一种双稀土掺杂改性耐磨合金铸铁及制备方法与流程

本发明涉及的是一种铸铁，具体地说是一种耐磨合金铸铁。本发明也涉及一种耐磨合金铸铁的制备方法。

背景技术：

铸铁是以Fe-C-Si为主的多元铁基合金，其化学成分(质量分数)范围大致为C：2.0％～4.0％，Si：1.0％～3.0％，Mn：0.1％～1.5％，P：0.05％～1.0％，S：0.02％～0.25％。在此成分基础上可通过加入其它金属元素的方法来获得具有不同性能的合金铸铁。

在钢铁铸造过程中，稀土元素可作为球化剂、精炼剂和脱硫剂添加到铁水中，能够明显优化铸铁的铸造性能，改善表面质量，降低铸件表面裂纹、气孔、缩孔、减少偏析情况发生。并获得耐磨性较好的蠕墨铸铁，适用于制造重型机床床身、机座、活塞环、液压件等。

现车辆、船舶等动力装置缸套材料主要为高性能铸铁材料，缸套铸铁具有铸造性能好，导热性能好，减振性好，切削加工性能好等优点，但其耐摩擦性能有待进一步提高。

国外先进柴油机制造企业对铸造工艺的基础技术研究很重视，尤其低速柴油机气缸套的总体质量水平很高。而国内整体大功率柴油机制造企业对铸造工艺基础技术的研究不够深入，未能掌握造型、熔炼、孕育、浇注等方面的控制规律，气缸套铸造工艺水平相对较低，导致气缸套的几何尺寸和加工余量大、表面质量较差，尺寸精度低、局部有铸造缺陷、组织不均匀、偏析严重等一系列弊端。

在相关领域可见到铸铁过程中掺杂单一稀土元素镧或铈，但未讨论其耐磨性，且综合性能指标未明确指出。双稀土混合掺杂及稀土元素具体加入量对合金铸铁组织性能影响的系统研究也未见报道。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种成本低、耐磨性高，适用于制造汽车、船舶等缸套或者活塞环等摩擦件的双稀土掺杂改性耐磨合金铸铁。本发明的目的还在于提供一种工艺简单的双稀土掺杂改性耐磨合金铸铁的制备方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的双稀土掺杂改性耐磨合金铸铁由重量百分比为C：3.1～3.2％、Si：0.9％、Mn：0.6％、Cu：1.0～1.5％、P：0.2～0.4％、B：0.02～0.04％、S：0.0005％、La：0.01～0.4％、Ce：0.01～0.7％，余量的Fe和不可避免的杂质制成。

以45钢、生铁、磷铁、锰铁、硼铁、硅铁和铜为原料获得C、Si、Mn、Cu、P、B、S和Fe元素。

La与Ce的比例为La占30～40wt％、Ce占60～70wt％。

本发明的双稀土掺杂改性耐磨合金铸铁的制备方法为：

(1)以45钢、生铁、磷铁、锰铁、硼铁、硅铁和铜为原料，配制重量百分比含量为C：3.1～3.2％、Si：0.9％、Mn：0.6％、Cu：1.0～1.5％、P：0.2～0.4％、B：0.02～0.04％、S：0.0005％及Fe的混合物；

(2)在熔炼炉中，将配置的原料在1500～1550℃熔炼，得到铁水；

(3)浇包之前加入La：0.01～0.4％、Ce：0.01～0.7％，之后倒入浇包中进行包内孕育，孕育时间为10±2分钟，铁水的出炉温度为1400～1450℃；

(4)浇铸得到双稀土掺杂改性耐磨合金铸铁。

为解决缸套、活塞环等材料耐磨性差及其它铸件质量问题，本发明采用镧-铈双稀土掺杂铸铁制备技术手段，获得可应用于生产车辆、船舶、航空等领域缸套零件坯料工艺技术。

本发明的双稀土镧铈混合物在浇包前加入。本发明的双稀土镧铈混合物为La30～40wt％和Ce60～70wt％。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明的双稀土掺杂改性耐磨合金铸铁，采用镧铈双稀土混合物代替合金元素，大大降低了生产成本，同时提高铸铁的硬度和耐磨性；稀土元素具有较强的净化功能，与有害的元素发生反应，生成形核核心，减少晶界偏析和夹杂，改善夹杂物的形态、大小和分布，提高晶界的结合强度，从而提高铸铁的强度、韧性和耐磨性。

当稀土加入量0.6％，进行硬度测试，抗拉、磨损试验。相比于某牌缸套和单一稀土镧掺入，双稀土稀土合金化改性铸铁耐磨性要好。具体指标如表所示：

本发明提供的双稀土掺杂改性耐磨合金铸铁材料及制备方法，其特点是成本低、耐磨性高，适用于制造汽车、船舶等缸套或者活塞环等摩擦件，并且工艺简单。

附图说明

图1为实施例4双稀土掺杂蠕墨复合涂层的石墨形态。

图2为实施例4的珠光体片层间距。

图3为实施例4的XRD分析图谱。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步的说明，但本发明不仅限于这些实施例，在未脱离本发明宗旨的前提下，所作的任何改进均落在本发明的保护范围内。

实施例1：

一种双稀土掺杂改性蠕墨铸铁，由以下重量百分比的组分制成C 3.1～3.2％，Si～0.9％，Mn～0.6％，Cu：1.0～1.5％，P：0.2～0.4，B：0.02～0.04％，S～0.0005％，La：0.03～0.04％，Ce：0.06～0.07％，其余为Fe和不可避免的杂质。

制备方法，包括以下步骤：

(1)配置原料：按上述铸铁成分比例确定原料45钢、生铁、磷铁、锰铁、硼铁、硅铁、铜等成分；

(2)原料熔炼：在熔炼炉中，将配置的原料在1450℃熔炼，得到铁水；

(3)孕育：浇包之前加入镧铈双稀土混合物，之后将铁水倒入浇包中进行包内孕育，孕育时间为10分钟左右，铁水的出炉温度为1400℃；

(4)浇铸得到稀土合金化铸铁。

实施例2：

一种双稀土掺杂改性蠕墨铸铁，由以下重量百分比的组分制成C 3.1～3.2％，Si～0.9％，Mn～0.6％，Cu：1.0～1.5％，P：0.2～0.4，B：0.02～0.04％，S～0.0005％，La：0.06～0.08％，Ce：0.12～0.14％，其余为Fe和不可避免的杂质。

制备方法，包括以下步骤：

(1)配置原料：按上述铸铁成分比例确定原料45钢、生铁、磷铁、锰铁、硼铁、硅铁、铜等成分；

(2)原料熔炼：在熔炼炉中，将配置的原料在1500℃熔炼，得到铁水；

(3)孕育：浇包之前加入镧铈双稀土混合物，之后将铁水倒入浇包中进行包内孕育，孕育时间为10分钟左右，铁水的出炉温度为1400℃；

(4)浇铸得到稀土合金化铸铁。

实施例3：

一种双稀土掺杂改性蠕墨铸铁，由以下重量百分比的组分制成C：3.1～3.2％，Si～0.9％，Mn～0.6％，Cu：1.0～1.5％，P：0.2～0.4，B：0.02～0.04％，S～0.0005％，La：0.12～0.16％，Ce：0.24～0.28％，其余为Fe和不可避免的杂质。

制备方法，包括以下步骤：

(1)配置原料：按上述铸铁成分比例确定原料45钢、生铁、磷铁、锰铁、硼铁、硅铁、铜等成分；

(2)原料熔炼：在熔炼炉中，将配置的原料在1500℃熔炼，得到铁水；

(3)孕育：浇包之前加入镧铈双稀土混合物，之后将铁水倒入浇包中进行包内孕育，孕育时间为10分钟左右，铁水的出炉温度为1450℃；

(4)浇铸得到稀土合金化铸铁。

实施例4：

一种双稀土掺杂蠕墨铸铁，由以下重量百分比的组分制成C：3.1～3.2％，Si～0.9％，Mn～0.6％，Cu：1.0～1.5％，P：0.2～0.4，B：0.02～0.04％，S～0.0005％，La：0.18～0.24％，Ce：0.36～0.42％，其余为Fe和不可避免的杂质。

制备方法，包括以下步骤：

(1)配置原料：按上述铸铁成分比例确定原料45钢、生铁、磷铁、锰铁、硼铁、硅铁、铜等成分；

(2)原料熔炼：在熔炼炉中，将配置的原料在1550℃熔炼，得到铁水；

(3)孕育：浇包之前加入镧铈双稀土混合物，之后将铁水倒入浇包中进行包内孕育，孕育时间为10分钟左右，铁水的出炉温度为1400℃；

(4)浇铸得到稀土合金化铸铁。

实施例5：

一种双稀土掺杂改性蠕墨铸铁，由以下重量百分比的组分制成C：3.1～3.2％，Si～0.9％，Mn～0.6％，Cu：1.0～1.5％，P：0.2～0.4，B：0.02～0.04％，S～0.0005％，La：0.24～0.32％，Ce：0.48～0.56％，其余为Fe和不可避免的杂质。

制备方法，包括以下步骤：

(1)配置原料：按上述铸铁成分比例确定原料45钢、生铁、磷铁、锰铁、硼铁、硅铁、铜等成分；

(2)原料熔炼：在熔炼炉中，将配置的原料在1550℃熔炼，得到铁水；

(3)孕育：浇包之前加入镧铈双稀土混合物，之后将铁水倒入浇包中进行包内孕育，孕育时间为10分钟左右，铁水的出炉温度为1450℃；

(4)浇铸得到稀土合金化铸铁。

实施例6：

一种双稀土掺杂改性蠕墨铸铁，由以下重量百分比的组分制成C：3.1～3.2％，Si～0.9％，Mn～0.6％，Cu：1.0～1.5％，P：0.2～0.4，B：0.02～0.04％，S～0.0005％，La：0.3～0.4％，Ce：0.6～0.7％，其余为Fe和不可避免的杂质。

制备方法，同实施例1

从上述实施例可以看出，本发明提供的方法能够用于制备多种组成含量的铸铁，并且本发明提供的原料来源广泛，且成分稳定，能够满足铸铁生产中原料的需求，并且相对于高合金铸铁，成本大大的降低了，应用前景广泛。