专利名称：一种耐磨灰口铸铁材料及制备方法
技术领域：
本发明属于金属材料领域，涉及一种耐磨灰口铸铁材料及其制备方法。
背景技术：
在金属材料领域中，耐磨铸铁作为低成本耐磨材料一直受到普遍重视。李建卫等在铸造杂志2007年第1期研究了改性纳米SiC粉体强化灰铸铁耐磨性。 在生产条件下采用冲入铸造法制备了改性纳米SiC粉体强化灰铸铁材料。研究了不同SiC 粉体含量灰铸铁的显微组织和力学性能，以及在油润滑条件下的耐磨性能。研究结果表 明，经改性纳米SiC粉体强化处理后的灰铸铁组织明显细化，力学性能和耐磨性能明显 提高。强化后灰铸铁耐磨损性能的提高是SiC硬质点和石墨润滑协同作用的结果。实际上 纳米SiC粉体很难加入到铸铁中去，制造成本高；同时纳米SiC粉体加入量也有限，因此性 能提高也受到限制。
发明内容
本发明的目的就是针对上述技术缺陷，提供一种耐磨灰口铸铁材料，该材料具有 良好的性能。本发明的另一目的是提供一种耐磨灰口铸铁材料的制备方法，该制备方法工艺简 单，生产成本低，适于工业化生产。本发明的目的是通过以下技术方案实现的一种耐磨灰口铸铁材料，该材料以灰口铸铁为基体，在基体中分布着由高碳钢丝和铁 丝形成金属丝团，所用高碳钢丝和铁丝的直径均为l_2mm，材料中高碳钢丝和铁丝总体长度 相当，金属丝团的直径为10-15cm ；两种金属丝占材料的体积百分比为10-35% ；灰口铸铁基体的化学成分的重量百分含量C为2. 4% 3. 9%，Si为1. 8% 2. 6%, Mn 为 0. 5-1. 4%, Gd 为 0. 5-2%, Ρ<0· 08%, S <0. 25%,其余为 Fe ；高碳钢丝的化学成分的重量百分含量为C为0. 55% 0. 8%，Si为0. 18% 0. 21%, Mn 为 0. 45-0. 65%, Ρ<0· 02%, S<0. 02%,其余为 Fe ；铁丝的化学成分的重量百分含量为C为0. 05-0. 09%，Si为0. 2% 0. 3%, Mn为 0. 25-0. 35%, P<0. 02%, S <0.025%,其余为 Fe。基体中还分布着化合物Cr23C6、Si3N4和 ^4Ν颗粒。一种耐磨灰口铸铁材料的制备方法，其特征在于它包括以下步骤镀铬高碳钢丝和渗氮铁丝的准备取直径为l_2mm、成分重量百分含量C 0. 55% 0. 8%、Si 0. 18% 0. 21%、Mn 0. 45-0. 65%、Ρ<0· 02%、S <0. 02%、其余为 Fe 的高碳钢丝；取 直径为 l-2mm、成分为 C 为 0.05-0. 09，Si 为 0.2% 0.3%, Mn 为 0. 25-0. 35%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余为Fe的铁丝，材料中高碳钢丝和铁丝总体长度相当，控制高碳钢丝和铁丝两 者共占材料的体积百分比为10-35% ；高碳钢丝按常规方法在其表面镀铬；镀铬层的厚度为 100-400微米；铁丝按常规方法在其表面渗氮；渗氮层的厚度为100-200微米；按清洁球生产的常规方法将上述镀铬高碳钢丝和渗氮铁丝各取一根丝制成球状的双 丝混合的金属丝团，金属丝团直径为10-15cm，将若干金属丝团放入铸型下型型腔中，金属 丝团的松紧程度由高碳钢丝和铁丝两者共占材料的体积百分比确定，保证金属丝团正好放 满铸型；布置完毕后，将铸型的上型盖于下型上，合箱完毕后等待铁水浇注；灰口铸铁材料基体的准备按重量百分含量C为2. 4% 3. 9%，Si为1. 8% 2. 6%, Mn 为0.5-1.4%，Gd为0.5-2%，P<0. 08%, S <0. 2596，其余为！^的灰口铸铁进行配料；灰口铸 铁原料在感应电炉中熔化，形成液态铁水，熔化温度为1480-1510°C ；将上述灰口铸铁铁水浇入装有金属丝团的干砂铸型；液态铁水将镀铬高碳钢丝和渗氮 铁丝包围，然后冷却凝固，形成以白口铸铁为基的其中分布有金属丝团的材料。本发明相比现有技术的有益效果如下1、本发明材料中铁丝自身具有相当的强度和较高的韧性。另外，高碳钢丝具有很好的 耐磨性能。镀铬高碳钢丝和渗氮铁丝和灰口铸铁的基体都是铁。因此镀铬高碳钢丝和渗氮 铁丝和灰口铸铁很容易结合起来，形成很好的冶金结合这样。这样，镀铬高碳钢丝和渗氮铁 丝分布在脆性灰口铸铁中，对材料具有很好的高温增强和增韧作用。2、当铁水进入铸型型腔与钢丝表面的铬和铁丝表面的氮接触后，金属丝表面的 Cr、N熔于铁水，铁水中的C、Fe、Si和Cr、N反应形成比渗碳体硬度更高的Cr23C6、Si3N4 及 ^4Ν的特殊化合物。这些特殊化合物进一步提高了材料的耐磨性。3,Gd对灰口铸铁的组织中的渗碳体具有稳定作用，对于灰口铸铁的耐磨性有重要 的作用。另外C和Gd也会形成Gd3C化合物，有助于材料耐磨性的提高。4、本发明的铸铁材料不用贵重稀土元素，材料成本低，制备工艺简便，生产成本 低，钢丝和化合物混合增强灰口铸铁，所生产的合金材料性能好，而且非常便于工业化生 产。本发明的铸铁材料性能见表1。
图1为本发明实施例一制得的金属丝增强含钆耐磨灰口铸铁材料的金相组织。图1可以看到在灰口铸铁和金属丝界面结合良好。
具体实施例方式以下各实施例仅用作对本发明的解释说明，其中的重量百分比均可换成重量g、kg 或其它重量单位。以下金属丝(高碳钢丝和铁丝)均为市购，镀层自制。实施例一镀铬高碳钢丝和渗氮铁丝的准备取直径 1mm、重量百分含量C 为 0. 55%，Si 为 0. 18%, Mn 为 0.45%, P<0. 02%, S <0. 02%, 其余为狗的高碳钢丝。取直径1mm、重量百分含量为C 为 0. 05%, Si 为 0. 2%, Mn 为 0. 25%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余为！^的铁丝。所用高碳钢丝和铁丝的总体长度相当，控制两种金属丝共占材 料体积百分比为10%。铁丝按常规方法渗氮处理，渗氮层的厚度为100微米；高碳钢丝按常规方法镀铬，4镀铬层的厚度为100微米。形成的镀铬高碳钢丝和渗氮铁丝二者总体长度相当。制备过程如下按清洁球生产的常规方法将上述镀铬高碳钢丝和渗氮铁丝各取一根丝制成球状的双 丝混合的金属丝团((两根丝同时成型，成型可按洗碗用的清洁球或称钢丝球的方法制作)， 金属丝团直径为15cm，将若干金属丝团放入铸型下型型腔中，金属丝团的松紧程度由高碳 钢丝和铁丝两者共占材料的体积百分比确定，保证金属丝团正好放满铸型；布置完毕后，将 铸型的上型盖于下型上，合箱完毕后等待铁水浇注；灰口铸铁材料基体的准备按重量百分含量C为2. 4%，Si为1. 8%, Mn为0. 5%, Gd为 0.5%，P<0. 08%, S <0. 2596，其余为！^的灰口铸铁进行配料；灰口铸铁原料在感应电炉中 熔化，熔化温度为1495-1500°C ；将上述灰口铸铁铁水浇入装有金属丝团的干砂铸型；液态铁水将镀铬高碳钢丝和渗氮 铁丝包围，然后冷却凝固，形成以白口铸铁为基的其中分布有金属丝团的材料。实施例二灰口铸铁基体的化学成分的重量百分含量C为3. 9%，Si为2. 6%, Mn为1. 4%, Gd为 2%, P<0. 08%, S <0. 25%,其余为 Fe。取直径为2mm、成份重量百分含量为C为0.8%，Si为0. 2196，Mn为0. 65%， Ρ<0· 02%, S <0. 02%,其余为Fe的高碳钢丝。取直径为2mm、成份重量百分含量为C为0.09%，Si为0. 3 Mn为0. 35%， p<0. 02%, S <0.02596，其余为！^。所用高碳钢丝和铁丝长度相当，控制两种金属丝共占材 料的体积百分比为35%。铁丝按常规方法表面渗氮，渗氮层的厚度为200微米。高碳钢丝表面按常规方法 镀铬，镀铬层为400微米。按清洁球生产的常规方法，制作上述两种处理过的金属丝的双丝 混合金属丝团，金属丝团直径为10cm。制备过程同实施例一。实施例三灰口铸铁基体的化学成分的重量百分含量C为2. 9%，Si为Mn为0. 9%, Gd为 0. 9%, P<0. 08%, S <0. 25%,其余为 Fe。取直径为1.5mm、成份重量百分含量为C为0.7%，Si为0.2 Mn为0. 5%， Ρ<0· 02%, S <0. 02%,其余为Fe的高碳钢丝。取直径为1.5mm、成份重量百分含量为C为0.06%，Si为0.25 Mn为0. 3%， P<0. 02%, S <0. 025%,其余为狗的铁丝。所用高碳钢丝和铁丝长度相当，控制两种金属丝 共占材料的体积百分比为19%。铁丝按常规方法表面渗氮，渗氮层的厚度为150微米。高碳钢丝表面按常规方法 镀铬，镀铬层的厚度为200微米。按清洁球生产的常规方法，制作上述两种处理过的金属丝 的双丝混合金属丝团，金属丝团直径为12cm。制备过程同实施例一。对比实施例四原料配比不在本发明范围内的实例灰口铸铁基体的化学成分的重量百分含量C为2%，Si为1%，Mn为0. 4%, Gd为0. 4%, P<0. 08%, S <0. 25%,其余为 Fe。
取直径为0. 3mm、成份重量百分含量为C为0. 3%，Si为0. 13%, Mn为0. 3%, Ρ<0· 02%, S <0. 02%,其余为Fe的高碳钢丝。取直径为0.3mm、成份重量百分含量为C为0.04%，Si为0. 1%，Mn为0. 2%， P<0. 02%, S <0. 025%,其余为狗的铁丝。高碳钢丝和铁丝长度相当，两种金属丝共占材料 的体积百分比为4%。铁丝不渗氮。高碳钢丝按常规方法表面镀铬，镀铬层的厚度为50微米。按清洁球 生产的常规方法，制作上述两种金属丝(铁丝和高碳钢丝)的双丝混合金属丝团，金属丝团 直径为15cm。制备过程同实施例一。对比实施例五原料配比不在本发明范围内的实例灰口铸铁基体的化学成分的重量百分含量C为4%，Si为3. 6%, Mn为2\ Gd为3%， P<0. 08%, S <0. 25%,其余为 Fe。取直径为1. 5mm、成份重量百分含量为C为0. 9%，Si为3 Mn为0. 7%, P为 0. 03%, S为0. 03%,其余为!^e的高碳钢丝。取直径为3mm、成份重量百分含量为C为0. 1%，Si为0. 5%, Mn为0. 4%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余为！^的铁丝。所用高碳钢丝和铁丝长度相当，两种金属丝共占材料的体积 百分比为40%。铁丝按常规方法表面渗氮，渗氮层的厚度为300微米。高碳钢丝不镀铬。按清洁 球生产的常规方法，制作上述两种金属丝(渗氮铁丝和高碳钢丝)的双丝混合金属丝团，金 属丝团直径为15cm。制备过程同实施例一。表 权利要求
1.一种耐磨灰口铸铁材料，该材料以灰口铸铁为基体，在基体中分布着由高碳钢丝和 铁丝形成金属丝团，所用高碳钢丝和铁丝的直径均为l-2mm，材料中高碳钢丝和铁丝总体长 度相当，金属丝团的直径为10-15cm ；两种金属丝占材料的体积百分比为10-35% ；灰口铸铁基体的化学成分的重量百分含量C为2. 4% 3. 9%，Si为1. 8% 2. 6%, Mn 为 0. 5-1. 4%, Gd 为 0. 5-2%, Ρ<0· 08%, S <0. 25%,其余为 Fe ；高碳钢丝的化学成分的重量百分含量为C为0. 55% 0. 8%，Si为0. 18% 0. 21%, Mn 为 0. 45-0. 65%, Ρ<0· 02%, S<0. 02%,其余为 Fe ；铁丝的化学成分的重量百分含量为C为0. 05-0. 09%，Si为0. 2% 0. 3%, Mn为 0. 25-0. 35%, P<0. 02%, S <0.025%,其余为 Fe。
2.根据权利要求1所述的耐磨灰口铸铁材料，其特征在于所述基体中还分布着化合 物 Cr23C6、Si3N4 和 Fe4N 颗粒。
3.一种耐磨灰口铸铁材料的制备方法，其特征在于它包括以下步骤镀铬高碳钢丝和渗氮铁丝的准备取直径为l_2mm、成分重量百分含量C 0. 55% 0. 8%、Si 0. 18% 0. 21%、Mn 0. 45-0. 65%、Ρ<0· 02%、S <0. 02%、其余为 Fe 的高碳钢丝；取 直径为 l_2mm、成分为 C 为 0. 05-0. 09，Si 为 0. 2% 0. 3%, Mn 为 0. 25-0. 35%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余为Fe的铁丝，材料中高碳钢丝和铁丝总体长度相当，控制高碳钢丝和铁丝两 者共占材料的体积百分比为10-35%;高碳钢丝按常规方法在其表面镀铬；镀铬层的厚度为 100-400微米；铁丝按常规方法在其表面渗氮；渗氮层的厚度为100-200微米；按清洁球生产的常规方法将上述镀铬高碳钢丝和渗氮铁丝各取一根丝制成球状的双 丝混合的金属丝团，金属丝团直径为10-15cm，将若干金属丝团放入铸型下型型腔中，金属 丝团的松紧程度由高碳钢丝和铁丝两者共占材料的体积百分比确定，保证金属丝团正好放 满铸型；布置完毕后，将铸型的上型盖于下型上，合箱完毕后等待铁水浇注；灰口铸铁材料基体的准备按重量百分含量C为2. 4% 3. 9%，Si为1. 8% 2. 6%, Mn 为0.5-1.4%，Gd为0.5-2%，P<0. 08%, S <0. 2596，其余为！^的灰口铸铁进行配料；灰口铸 铁原料在感应电炉中熔化，形成液态铁水，熔化温度为1480-1510°C ；将上述灰口铸铁铁水浇入装有金属丝团的干砂铸型；液态铁水将镀铬高碳钢丝和渗氮 铁丝包围，然后冷却凝固，形成以白口铸铁为基的其中分布有金属丝团的材料。
全文摘要
本发明提供一种耐磨灰口铸铁材料及其制备方法，该材料具有良好的性能。该制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。该该材料以灰口铸铁为基体，在基体中分布着由高碳钢丝和铁丝形成金属丝团，所用高碳钢丝和铁丝的直径均为1-2mm，；两种金属丝占材料的体积百分比为10-35%，金属丝团的直径为10-15cm。
文档编号C22C47/08GK102051559SQ20111000745
公开日2011年5月11日 申请日期2011年1月14日 优先权日2011年1月14日
发明者张咏, 王玲, 赵浩峰 申请人:南京信息工程大学