专利名称:高磷抗磨球墨铸铁及其生产方法
本发明属于金属材料技术领域：
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耐磨铸铁可分减摩铸铁及抗磨铸铁两大类。前者用于制造在有润滑剂的条件下工作的零件，如机床导轨与拖板，发动机的缸套与活塞环等，它们要求工作中磨损少、摩擦系数低。后者用于磨料磨损条件下工作的零件，如球磨机磨球、抛丸机叶片、脱泥水力旋流器、输送污泥和砂子的管道等。
我国有许多天然高磷生铁，因其含磷量高而限制了应用。参考文献《铸铁手册》(机械工业出版社1979年版)第553页指出，利用这种低质生铁的途径之一是生产高磷耐磨铸铁，即含磷量高于0.30%以上的灰铸铁，这里指的实际上是减摩铸铁。
参考文献《铸铁及其熔炼》(陆文华主编，机械工业出版社1981年版)指出，在含磷减摩铸铁的基础上，为了进一步提高其耐磨性能及机械性能而发展出了磷铜钛减摩铸铁。加入铜的目的是因为铜能促使形成并细化珠光体，从而提高铸铁的强度，硬度以及耐磨性，加入少量钛的目的是促使石墨细化，又由于钛可与碳、氮形成高硬度的化合物质点，因而可提高铸铁的耐磨性。同时还指出，我国西南地区有着丰富的钒钛共生铁矿资源。充分利用我国的资源特点，研究钒钛生铁制造耐磨铸铁已取得了很好的效果，并开始用于机床导轨。钒钛铸铁中的钒、钛两元素与碳氮有很大的亲和力。形成特有的钒钛碳氮化合物，这些化合物具有很高的显微硬度，可高达HV960-1840，细小的硬质点弥散分布于基体组织之中，使铸铁的减摩性能大大提高。该书还指出，可在钒钛铸铁的基础上再进行合金化，以进一步改善各种性能，如可将含磷量提高至0.3-0.4%获得钒钛中磷铸铁;或在这个基础上再加入0.6-0.8%铜，成为磷铜钒钛铸铁;也可在钒钛铸铁中加入一定量的球化元素以得到钒钛蠕虫状石墨铸铁等等，这些铸铁都具有较好的机械性能和很高的耐磨性。
由于球状石墨对基体的削弱作用远远小于片状石墨等原因，高磷球墨铸铁不但比高磷灰铸铁的强度高，而且耐磨性也更好。参考文献《球墨铸铁》(К·И·瓦申科等著、吴振寰译、中国工业出版社1965年版)一书第173页就指出，高磷球墨铸铁具有良好的耐磨性，并且其强度和塑性也要比灰铸铁和变质铸铁高得多。这些优良性能使得人们可以用高磷球墨铸铁来制造在沉重摩擦条件下工作的零件。
冶金类铸铁轧辊及辊芯就有用磷含量为0.25-0.45%的高磷球墨铸铁来制造的，其具体成分见《铸铁手册》(同前)第342页。但人们在熔配这种高磷球墨铸铁时，采用的是加入合金材料磷铁，以及钼铁和铬铁的方法，并没有利用天然高磷生铁，从而生产成本较高。并且因是亚共晶球铁，对生铁和工艺条件的要求也比较高。
《铸铁及其熔炼》一书(同前)还指出，对于球墨铸铁的合金化，有铜球墨铸铁，加入铜量一般在0.5-1.0%之间，国内尚有少数单位研制过钒钛球墨铸铁(V0.2-0.4%，Ti0.15-0.30%)。通过合金化能强化基体组织，进一步发挥球墨铸铁的性能潜力，以满足对机械性能提高的要求。
对于球磨机的磨球、抛丸机叶片、脱泥水力旋流器，输送污泥和砂子的管道等零件，不仅受到严重的磨料磨损，而且还承受较大的负荷。一般说来工件硬度越高、则它的耐磨抗力越好，但假如组织较脆，硬组织容易折断或剥离时，则折断的硬组织反而会成为磨料，加剧磨损。所以在考虑提高抗磨铸铁硬度的同时，必须要注意到材质的韧性，只有既有一定的韧性又有相当高的硬度时，材质才可能是最抗磨的。此外在硬度相同的情况下，由于细小的组织不易剥离，所以常比粗大的组织具有较好的抗磨性。根据上述情况，生产上往往采用白口铁、合金白口铁、高锰钢、或经渗碳处理的中碳钢做磨球类抗磨材料。但它们当中有的有生产成本高、有的有易脆裂等缺点。而七十年代研制成功的抗磨材料中锰球铁，也因生产工艺较难掌握等原因而未能推广应用。
我国云南禄丰的生铁含磷量高，同时天然地含有铜、钒、钛等元素。由于磷高，长期以来只能作为低质生铁、在球铁、灰铸铁的生产中人们都不愿使用，并又因含铜高而不能用于炼钢。
本发明的目的是充分利用资源条件，获得低成本高性能的抗磨材料，同时也为低质生铁开辟新的应用途径。
高磷并天然含钒钛等强碳化物形成元素、或还含铜的生铁，能够熔炼出高磷球墨铸铁，而该球墨铸铁可以成为一种新的抗磨材料。
钒钛碳氮化合物均匀弥散分布于基体组织中，提高了球墨铸铁的硬度和强度，同样有利于其抗磨性能的提高。球墨铸铁的含钒量在0.3%以下时，能稳定并细化珠光体，这也可提高强度和硬度。钛还可以细化晶粒。
高磷含铜球墨铸铁中，还含有0.5-0.8%的铜。铜不但可以溶解一部分磷、减少磷的危害，而且还有特殊的作用在球铁铁水从液态至固态的冷却阶段，铜能提高碳的活度，抑制一次渗碳体的形成，特别是与钛同时存在的情况下，这一作用更显著;在共晶后期，铜能减慢石墨球的成长速度，使石墨球细小;铜能溶于奥氏体中、稳定奥氏体，当含铜＞0.5%时，使共析转变温度降低，珠光体区域扩大，珠光体生成量增加;铜在奥氏体与铁素体的边界上有力地阻止碳的扩散转移，结果使铁素体的生成速度减慢，石墨细化，珠光体量增加并细化珠光体组织;铜只溶于铁素体，不溶于渗碳体，铸铁冷却过程中，一部分铜还会从共析铁素铁中沉淀出来，增大石墨滑移阻力，增加珠光体的显微硬度，提高抗磨性能。
通常认为磷是球铁中的有害元素，因为它极易偏析。常在晶界上出现磷共晶组织，严重降低球铁的塑性和韧性，因此高韧高强球铁含磷量一般要求小于0.1%。但对于抗磨球墨铸铁，磷的允许含量可以大大提高，以能充分利用资源条件。关键在于尽量克服磷高使韧性降低的不利因素，发挥磷高使耐磨性提高这一有利因素。
磷不是反球化元素，对球墨的形成没有不利影响。当磷含量提高到1.5%时，球铁中石墨的形状，尺寸和分布仍无显著变化。
球铁中出现的磷共晶的量，不仅决定于磷含量，同时还与冷却速度有关。加快冷却速度，可使以固溶形式存在的磷的量增多，从而减少磷共晶。因此如果采用快冷措施，如用金属模浇注急冷、凝固后开箱风冷或雾冷，便可减轻磷的危害。用金属模浇注，还可保证型腔尺寸的固定，防止高碳高硅球墨铸铁缩前膨胀造成的组织疏松问题。
禄丰生铁的化学成份是(重量比)C3.8-4.2%、Si1.0-3.0%、Mn1.0-1.4%、P0.4-0.7%、S0.03-0.04%、Cu0.53-0.73%、V0.07-0.12%、Ti0.07-0.14%，此外还含有微量Tα、Nb及Se。这对于熔炼高磷钒钛铜抗磨球铁是很好的原料。
对原铁水的化学成分控制为C3.4-4.2%，Si1.6-2.4%，Mn1.0-1.4%，Cu0.5-0.7%，V0.07-0.12%，Ti0.07-0.14%，P＜0.6%，S＜0.07%。用禄丰生铁时，还含有微量Tα、Nb、Se及稀土。
球铁铁水的化学成分为C3.3-4.1%，Si2.5-3.5%，Mn1.2-1.8%，Cu0.5-0.8%，S＜0.03%，P＜0.6%，Mg0.025-0.06%，Re0.025-0.05%，其余和原铁水一样。
本发明可以充分利用资源条件，由高磷含钒钛等强碳化物形成元素，或还含有铜的生铁生产抗磨球墨铸铁。这为合理使用天然高磷生铁开辟了新的途径。获得的抗磨球铁生产成本低，铸造工艺性能比中锰球铁好，工艺装备简单，而硬度和抗弯强度与中锰球铁相近。
实施例1，用100%的禄丰生铁熔炼处理成高磷钒钛铜抗磨球铁。球化剂采用自己熔配的中间合金，配方是纯铜10%、镁10%、含硅75%的硅铁30%，4号锰铁20%，1号稀土合金30%。球化剂用量为1.0%。孕育剂用75%硅的硅铁，用量为0.85%。用壁厚25mm的金属模浇注成抛丸机叶片，叶片厚度为12～13mm，每张叶片重0.9Kg左右。叶片断面呈灰白色，边缘有麻口。全相检查球化级别为GB1802-76标准第3级别图第3级，球径很小，基体组织为80%左右珠光体及少量共晶渗碳体和少量铁素体，磷共晶量为3%左右。球铁成分为C4.0%、Si3.2%、Mn1.4%、P0.51%、S0.022%、Mg0.039、Re0.055%、Cu0.64%，V和Ti未分析。
该叶片经装机使用，其寿命是原白口铁叶片(用HT20-40铁水在金属模中浇成)的1.5倍左右。
实施例2用100%禄丰生铁熔炼生产了一批φ60mm的球磨机磨球。球化、孕育处理基本同实施例1。用金属模浇注，凝固后开箱快冷。磨球硬度HRC49，抗弯强度53Kg/Cm2。抗冲击破坏试验的结果是从18米高处落下撞击在地面特设的铁板上，每个磨球径历15次这样的冲击破坏，未发现破损者，这样的磨球，其性能完全能满足粉碎物料的要求。该磨球生产工艺简单、成本低廉。
权利要求
1.一种高磷抗磨球墨铸铁，其特征在于，该铸铁的成分为(重量百分比)C3.3-4.1%、Si2.5-3.5%、Mn1.2-1.8%、P＜0.6%、S＜0.03%，Cu0.5-0.8%、Ti0.07-0.12%、V0.07-0.12%、Re0.025-0.06%、Mg0.025-0.06%、其余为铁。
2.一种高磷抗磨球墨铸铁的生产方法，其特征在于，熔炼用金属材料中有80%以上为含P0.3-0.7%、同时含有强碳化物形成元素的天然高磷生铁。
3.如权利要求
2所述的方法，其特征在于，所用天然高磷生铁的成分为(重量百分比)C3.8-4.6%、Si1.0-3.0%、Mn1.0-1.4%、S0.03-0.05%、Cu0.5-0.7%、V0.07-0.12%、Ti0.07-0.14%。
4.如权利要求
2或3所述的方法，其特征在于，用金属模浇注，浇注凝固后即开箱风冷或雾冷。
专利摘要
高磷抗磨球墨铸铁及其生产方法。本发明属于金属材料技术领域：
。有许多天然高磷生铁因其含磷高而限制了应用。本发明可用天然高磷并含强碳化物形成元素或还含铜的生铁为原料，浇注时采用快冷措施以减少磷共晶的量，从而获得低成本的抗磨球墨铸铁材料，适用于制造球磨机磨球。抛丸机叶片，脱泥水力旋流器，输送污泥和砂子的管道等零件。
文档编号C22C37/04GK85105656SQ85105656
公开日1986年3月10日 申请日期1985年7月20日
发明者罗嘲洲 申请人:罗嘲洲导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan