专利名称：一种耐蚀白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，涉及一种耐蚀白口铸铁材料及其制备方法。
背景技术：
在金属材料领域中，耐蚀铸铁作为低成本耐蚀材料一直受到普遍重视。CN201010150314. 1号申请公开一种稀土高硅镍铬合金铸铁，它包括Fe、Cr、Ni、 Mo、Cu、Si、Mn、C、S、P及微量元素Nb、V、Zr、N和Re，在电炉中熔炼而成；其合金成份(按重 量百分比)组成:Cr :0. 50 18. 80,Ni 0. 10 21. 50,Mo 0. 15 3. 80,Cu 0. 20 3. 50、 Si 2. 50 18. 50,Mn :0. 60 1. 20,C :0. 80 3. 20,S :0. 02 0. 15,P :0. 10 0. 20,Re 0. 50 3. 20、Nb、V、Zr、N 适量、Fe 余量。CN201010177246. 8号申请公开一种耐蚀中硅钼镍钴球墨铸铁合金，该合金按重 量百分比计，其包含:C 2. 0-3. 5 % ；Si 4. 0-6. 5 % ；Mo :0. 6-1. 5 % ;P :0. 01-0. 05 % ;S 0. 01-0. 03% ；Cr 0. 05-0. 1% ；Ni :0. 1-0. 3% ；Co :0. 05-0. 1% ；和余量的 Fe。以上两种铸铁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，提供一种耐蚀白口铸铁材料，该材料具有 良好的性能。本发明的另一目的是提供一种耐蚀白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
一种耐蚀白口铸铁材料，该材料以白口铸铁为基体，在基体中分布着中由铁丝和中碳 钢丝形成的金属丝团，所用铁丝和中碳钢丝直径均为l_2mm，材料中铁丝和中碳钢丝的总 体长度相当，金属丝团的直径为10-15cm，铁丝和中碳钢丝两者共占材料的体积百分比为 5-40% ；
白口铸铁基体的化学成分的重量百分含量C为2. 6% 2. 8%，Si为1. 6% 2. 2%, Mn 为 0. 5-0. 7%, Y 为 0. 5-2%, Ρ<0· 08%, S <0. 25%,其余为 Fe。中碳钢丝的化学成分的重量百分含量为C为0. 3% 0. 53%，Si为0. 2% 0. 25%, Mn 为 0. 5-0. 65 P<0. 02%, S <0. 0296，其余为 Fe。铁丝的化学成分的重量百分含量为C为0. 04-0. 06%, Si为0. 2 0. 3%, Mn为 0. 25-0. 35%, P<0. 02%, S <0. 02596，其余为 Fe。所述基体中还分布着化合物Co3C、B4C、！^eIBB颗粒。一种耐蚀白口铸铁材料的制备方法，其特征在于它包括以下步骤
镀钴中碳钢丝和渗硼铁丝的准备取直径为l_2mm、成分重量百分含量C 0. 3% 0. 53%、Si 0. 2% 0. 25%、Mn 0. 5-0. 65%、Ρ<0· 02%、S <0. 02%、其余为 Fe 的中碳钢丝，按常规方法在其表面镀钴；镀钴层的厚度为50-500微米；
取直径为l_2mm，成分重量百分含量C为0. 04-0. 06%, Si为0. 2 0. 3%, Mn为 0. 25-0. 35%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余为！^的铁丝，所取铁丝和中碳钢丝的总体长度相 当，控制铁丝和中碳钢丝两者共占材料的体积百分比为5-40% ；铁丝按常规方法在其表面 渗硼，渗硼层的厚度为50-500微米；形成的镀钴中碳钢丝和渗硼铁丝的总体长度相当；
按清洁球生产的常规方法将上述镀钴中碳钢丝和渗硼铁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 度由铁丝和中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；
白口铸铁材料基体的准备按重量百分含量C为2. 6% 2. 8%、Si为1. 6% 2. 2%、Mn 为0. 5-0. 7%、Y为0. 5-2%、Ρ<0. 08%,S <0. 25%、其余为Fe的进行配料，白口铸铁材料在感应 电炉中熔化，熔化温度为1460-1510°C ；
将上述白口铸铁铁水浇入装有金属丝团的干砂铸型；液态铁水将镀钴中碳钢丝和渗硼 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、本发明材料中选用的铁丝及中碳钢丝自身具有相当的强度和较高的韧性。另外，中 碳钢丝具有很好的耐蚀性能。铁丝及钢丝和白口铁的基体都是铁，因此金属丝和白口铁很 容易结合起来，形成很好的冶金结合。这样，铁丝及中碳钢丝分布在脆性白口铁中，对材料 具有很好的高温增强和增韧作用。2、白口铁含有大量的渗碳体，因此硬度高，具有很好的耐蚀性能。当铁水进入铸型 型腔与金属丝表面的钴和硼接触后，金属丝表面的钴和硼熔于铁水，铁水中的C和!^e与金 属丝表面的元素反应形成特殊化合物Co3C、B4C、Fe3B，化合物呈细小粒状分布于基体中。 固溶于铸铁中的钴可以进一步提高材料的抗蚀能力。本发明材料中P、S为杂质，控制在允 许的范围。3、材料中的Y对白口铁的组织中的渗碳体具有稳定作用，并有使渗碳体分布均勻 化的作用，可提高白口铁的耐蚀性。另外C和Y也会形成Y2C化合物，有助于材料力学性能 的提高。本发明相比现有技术，减少了硅的使用量，提高了材料的强度。4、本发明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白口铁，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蚀白口铸铁材料的金相组织。图1可以看到在白口铸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。以下金属丝均为市购，镀钴层和渗硼层自行制作。实施例一镀钴中碳钢丝和渗硼铁丝的准备
中碳钢丝成份含量为:C为0. 3%, Si为0. 2%, Mn为0. 5%, Ρ<0· 02%, S <0. 02%,其余 为狗。中碳钢丝直径为1mm。铁丝成份含量为:C为 0. 04%, Si 为 0. 2%, Mn 为 0. 25%, Ρ<0· 02%, S <0. 025%,其 余为狗。铁丝直径为1mm。所取铁丝和中碳钢丝总体长度相当，制备过程中控制铁丝和中 碳钢丝两种金属丝共占材料的体积百分比为5%。中碳钢丝按常规方法在表面镀钴，厚度50微米。铁丝按常规方法表面渗硼，厚度 为50微米。形成的镀钴中碳钢丝和渗硼铁丝二者总体长度相当。制备过程如下
取上述准备好的镀钴中碳钢丝和渗硼铁丝，按清洁球生产的常规方法将上述镀钴中碳 钢丝和渗硼铁丝形成球状的混合双丝金属丝团(镀钴中碳钢丝和渗硼铁丝各取一根丝，两 根丝同时成形，形成双丝金属丝团，成型可按洗碗用的清洁球或称钢丝球的方法)，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铁丝和中碳 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；
白口铸铁材料基体的准备按重量百分含量C为2.6%，Si为1.6 Mn为0.5 Y为 0.5%，P<0. 08%, S <0. 25%,其余为！^进行配料，白口铸铁材料在感应电炉中熔化，熔化温 度为 1485-1495°C ；
将上述白口铸铁铁水浇入装有镀钴中碳钢丝和渗硼铁丝形成的金属丝团的干砂铸型； 液态铁水将镀钴中碳钢丝和渗硼铁丝包围，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
镀钴中碳钢丝和渗硼铁丝的准备
中碳钢丝成份重量百分含量为c为0. 53%，Si为0. 25%, Mn为0. 65%, P<0. 02%, S <0. 02%,其余为Fe，直径为1. 5mm。铁丝成份重量百分含量为C为0. 06%，Si为0. 3 Mn为0. :35 P<0. 02%, S <0. 025%,其余为狗，直径为2mm。所取铁丝和中碳钢丝总体长度相当，制备过程中控制铁丝 和中碳钢丝两种金属丝占材料的体积百分比为40%。中碳钢丝表面镀钴，厚度500微米。铁丝表面渗硼，厚度500微米。按清洁球生产 的常规方法，将上述两种带镀层金属丝各取一根，形成的双丝混合的金属丝团，金属团直径 为 IOcm0白口铸铁材料基体按重量百分比为C为2. 8%，Si为2. 2%, Mn为0. 7%, Y为2%， Ρ<0· 08%, S <0. 25%,其余为Fe进行配料；
制备过程同实施例一。实施例三
镀钴中碳钢丝和渗硼铁丝的准备
中碳钢丝成份重量百分含量为c为0. 4%，Si为0. 21%, Mn为0. 55%, P<0. 02%, S <0. 02%,其余为Fe，直径为1. 5mm。铁丝成份重量百分含量为C为0. 045%, Si为0. 25%, Mn为0. 3%, P<0. 02%, S<0. 025%,其余为狗，直径为1. 5mm。所取铁丝和中碳钢丝总体长度相当，制备过程中控制铁 丝和中碳钢丝两种金属丝占材料的体积百分比为30%。中碳钢丝表面镀钴，镀层厚度200微米。铁丝表面渗硼，渗硼层厚度200微米。按 清洁球生产的常规方法，将上述两种带镀层的金属丝各取一根，形成的双丝混合的金属丝 团，金属团直径为10cm。白口铸铁材料基体按重量百分比为C为2. 7%，Si为1. 9%, Mn为0. 55%, Y为 0. 8%, P<0. 08%, S <0. 25%,其余为！^ 进行配料。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 镀钴中碳钢丝和渗硼铁丝的准备
中碳钢丝成份重量百分含量为C为0. 2%，Si为0. 1%, Mn为0. 4%, P<0. 02%, S <0. 02%,其余为 Fe。铁丝成份重量百分含量为C为0. 03%, Si为0. 1%, Mn为0. 2%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余为狗。所取铁丝和中碳钢丝总体长度相当，制备过程中控制铁丝和中碳钢丝 两种金属丝占材料的体积百分比为3%。两种金属丝直径均为1mm。中碳钢丝表面不镀钴。铁丝表面渗硼600微米。按清 洁球生产的常规方法，将上述两种金属丝(中碳钢丝和渗硼铁丝)各取一根，形成的双丝混 合的金属丝团，金属团直径为10cm。白口铸铁材料基体按重量百分比为C为2. 1%，Si为1.3%，Mn为0.3%，Y为0.3%， P<0. 08%, S <0. 25%,其余为！^进行配料。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 镀钴中碳钢丝和渗硼铁丝的准备
中碳钢丝成份重量百分含量为C为0. 7%，Si为0. 4%, Mn为0. 7%, P<0. 02%, S <0. 02%,其余为 Fe。铁丝成份重量百分含量为C为0. 08%, Si为0. 5%, Mn为0. 4%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余为狗。所取铁丝和中碳钢丝总体长度相当，制备过程中控制铁丝和中碳钢丝 两种金属丝占材料的体积百分比为43%。两种金属丝直径均为3mm。中碳钢丝表面镀钴，镀钴层厚度600微米。铁丝表面不 渗硼。按清洁球生产的常规方法，将上述两种金属丝(铁丝和镀钴中碳钢丝)各取一根，形成 的双丝混合的金属丝团，金属团直径为10cm。白口铸铁材料基体按重量百分比为C为3%，Si为3 Mn为0. 9%, Y为3%， P<0. 08%, S <0. 25%,其余为 Fe。制备过程同实施例一。表 权利要求
1.一种耐蚀白口铸铁材料，该材料以白口铸铁为基体，在基体中分布着中由铁丝和中 碳钢丝形成的金属丝团，所用铁丝和中碳钢丝直径均为l-2mm，材料中铁丝和中碳钢丝的 总体长度相当，金属丝团的直径为10-15cm，铁丝和中碳钢丝两者共占材料的体积百分比为 5-40% ；白口铸铁基体的化学成分的重量百分含量C为2. 6% 2. 8%，Si为1. 6% 2. 2%, Mn 为 0. 5-0. 7%, Y 为 0. 5-2%, Ρ<0· 08%, S <0. 25%,其余为 Fe ；中碳钢丝的化学成分的重量百分含量为C为0. 3% 0. 53%，Si为0. 2% 0. 25%, Mn 为 0.5-0. 65%，P<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. 04-0. 06%，Si为0. 2 0. 3%, Mn为 0. 25-0. 35%, P<0. 02%, S <0. 02596，其余为 Fe。
2.根据权利要求1所述的耐蚀白口铸铁材料，其特征在于所述基体中还分布着化合 物 Co3C、B4C、Fe!3B 颗粒。
3.一种耐蚀白口铸铁材料的制备方法，其特征在于它包括以下步骤镀钴中碳钢丝和渗硼铁丝的准备取直径为l_2mm、成分重量百分含量C 0. 3% 0. 53%、Si 0. 2% 0. 25%、Mn 0. 5-0. 65%、Ρ<0· 02%、S <0. 02%、其余为 Fe 的中碳钢丝，按常 规方法在其表面镀钴；镀钴层的厚度为50-500微米；取直径为l_2mm，成分重量百分含量C为0. 04-0. 06%, Si为0. 2 0. 3%, Mn为 0. 25-0. 35%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余为！^的铁丝，所取铁丝和中碳钢丝的总体长度相 当，控制铁丝和中碳钢丝两者共占材料的体积百分比为5-40% ；铁丝按常规方法在其表面 渗硼，渗硼层的厚度为50-500微米；形成的镀钴中碳钢丝和渗硼铁丝的总体长度相当；按清洁球生产的常规方法将上述镀钴中碳钢丝和渗硼铁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 度由铁丝和中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；白口铸铁材料基体的准备按重量百分含量C为2. 6% 2. 8%、Si为1. 6% 2. 2%、Mn 为0. 5-0. 7%、Y为0. 5-2%、Ρ<0. 08%,S <0. 25%、其余为Fe的进行配料，白口铸铁材料在感应 电炉中熔化，熔化温度为1460-1510°C ；将上述白口铸铁铁水浇入装有金属丝团的干砂铸型；液态铁水将镀钴中碳钢丝和渗硼 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
本发明提供一种耐蚀白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。该耐蚀白口铸铁材料以白口铸铁为基体，在基体中分布着中由铁丝和中碳钢丝形成的金属丝团，所用铁丝和中碳钢丝直径均为1-2mm，铁丝和中碳钢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C22C121/00GK102071382SQ20111000747
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, 赵浩峰, 郭超 申请人:南京信息工程大学