本发明涉及机械配件材料技术领域，具体是一种用于机械配件的高韧性铸铁材料及其生产工艺。
背景技术：
铬系抗磨铸铁起源于二十世纪初期，但其广泛应用却始于二次世界大战结束以后。半个多世纪以来，国内外铸造工作者对铬在铸铁中的作用进行了大量的研究，使铬系抗磨铸铁的性能不断提高，生产工艺逐渐简化。我国铬系抗磨铸铁的研究与应用经历了由低铬铸铁到高铬铸铁的历史发展阶段，其中，高铬铸铁材料是在20世纪70年代后期飞速发展起来的。高铬铸铁是一种优良的抗磨材料，在矿山、建材、冶金、火力发电等行业得到了广泛的应用，己逐步取代一些传统的抗磨锻钢，如中锰球铁、抗磨锻钢和低合金钢等。
但是，由于单一铬合金铸铁的淬透性和韧性不足，导致铸件心部抗磨能力差或发生早期断裂。因此，传统的方法是在单一的铬合金铸铁中加入钼、钨、铌、镍等贵金属元素，以提高材料的淬透性和淬硬性。但是由于这些贵金属属于稀缺资源，且在材料中大量使用会增加生产成本，因此贵金属的添加制约了铸铁材料的发展。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种用于机械配件的高韧性铸铁材料及其生产工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于机械配件的高韧性铸铁材料，由以下按照重量百分比的原料组成：C 3.0-3.2%、Si 0.2-0.5%、Mo 0.3-0.6%、Mn 0.5-0.8%、Cr 19-21%、W 0.5-0.8%、V 0.1-0.2%、Ti 0.1-0.2%、Zr 0.2-0.5%、Cu 0.3-0.6%、S≤0.02%、P≤0.02%，余量为Fe和不可避免的杂质。
作为本发明进一步的方案：由以下按照重量百分比的原料组成：C 3.02-3.17%、Si 0.3-0.4%、Mo 0.4-0.5%、Mn 0.6-0.7%、Cr 19.5-20.8%、W 0.6-0.7%、V 0.13-0.17%、Ti 0.12-0.16%、Zr 0.3-0.4%、Cu 0.4-0.5%、S≤0.02%、P≤0.02%，余量为Fe和不可避免的杂质。
作为本发明再进一步的方案：由以下按照重量百分比的原料组成：C 3.11%、Si 0.37%、Mo 0.45%、Mn 0.63%、Cr 19.7%、W 0.65%、V 0.16%、Ti 0.14%、Zr 0.35%、Cu 0.43%、S 0.02%、P 0.02%，余量为Fe和不可避免的杂质。
所述用于机械配件的高韧性铸铁材料的生产工艺，步骤如下：
1）按照配方量称取除金属锆粉外的其他原料，加入至中频真空感应炉中，熔化后获得铁液；
2）将铁液升温至1420-1430℃，加入配方量的金属锆粉；
3）以包内冲入法加入铁液质量0.6-0.8%的镍镁合金球化剂，对铁液进行球化处理，球化温度为1450-1480℃；
4）以随流孕育的方式加入铁液质量0.2-0.3%的硅铁孕育剂，对铁液进行孕育化处理；
5）球化、孕育处理完毕后，扒渣2-3次，保证铁液温度在1350-1370℃浇铸完毕，铸件保温6-8小时后开箱清理打磨；
6）将打磨后的铸件放入淬火液中淬火处理1-2min；
7）将淬火处理后的铸件升温至930-950℃，保温5-8h，进行退火处理，然后出炉空冷至200-230℃，再升温至700-720℃进行回火处理，保温1-2h，出炉空冷至室温。
作为本发明进一步的方案：步骤6）中所述淬火液由以下按照重量份的原料组成：氢氧化钠6份、氯化锌5份、氯化钠8份、磺化蓖麻油0.07份、三乙醇胺0.04份、肥皂0.08份、防腐剂0.2份、防锈剂0.7份、润滑剂0.6份、杀菌剂1份、水83份。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明在铸铁中加入Si、Cr、Mn等元素，在脱氧的同时强化了材料基体。
2、本发明在铸铁内加入Zr、Mo、W、V、Ti、Cu等元素，通过这些元素的复合使用，增强了奥氏体的稳定性，细化晶粒，提高了碳化物的高温稳定性和红硬性，使本发明的铸铁材料的硬度进一步提高，耐磨性也相应提高。
3、本发明通过采用特制的淬火液，对铸铁材料进行淬火处理，在获得高硬度的同时具有高冲击韧性。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
实施例1
一种用于机械配件的高韧性铸铁材料，由以下按照重量百分比的原料组成：C 3.0%、Si 0.2%、Mo 0.3%、Mn 0.5%、Cr 19%、W 0.5%、V 0.1%、Ti 0.1%、Zr 0.2%、Cu 0.3%、S 0.01%、P 0.01%，余量为Fe和不可避免的杂质。
所述用于机械配件的高韧性铸铁材料的生产工艺，步骤如下：
1）按照配方量称取除金属锆粉外的其他原料，加入至中频真空感应炉中，熔化后获得铁液；
2）将铁液升温至1420℃，加入配方量的金属锆粉；
3）以包内冲入法加入铁液质量0.6%的镍镁合金球化剂，对铁液进行球化处理，球化温度为1450℃；
4）以随流孕育的方式加入铁液质量0.2%的硅铁孕育剂，对铁液进行孕育化处理；
5）球化、孕育处理完毕后，扒渣2次，保证铁液温度在1350℃浇铸完毕，铸件保温6小时后开箱清理打磨；
6）将打磨后的铸件放入淬火液中淬火处理1min，其中，所述淬火液由以下按照重量份的原料组成：氢氧化钠6份、氯化锌5份、氯化钠8份、磺化蓖麻油0.07份、三乙醇胺0.04份、肥皂0.08份、防腐剂0.2份、防锈剂0.7份、润滑剂0.6份、杀菌剂1份、水83份；
7）将淬火处理后的铸件升温至930℃，保温5h，进行退火处理，然后出炉空冷至200℃，再升温至700℃进行回火处理，保温1h，出炉空冷至室温。
实施例2
一种用于机械配件的高韧性铸铁材料，由以下按照重量百分比的原料组成：C 3.06%、Si 0.3%、Mo 0.4%、Mn 0.52%、Cr 19.3%、W 0.8%、V 0.1%、Ti 0.15%、Zr 0.3%、Cu 0.4%、S 0.02%、P 0.01%，余量为Fe和不可避免的杂质。
所述用于机械配件的高韧性铸铁材料的生产工艺，步骤如下：
1）按照配方量称取除金属锆粉外的其他原料，加入至中频真空感应炉中，熔化后获得铁液；
2）将铁液升温至1424℃，加入配方量的金属锆粉；
3）以包内冲入法加入铁液质量0.65%的镍镁合金球化剂，对铁液进行球化处理，球化温度为1458℃；
4）以随流孕育的方式加入铁液质量0.21%的硅铁孕育剂，对铁液进行孕育化处理；
5）球化、孕育处理完毕后，扒渣2次，保证铁液温度在1360℃浇铸完毕，铸件保温7小时后开箱清理打磨；
6）将打磨后的铸件放入淬火液中淬火处理1min，其中，所述淬火液由以下按照重量份的原料组成：氢氧化钠6份、氯化锌5份、氯化钠8份、磺化蓖麻油0.07份、三乙醇胺0.04份、肥皂0.08份、防腐剂0.2份、防锈剂0.7份、润滑剂0.6份、杀菌剂1份、水83份；
7）将淬火处理后的铸件升温至935℃，保温6h，进行退火处理，然后出炉空冷至210℃，再升温至708℃进行回火处理，保温1.5h，出炉空冷至室温。
实施例3
一种用于机械配件的高韧性铸铁材料，由以下按照重量百分比的原料组成：C 3.11%、Si 0.37%、Mo 0.45%、Mn 0.63%、Cr 19.7%、W 0.65%、V 0.16%、Ti 0.14%、Zr 0.35%、Cu 0.43%、S 0.02%、P 0.02%，余量为Fe和不可避免的杂质。
所述用于机械配件的高韧性铸铁材料的生产工艺，步骤如下：
1）按照配方量称取除金属锆粉外的其他原料，加入至中频真空感应炉中，熔化后获得铁液；
2）将铁液升温至1425℃，加入配方量的金属锆粉；
3）以包内冲入法加入铁液质量0.7%的镍镁合金球化剂，对铁液进行球化处理，球化温度为1470℃；
4）以随流孕育的方式加入铁液质量0.25%的硅铁孕育剂，对铁液进行孕育化处理；
5）球化、孕育处理完毕后，扒渣3次，保证铁液温度在1360℃浇铸完毕，铸件保温7小时后开箱清理打磨；
6）将打磨后的铸件放入淬火液中淬火处理2min，其中，所述淬火液由以下按照重量份的原料组成：氢氧化钠6份、氯化锌5份、氯化钠8份、磺化蓖麻油0.07份、三乙醇胺0.04份、肥皂0.08份、防腐剂0.2份、防锈剂0.7份、润滑剂0.6份、杀菌剂1份、水83份；
7）将淬火处理后的铸件升温至940℃，保温6h，进行退火处理，然后出炉空冷至220℃，再升温至710℃进行回火处理，保温1.5h，出炉空冷至室温。
实施例4
一种用于机械配件的高韧性铸铁材料，由以下按照重量百分比的原料组成：C 3.15%、Si 0.4%、Mo 0.6%、Mn 0.7%、Cr 20%、W 0.6%、V 0.1%、Ti 0.2%、Zr 0.4%、Cu 0.5%、S 0.01%、P 0.01%，余量为Fe和不可避免的杂质。
所述用于机械配件的高韧性铸铁材料的生产工艺，步骤如下：
1）按照配方量称取除金属锆粉外的其他原料，加入至中频真空感应炉中，熔化后获得铁液；
2）将铁液升温至1428℃，加入配方量的金属锆粉；
3）以包内冲入法加入铁液质量0.75%的镍镁合金球化剂，对铁液进行球化处理，球化温度为1470℃；
4）以随流孕育的方式加入铁液质量0.26%的硅铁孕育剂，对铁液进行孕育化处理；
5）球化、孕育处理完毕后，扒渣3次，保证铁液温度在1368℃浇铸完毕，铸件保温7.5小时后开箱清理打磨；
6）将打磨后的铸件放入淬火液中淬火处理2min，其中，所述淬火液由以下按照重量份的原料组成：氢氧化钠6份、氯化锌5份、氯化钠8份、磺化蓖麻油0.07份、三乙醇胺0.04份、肥皂0.08份、防腐剂0.2份、防锈剂0.7份、润滑剂0.6份、杀菌剂1份、水83份；
7）将淬火处理后的铸件升温至945℃，保温7h，进行退火处理，然后出炉空冷至220℃，再升温至715℃进行回火处理，保温2h，出炉空冷至室温。
实施例5
一种用于机械配件的高韧性铸铁材料，由以下按照重量百分比的原料组成：C 3.2%、Si 0.5%、Mo 0.6%、Mn 0.8%、Cr 21%、W 0.8%、V 0.2%、Ti 0.2%、Zr 0.5%、Cu 0.6%、S 0.02%、P 0.02%，余量为Fe和不可避免的杂质。
所述用于机械配件的高韧性铸铁材料的生产工艺，步骤如下：
1）按照配方量称取除金属锆粉外的其他原料，加入至中频真空感应炉中，熔化后获得铁液；
2）将铁液升温至1430℃，加入配方量的金属锆粉；
3）以包内冲入法加入铁液质量0.8%的镍镁合金球化剂，对铁液进行球化处理，球化温度为1480℃；
4）以随流孕育的方式加入铁液质量0.3%的硅铁孕育剂，对铁液进行孕育化处理；
5）球化、孕育处理完毕后，扒渣3次，保证铁液温度在1370℃浇铸完毕，铸件保温8小时后开箱清理打磨；
6）将打磨后的铸件放入淬火液中淬火处理2min，其中，所述淬火液由以下按照重量份的原料组成：氢氧化钠6份、氯化锌5份、氯化钠8份、磺化蓖麻油0.07份、三乙醇胺0.04份、肥皂0.08份、防腐剂0.2份、防锈剂0.7份、润滑剂0.6份、杀菌剂1份、水83份；
7）将淬火处理后的铸件升温至950℃，保温8h，进行退火处理，然后出炉空冷至230℃，再升温至720℃进行回火处理，保温2h，出炉空冷至室温。
本发明在铸铁中加入Si、Cr、Mn等元素，在脱氧的同时强化了材料基体。本发明在铸铁内加入Zr、Mo、W、V、Ti、Cu等元素，通过这些元素的复合使用，增强了奥氏体的稳定性，细化晶粒，提高了碳化物的高温稳定性和红硬性，使本发明的铸铁材料的硬度进一步提高，耐磨性也相应提高。本发明通过采用特制的淬火液，对铸铁材料进行淬火处理，在获得高硬度的同时具有高冲击韧性。
上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。