硼铁，然后加入锰硅脱氧，取样调整成分至要求，铁水1500-153(TC进入浇注工序；所述浇注工序中，铸件浇注后立即采用保温冷却，防止铸件产生裂纹。
5.根据权利要求4所述的耐高温抗磨白口铸铁铸件的生产方法，其特征在于所述保温冷却采用温度> 40°C热砂子将铸件全部严密覆盖，砂子外部再扣上铁桶，铁桶下部用砂子封严，保温，至铸件冷却。
6.根据权利要求4所述的耐高温抗磨白口铸铁件的生产方法，其特征在于所述保温冷却将铸件置放到保温炉中，炉温保持500-700°C，保温时间1-3小时，打开炉门冷却至室温。
7.根据权利要求4或5或6所述的耐高温抗磨白口铸铁件的生产方法，其特征在于对所述白口铸铁件进行淬火及回火热处理，淬火加热温度1000-1080°C，空冷；回火加热温度为200°C。
全文摘要
一种耐高温抗磨白口铸铁件及生产方法，用于解决白口铸铁的硬度问题。其特别之处是，所述白口铸铁件的化学成分按照质量分数百分比计为C3.0-3.5%；Cr30-36%；Mo1.8-2.5%；Si≤1%；Ni1.0-2.0%；Mn1.05-1.5%；B0.5-1.0%；P≤0.10%;S≤0.08%，余量为Fe，所述白口铸铁的铬碳比值需满足Cr/C=8.5-12。本发明方法包括熔炼、浇注、保温冷却。本发明铸铁件铸态保温慢冷状态硬度HRC≥61；淬火回火后硬度HRC≥66，在700℃温度下仍可以保持硬度HRC≥61，其耐腐蚀性也优于现有白口铸铁件，特别适合用作高温条件下工作的耐磨工件。
文档编号C22C37/08GK102851569SQ20121036107
公开日2013年1月2日 申请日期2012年9月26日 优先权日2012年9月26日
发明者范修谦, 李雪兴, 丁文会, 袁建强, 张前 申请人:保定风帆精密铸造制品有限公司