专利名称：低铬硼多元合金耐磨铸铁的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种耐磨铸铁，特别是一种低铬硼多元合金耐磨铸铁。
目前，仅我国的机械制造、矿山和水泥等行业每年耗费的金属耐磨材料就超过上面万吨。而这些耐磨金属材料又以黑色金属材料占绝大多数，如常用的高锰钢和高铬系耐磨铸铁等，在一定的使用条件下，高锰钢的耐磨性是较差的，因而使得应用范围受到限制。高铬系耐磨铸铁虽然耐磨性较好，可是由于我国的铬资源较缺，故使其生产成本较高而限制了该产品在更大领域的推广使用。
本发明的目的是提供一种生产成本低而又具有良好耐磨性和韧性的低铬硼多元合金耐磨铸铁。
本发明所提出的低铬硼多元合金耐磨铸铁的化学成份(重量%)为C1.75～3.0，Cr1.5～4.0，B0.07～0.40，Mo0.2～1.0，Cu0.8～1.3，Mn0.4～0.8，Si0.4～1.2，P≤0.08，S≤0.08Re0.01～0.05，余量为Fe。
本发明充分利用了我国硼铁矿贮量大，资源丰富，而冶炼分离硼铁矿的产品-含硼生铁用途小的矛盾。用含硼生铁做该铸铁的主要生产原料。这样不仅使含硼资源得到进一步地利用，还有效地降低了高铬系耐磨铸铁中的铬含量。其综合性能远远超出高锰钢，相当或略高于高铬系耐磨铸铁，而其生产成本仅相当于高锰钢，并且还不到高铬系耐磨铸铁的一半。
下面结合实施例详细叙述本发明化学成份的选择依据及熔炼热处理工艺。
化学成份的选择依据是(1)碳C是碳化物的形成元素。而在耐(抗)磨铸铁中，碳化物的组成、形态、分布及数量是决定其性能的关键因素。在亚共晶范围内，随含碳量增加，产生碳化物的数量相应增加，硬度和耐磨性提高，同时脆性增加，韧性下降。根据试验表明碳量过高会出现粗片状碳化物，韧性反而会下降，而含碳量过低金属中的碳化物减少，对铸铁的耐磨性有不利的影响。
(2)铬Cr是强化形成碳化物元素。它可以取代部分铁原子形成复合渗碳体及复杂化合物。而铬含量太高造成大量碳化物出现，虽然提高了金属的硬度和耐磨性，但韧性却大幅度下降。经大量的试验和反复比较证明，铬控制在1、5～4、0%较为适宜，这既兼顾了耐磨铸铁的综合机械性能，又有效地减少了铬的加入量，达到降低成本的目的。
(3)硼B在铸铁中是反石墨化元素。它可以使Fe-C-Cr三元素共晶态左移。它在奥氏体中的最大固溶度是0.018%，其余硼进入碳化物而形成硼碳化物。硼能显著提高金属材料的淬透性，使铸铁出现细珠光体或马氏体。随含硼量增加，硼碳化物结构将变复杂，数量也增加，其宏观硬度和硼碳化物的显微硬度也随之提高，韧性却下降。经大量的试验表明该铸铁中的硼含量若低于0.07%，其耐磨性差，若高于0.40%时，铸铁的韧性明显降低，脆性增加。
(4)钼Mo是显著提高淬透性的元素，既可固溶于铁素体或奥氏体，又可形成碳化物及复杂的多元碳化物。钼分布在共晶碳化物和基体间，能细化碳化物和晶粒。因此，加钼能提高铸铁的综合机械性能。
(5)铜Cu在铁素体中的作用与镍相似，用以提高其淬透性、韧性和细化晶粒。
(6)锰Mn既能形成碳化物，又能溶于基体、锰能稳定珠光体，增加残余奥氏体、锰高虽然碳化物增多，但脆性增大。锰量控制在0.4～0.8%较为适宜。
(7)硅Si在铸铁中是促进石墨化元素，有减少白口的倾向。硅能改善铸铁的铸造性能。硅影响韧性，硅高会导致脆性增加。硅控制在0.40～1.2%间较合适。
(8)磷、硫P和S是随炉料或合金化过程中混入的有害杂质。应以越低越好。
(9)Re残余量稀土在本铸铁中是以变质剂加入的，目的在于使铸铁中的连续网状碳化物变为断网状。Re残余量过低则起不到变质作用，过高又会生成稀土夹杂物，降低了铸铁的韧性。
本发明的工艺流程为配料-熔炼-调整成份-加变质剂-出炉-浇注-热处理。
配料的主要原料由以下组成炉料主要是含硼生铁和废钢，如果没有含硼生铁可以用其他生铁和废钢再加硼铁。最好采用含硼生铁，这样既能使含硼生铁中的硼得到合理利用，又能降低耐磨铸铁的生产成本。其他原料如碳素铬铁、钼铁、废铜或者碳低时再配入一定量的废碳素电极块，可随上述的炉料一次性地加入。为了更准确地控制化学成份，提高产品质量，一次性入炉的原料应按最优化学成份配入，即(重量%)C1.75～2.40，Cr1.5～2.5，B0.10～0.22，Mo0.4～0.8，Cu0.9～1.2。
熔炼炉型采用150KVA(250kg)中频感应炉。当炉内铁液温度达到1500℃时，化验后再调整铁液的化学成份。按上述的最优成份控制方法如果锰、硅低，再补加硅铁和锰铁，(铬如果随炉料加入回收率掌握不好也可以在此阶段加入)，把硅和锰调到Si0.4～0.8%，Mn0.4～0.6%，随后充分搅拌。变质剂最好采用1号稀土硅铁合金，其成份为稀土含量30～35%，硅35～45%，其余为铁。1号稀土的加入量以0.4～0.8%为宜。稀土合金可一次性向炉内铁液中加入，也可以分做两批加入，一部份在炉内，而另一部分随翻炉铁水流向包中冲入。Re的最佳控制含量为0.03～0.05%。铁液中的磷硫在整个熔炼过程中最好控制在0.05%以下。完成上述操作后，再次搅拌即可扒渣出铁，待浇注。其浇注温度为1430℃～1470℃。铸型可用干型，最好用湿型。
按上述工艺操作，其中的一炉化学成份为(重量%)C1.79Cr2.22，B0.11，Mo0.60，Cu1.20，Mn0.54，Si0.61，P0.039，S0.032，Re残0.03。并以此炉铁液用湿型铸出700×70×70mm，重量为28kg的板锤。经950±10℃淬火和260±10℃的回火，时间为3小时。热处理后该板锤的机械性能为HRC＝54，ak＝10.3。附图
为该板锤热处理后(×400)的金相组织马氏体+索氏体(细珠光体)+断网状的硼碳化物。
使用情况该板锤在φ1000×700mm反击破碎机中试验，用时三件为一组，破碎硬度为摩氏7级的硫铁矿。其工作时间为42小时，而在同机使用的高锰钢板锤为24小时，高铬系耐磨铸铁板锤为39小时，使用寿命比高锰钢提高75%，比高铬系板锤还略高。本发明在其他方面的应用在此就不做更多叙述。
权利要求
1.一种低铬硼多元合金耐磨铸铁，其特征在于该铸铁的化学成份(重量%)为C∶1.75～3.0，Cr∶1.5～4.0，B0.07～0.40，Mo0.2～1.0，Cu0.8～1.3，Mn0.4～0.8，Si0.4～1.2，P≤0.08，S≤0.08，Re0.01～0.05，余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的低铬硼多元合金耐磨铸铁，其特征在于淬火温度为950±10℃，回火温度为260±10℃。
全文摘要
本发明提供了一种低铬硼多元合金耐磨铸铁，其化学成分(重量％)为C1.75～3.0，Cr1.5～4.0，B0.07～0.4，Mo0.2～1.0，Cu0.8～1.3，Mn0.4～0.8，Si0.4～1.2，P≤0.08，S≤0.08，Re0.01～0.05，余量为Fe。
文档编号C22C37/06GK1037548SQ8910500
公开日1989年11月29日 申请日期1989年1月9日 优先权日1989年1月9日
发明者何奖爱, 刘国臣 申请人:东北工学院科学技术服务公司