专利名称：一种耐磨可锻铸铁材料及制备方法
技术领域：
本发明属于金属材料领域，涉及一种耐磨可锻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。CN87105171 —种用代铋合金生产可锻铸铁新工艺，其是用一种新型合金作为孕 育剂加入，能促成可锻铸铁坏件形成白口，代替传统的金属纯铋。该合金是由铜、铅、锡 冶金精炼时产生的烟尘或电解阳极泥中提出，在冶金精炼过程中富集为含铋15 30%， 铅60—70%并含少量其它元素的合金。炉前采用硅铁、铝与该合金复合孕育，可以实现 720 750°C范围低温退火，获得铁素体加石墨的黑心可锻铸铁。该合金价格仅为金属纯 铋的1/2 1/5。
辽宁工学院学报1997年第1期的李德等研究了用增加珠光体方法提高可锻铸铁电力 金具的服役寿命。铁索体基体的可锻铸铁通过低温正火(790-820’ c)可获得20 60 %的 细珠光体组织，且分布均勻，使之整体硬度由HB120提高到HB185。当珠光体含量少于30% 时，铸铁冲击韧性未见明显下降。随着珠光体含量的增加，铸铁抗粘着磨损的性能提高。冲 击韧性为 4. 2-20. 5J/cm2，硬度为 HB114-220。尽管采取措施，但是可锻铁韧性不足。因此，对于材料耐磨性的提高也受到了限 制。
发明内容
本发明的目的就是针对上述技术缺陷，提供一种耐磨可锻铸铁材料，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可锻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
一种耐磨可锻铸铁材料，其特征在于该材料以可锻铸铁为基体，在基体中分布着由高 碳钢丝及铁丝形成的金属丝团，所用高碳钢丝和铁丝直径均为l_2mm ；材料中高碳钢丝与 铁丝的总体长度相当，金属丝团的直径为10_15cm ；高碳钢丝和铁丝两者共占材料的体积 百分比为5-40% ；
可锻铸铁基体的化学成分的重量百分含量C为2. 2% 2. 4%，Si为1. 1% 1. 3%, Mn 为 0.4-0.6%, Zr 为 0.5-1%, P<0. 08%, S <0. 25%,其余为 Fe。所述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 ；
所述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Ni3Si和Ni3C颗粒。
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一种耐磨可锻铸铁材料的制备方法，其特征在于它包括以下步骤
镀镍高碳钢丝及镀镍铁丝的准备取直径为l-2mm、成分重量百分含量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 的高碳 钢丝；另取直径为l_2mm、成分重量百分含量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！^的铁丝，所取高碳钢丝与铁丝的总体长度相 当，控制高碳钢丝和铁丝两者共占材料的体积百分比为5-40% ；高碳钢丝和铁丝分别按常 规方法在表面镀镍，镀镍层的厚度均为50-500微米；
按清洁球生产的常规方法将上述镀镍高碳钢丝及镀镍铁丝各取一根丝形成球状的混 合双丝金属丝团，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决定，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；
可锻铸铁材料基体的准备按重量百分含量C为2. 2% 2. 4%，Si为1. 1% 1. 3%, Mn 为0.4-0. 6%，^ 为0.5-1%，P<0. 08%, S <0. 2596，其余为！^的可锻铸铁进行配料；可锻铸 铁在原料感应电炉中熔化，形成液态铁水，熔化温度为1450-1500°C ；
将上述可锻铸铁铁水浇入装有金属丝团的干砂铸型；液态铁水将金属丝团包围，然后 冷却凝固，再将凝固得到的铸铁放入电炉中热处理加热到920-950°C，保温5-9小时后随炉 冷却，即得到以可锻铸铁为基的其中分布有金属丝团的耐磨可锻铸铁材料。本发明相比现有技术的有益效果如下
1、本发明材料中高碳钢丝及铁丝自身具有相当的强度和较高的韧性。钢丝及铁丝和 可锻铁的基体都是铁，因此钢丝及铁丝和可锻铁很容易结合起来，形成很好的冶金结合。这 样，铁丝分布在脆性可锻铁中，对材料具有很好的增强增韧作用。高碳钢丝分布在可锻铁 中，大大提高了材料的耐磨性能。2、可锻铁铁水进入铸型型腔与钢丝和铁丝表面的镍接触后，丝表面的Ni熔于铁 水，铁水中的C、Si和钢丝及铁丝表面的Ni反应形成特殊化合物Ni3Si，Ni3C分布于基体 中。，形成的这种特殊化合物进一步提高了材料的耐磨性。3,Zr对可锻铁的组织具有显著细化的作用，对于可锻铁的增韧有重要的作用。另 外C和ττ也会形成C和ττ化合物&C，有助于材料耐磨性的提高。本发明材料中的P、S为材料中的杂质，控制在允许的范围。4、本发明的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，生 产的合金材料性能好，而且非常便于工业化生产。本发明各材料的性能见表1。
图1为本发明实施例一制得的耐磨可锻铸铁材料的金相组织。图1可以看到在可锻铸铁与金属丝结合。
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。以下高碳钢丝及铁丝均为市购，镀层自制。
实施例一
镀镍高碳钢丝及镀镍铁丝的准备
高碳钢丝成分的重量百分含量为c为0. 55%，Si为0. 18%, Mn为0. 45%, P<0. 02%, S <0. 02%,其余为Fe，直径为Imm0铁丝成分的重量百分含量为C为0. 05%，Si为0.觊，Mn为0.25 P<0. 02%, S <0. 025%,其余为狗，直径为1mm。所取高碳钢丝与铁丝的总体长度相当，控制高碳钢丝及铁 丝二者共占材料的体积百分比为5%。高碳钢丝和铁丝分别按常规方法在表面镀镍，镀镍层的厚度均为50微米； 制备过程如下
按清洁球生产的常规方法将上述镀镍高碳钢丝及镀镍铁丝各取一根丝形成球状的混 合双丝金属丝团(两种金属丝各取一根成团，形成双丝金属丝团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决定，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；
可锻铸铁材料基体的准备按重量百分含量C为2.2%，Si为1.1%，Mn为0.4%，Ir为 0. 5%, P<0. 08%, S <0. 25%,其余为!^e的可锻铸铁进行配料；可锻铸铁在原料感应电炉中 熔化，熔化温度为1475-1480°C ；
将上述可锻铸铁铁水浇入装有金属丝团的干砂铸型；液态铁水将金属丝团包围，然后 冷却凝固，再将凝固得到的铸铁放入电炉中热处理加热到920°C，保温5小时后随炉冷却， 即得到以可锻铸铁为基的其中分布有金属丝团的耐磨可锻铸铁材料。 实施例二
可锻铸铁材料基体成份按重量百分含量C为2.4%，Si为1.3%，Mn为0.6%，^ 为1%， Ρ<0· 08%, S <0. 25%,其余为Fe进行配料。镀镍高碳钢丝及镀镍铁丝的准备
高碳钢丝成分的重量百分含量为c为0. 8%，Si为0. 21%, Mn为0. 65%, P<0. 02%, S <0. 02%,其余为Fe ；直径为2mm。铁丝成分的重量百分含量为C为0. 09%, Si为0. 3%, Mn为0. 35%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余为Fe ；直径为2mm。所取高碳钢丝与铁丝的总体长度相当，高碳钢丝及铁丝二者占材料的体积百分比 为 40% ο高碳钢丝和铁丝分别按常规方法在表面镀镍，分别形成镀镍高碳钢丝及镀镍铁 丝，镀镍层的厚度均为500微米；按清洁球生产的常规方法制作带镀层的两种金属丝混合 的双丝金属丝团，金属丝团直径为10cm。制备过程中，将凝固得到的铸铁放入电炉中热处理加热到950°C，保温9小时。其 余制备过程同实施例一。实施例三
可锻铸铁材料基体成份按重量百分含量C为2.3%，Si为1.2%，Mn为0.5%，Ir为 0. 7%, P<0. 08%, S <0. 25%,其余为！^ 进行配料。镀镍高碳钢丝及镀镍铁丝的准备高碳钢丝成分的重量百分含量为C为0. 7%，Si为0. 19%, Mn为0. 55%, P<0. 02%, S <0. 02%,其余为Fe ；直径为1. 2mm。铁丝的成分的重量百分含量为C为0. 07，Si为0. 25%, Mn为0. 3%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余为Fe ；直径为1. 2mm。所取高碳钢丝与铁丝的总体长度相当，控制高碳钢丝及铁丝二者占材料的体积百 分比为25%。高碳钢丝和铁丝分别按常规方法在表面镀镍，镀镍层的厚度均为200微米；按 清洁球生产的常规方法制作带镀层的两种金属丝混合的双丝金属丝团，金属丝团直径为 15cm0制备过程中，将凝固得到的铸铁放入电炉中热处理加热到940°C，保温7小时。其 余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
可锻铸铁材料基体成份按重量百分含量C为2.1%，Si为1%，Mn为0.3%，^ 为0. 3%， P<0. 08%, S <0. 25%,其余为！^进行配料。镀镍高碳钢丝及镀镍铁丝的准备
高碳钢丝成分的重量百分含量为c为0. 3%，Si为0. 13%, Mn为0. 2%, P<0. 02%, S <0. 02%,其余为Fe。直径为0.8mm。铁丝成分的重量百分含量为C为0. 02%, Si为0. 1%, Mn为0. 2%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余为Fe ；直径为0. 8mm。高碳钢丝及铁丝长度相当，高碳钢丝及铁丝二者占材 料的体积百分比为4%。高碳钢丝及铁丝表面不镀镍。按清洁球生产的常规方法制作两种金属丝混合的双 丝金属丝团，金属丝团直径为10cm。材料放入电炉中热处理加热到910°C，保温4小时。其余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
可锻铸铁材料基体成份按重量百分含量C为2.6%，Si为1.5%，Mn为0.7%，Ir为2\ P<0. 08%, S <0. 25%,其余为！^进行配料。镀镍高碳钢丝及镀镍铁丝的准备
高碳钢丝成分的重量百分含量为C为0.9%，Si为0.3%，Mn为0.7%，P<0. 02%, S <0. 02%,其余为!^e。直径为3mm。铁丝的化学成分的重量百分含量为C为0. 1%，Si为0. 4%, Mn为0. 4%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余为Fe ；直径为3mm。高碳钢丝及铁丝长度相当，高碳钢丝及铁丝 二者占材料的体积百分比为45%。高碳钢丝及铁丝表面不镀镍。按清洁球生产的常规方法制作两种金属丝混合的双 丝金属丝团，金属丝团直径为15cm。材料放入电炉中热处理加热到960°C，保温10小时。其它制备过程同实施例一。表 权利要求
1.一种耐磨可锻铸铁材料，其特征在于该材料以可锻铸铁为基体，在基体中分布着 由高碳钢丝及铁丝形成的金属丝团，所用高碳钢丝和铁丝直径均为l-2mml ；材料中高碳钢 丝与铁丝的总体长度相当，金属丝团的直径为10-15cm;高碳钢丝和铁丝两者共占材料的 体积百分比为5-40% ；可锻铸铁基体的化学成分的重量百分含量C为2. 2% 2. 4%，Si为1. 1% 1. 3%, Mn 为 0.4-0.6%，Zr 为 0.5-1%，P<0. 08%, S<0. 2596，其余为 Fe。所述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 ；所述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所述的耐磨可锻铸铁材料，其特征在于所述基体中还分布着化合 物Ni3Si和Ni3C颗粒。
3.一种耐磨可锻铸铁材料的制备方法，其特征在于它包括以下步骤镀镍高碳钢丝及镀镍铁丝的准备取直径为l_2mm、成分重量百分含量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 的高碳 钢丝；另取直径为l_2mm、成分重量百分含量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！^的铁丝，所取高碳钢丝与铁丝的总体长度相 当，控制高碳钢丝和铁丝两者共占材料的体积百分比为5-40% ；高碳钢丝和铁丝分别按常 规方法在表面镀镍，镀镍层的厚度均为50-500微米；按清洁球生产的常规方法将上述镀镍高碳钢丝及镀镍铁丝各取一根丝形成球状的混 合双丝金属丝团，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决定，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；可锻铸铁材料基体的准备按重量百分含量C为2. 2% 2. 4%，Si为1. 1% 1. 3%, Mn 为0.4-0. 6%，^ 为0.5-1%，P<0. 08%, S <0. 2596，其余为！^的可锻铸铁进行配料；可锻铸 铁在原料感应电炉中熔化，形成液态铁水，熔化温度为1450-1500°C ；将上述可锻铸铁铁水浇入装有金属丝团的干砂铸型；液态铁水将金属丝团包围，然后 冷却凝固，再将凝固得到的铸铁放入电炉中热处理加热到920-950°C，保温5-9小时后随炉 冷却，即得到以可锻铸铁为基的其中分布有金属丝团的耐磨可锻铸铁材料。
全文摘要
本发明提供一种耐磨可锻铸铁材料及其制备方法，该材料具有良好的性能，其制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。该耐磨可锻铸铁材料以可锻铸铁为基体，在基体中分布着高碳钢丝及铁丝形成的金属丝团，所用高碳钢丝和铁丝直径均为1-2mm；高碳钢丝和铁丝两者共占材料的体积百分比为5-40%,金属丝团的直径为10-15cm。
文档编号C22C47/04GK102071377SQ20111000747
公开日2011年5月25日 申请日期2011年1月14日 优先权日2011年1月14日
发明者王玲, 缪文浩, 赵浩峰 申请人:南京信息工程大学