专利名称：一种耐热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，涉及一种耐热灰口铸铁材料及其制备方法。
背景技术：
在金属材料领域中，耐热铸铁作为低成本耐热材料一直受到普遍重视。CN200610163305. X号申请公开一种高温强度和抗氧化性改善的高硅铁素体耐热 铸铁，包括2. 5-3. 8wt% 的 C、5. 0-7. Owt % ^ Si、0. 2-0. 8wt % 的 Μη、0· 05wt% 或更少 的 P、0. 02wt%或更少的 S、0. 5-1.Mo、0. Iwt%或更少的 Ni、0. 5wt%或更少的 V、 0. 01-0. Iwt% ^ Cr、0. 05 1%或更少的 Sb、和余量 Fe。该铸铁使用了尽管使用了不少稀贵元素如Mo、Ni、V等，但使用了大量的硅，材料 的韧性和抗拉强度都受到了很大的限制。
发明内容
本发明的目的就是针对上述技术缺陷，提供一种耐热灰口铸铁材料，该材料具有 良好的性能。本发明的另一目的是提供一种耐热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
一种耐热灰口铸铁材料，其特征在于该材料以灰口铸铁为基体，在基体中分布着由高 碳钢丝形成的金属丝团，所用高碳钢丝直径为l_2mm，金属丝团的直径为10-15cm，高碳钢 丝占材料的体积百分比为10-35% ；
所述灰口铸铁基体的化学成分的重量百分含量C为2. 6% 4. 0%，Si为1. 5% 2. 5%, Mn 为 0. 5-1. 4%, Gd 为 0. 5-2%, Ρ<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%, P<0. 02%, S <0.02%,其余为 Fe。基体中还分布着化合物Ni3C、Ni3Si、Cr3Si和Cr23C6颗粒。一种耐热灰口铸铁材料的制备方法，其特征在于它包括以下步骤
镀铬高碳钢丝和镀镍高碳钢丝的准备取直径为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，控制高碳钢丝占材料的体积百分比为10-35% ；按常规方法在一半高碳钢丝表面镀铬， 另一半高碳钢丝表面镀镍，分别形成镀铬高碳钢丝和镀镍高碳钢丝，镀铬层和镀镍层的厚 度为50-500微米；形成的镀铬高碳钢丝和镀镍高碳钢丝总体长度相当；
按清洁球生产的常规方法将上述镀镍高碳钢丝和镀铬高碳钢丝各取一根丝形成双丝 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；灰口铸铁材料基体的准备按重量百分含量C为2. 6% 4. 0%、Si为1. 5% 2. 5%、Mn 为0. 5-1. 4%、Gd为0. 5-2%、Ρ<0· 08%、S <0. 25%、其余为Fe的灰口铸铁进行配料；灰口铸铁 材料在感应电炉中熔化，熔化温度为1460-1510°C ；
将上述灰口铸铁铁水浇入装有金属丝团的干砂铸型；液态铁水将高碳钢丝包围，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、本发明材料中的高碳钢丝自身具有相当的强度和较高的韧性。另外，高碳钢丝具有 很好的耐热性能。钢丝和灰口铸铁的基体都是铁。因此钢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，高碳钢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镍接触后，钢丝表面的Cr、Ni熔于铁 水，铁水中的C及Si和钢丝表面的Cr、Ni反应形成特殊化合物Ni3Si、Cr3Si、Ni3C和 Cr23C6，这些特殊化合物分布于基体中，提高了材料的耐热性。3、材料中的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 热性有重要的作用。另外C和Gd也会形成Gd3C化合物，分布于材料基体中也有助于材料 耐热性的提高。本发明材料中的P、S为材料中的杂质，控制在允许的范围即可。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耐热灰口铸铁材料的金相组织。图1可以看到在灰口铸铁与高碳钢丝结合良好。
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。以下高碳钢丝均为市购，镀铬和镀镍层自制。实施例一
镀铬高碳钢丝和镀镍高碳钢丝的准备
取直径1mm、成份为重量百分含量C为0. 55%，Si为0. 18%, Mn为0. 45%, P<0. 02%, S <0. 02%,其余为！^的高碳钢丝。控制高碳钢丝占材料的体积百分比为10%;
按常规方法取上述一半高碳钢丝表面镀铬，另一半高碳钢丝表面镀镍，分别形成镀铬 高碳钢丝和镀镍高碳钢丝，镀铬层和镀镍层的厚度为50微米；形成的镀铬高碳钢丝和镀镍 高碳钢丝总体长度相当；
按清洁球生产的常规方法将上述镀镍高碳钢丝和镀铬高碳钢丝各取一根丝形成双丝 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；
灰口铸铁材料基体的准备按重量百分含量C为2. 6%，Si为1. 5%, 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；灰口铸铁材料在感应电炉中 熔化，熔化温度为1485-1495°C ；
将上述灰口铸铁铁水浇入装有金属丝团的干砂铸型；液态铁水将高碳钢丝包围，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
灰口铸铁基体按重量百分含量C为4. 0%, Si为2. 5%, Mn为1. 4%, Gd为2%， Ρ<0· 08%, S <0. 25%,其余为Fe进行配料。镀铬高碳钢丝和镀镍高碳钢丝的准备
取成分重量百分含量:C为0. 8%, Si为0. 21%, Mn为0. 65%, Ρ<0· 02%, S <0. 02%,其 余为Fe的高碳钢丝，钢丝直径为2mm，控制高碳钢丝占材料的体积百分比为35%。按常规方法取一半高碳钢丝表面镀铬，另一半高碳钢丝表面镀镍，分别形成镀铬 高碳钢丝和镀镍高碳钢丝，分别形成镀铬层和镀镍层的厚度为500微米。按清洁球生产 的常规方法制作上述两种带镀层的高碳镀层的钢丝混合的双丝金属丝团，金属丝团直径为 15cm0制备过程同实施例一。实施例三
灰口铸铁基体按重量百分含量C为3%，Si为Mn为0. 9%, Gd为0. 9%, P<0. 08%, S <0. 25%,其余为!^e进行配料。取成分重量百分含量: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，钢丝直径为1. 5mm，控制高碳钢丝占材料的体积百分比为19%。按常规方法取一半高碳钢丝表面镀铬，另一半高碳钢丝表面镀镍，分别形成镀铬 高碳钢丝和镀镍高碳钢丝，镀铬层和镀镍层的厚度为200微米。按清洁球生产的常规方法 制作两种带镀层高碳钢丝混合的双丝金属丝团，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
灰口铸铁基体按重量百分含量C为2%，Si为1. 2 Mn为0.3%，Gd为0. 3%， Ρ<0· 08%, S <0. 25%,其余为Fe进行配料。取成分重量百分含量: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，钢丝直径为1mm，控制高碳钢丝占材料的体积百分比为4%。高碳钢 丝表面不镀镍，也不镀铬，制作双丝(两股高碳钢丝)金属丝团，金属丝团直径为12cm。制备过程同实施例一。对比实施例五原料配比不在本发明范围内的实例
灰口铸铁基体按重量百分含量C为5%，Si为3%，1^为洲，Gd为1%，P为0.09%， S为0. 3%,其余为!^e进行配料。取成分重量百分含量=C为0. 9%, Si为3%, Mn为0. 7%, P为0. 03%, S为0. 03%, 其余为Fe的高碳钢丝，钢丝直径为1mm，控制高碳钢丝占材料的体积百分比为40%。高碳钢 丝表面不镀镍，也不镀铬，制作两股高碳钢丝的双丝金属丝团，金属丝团直径为15cm。。
制备过程同实施例一。表 权利要求
1.一种耐热灰口铸铁材料，其特征在于该材料以灰口铸铁为基体，在基体中分布着 由高碳钢丝形成的金属丝团，所用高碳钢丝直径为l-2mm，金属丝团的直径为10-15cm，高 碳钢丝占材料的体积百分比为10-35%;所述灰口铸铁基体的化学成分的重量百分含量C为2. 6% 4. 0%，Si为1. 5% 2. 5%, Mn 为 0. 5-1. 4%, Gd 为 0. 5-2%, Ρ<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%, P<0. 02%, S <0. 0296，其余为 Fe。
2.根据权利要求1所述的耐热灰口铸铁材料，其特征在于所述基体中还分布着化合 物 Ni3C、Ni3Si、Cr3Si 和 Cr23C6 颗粒。
3.一种耐热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镀镍高碳钢丝的准备取直径为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，控制高碳钢丝占材料的体积百分比为10-35% ；按常规方法在一半高碳钢丝表面镀铬， 另一半高碳钢丝表面镀镍，分别形成镀铬高碳钢丝和镀镍高碳钢丝，镀铬层和镀镍层的厚 度为50-500微米；形成的镀铬高碳钢丝和镀镍高碳钢丝总体长度相当；按清洁球生产的常规方法将上述镀镍高碳钢丝和镀铬高碳钢丝各取一根丝形成双丝 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；灰口铸铁材料基体的准备按重量百分含量C为2. 6% 4. 0%、Si为1. 5% 2. 5%、Mn 为0. 5-1. 4%、Gd为0. 5-2%、Ρ<0· 08%、S <0. 25%、其余为Fe的灰口铸铁进行配料；灰口铸铁 材料在感应电炉中熔化，熔化温度为1460-1510°C ；将上述灰口铸铁铁水浇入装有金属丝团的干砂铸型；液态铁水将高碳钢丝包围，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
本发明提供一种耐热灰口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。该材料以灰口铸铁为基体，在基体中分布着由高碳金属丝团，所用高碳钢丝直径为1-2mm，高碳钢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C22C121/00GK102071381SQ20111000747
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
发明者李鹏, 王玲, 赵浩峰 申请人:南京信息工程大学