专利名称：一种灰铸铁及其生产工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种铸铁材料，尤其是涉及一种灰铸铁及其生产工艺。
背景技术：
含碳量大于2. 11%的铁碳 合金称为铸铁，常用铸铁的分类按碳存在的形式不同可分为灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁等。灰铸铁中的碳大部分或全部以自由状态的片状石墨形式存在，其断口呈暗灰色，有一定的力学性能和良好的被切削性能，普遍应用于工业中。灰铸铁基本上是由铁、碳和硅组成的共晶型合金，其中，碳主要以石墨的形态存在。若在浇注前向铁液中加入少量孕育剂，形成大量的、高度弥散的难熔质点，成为石墨的结晶核心，促进石墨的形核，得到细珠光体基体和细小均匀分布的片状石墨。这种方法称为孕育处理，孕育处理后得到的铸铁叫做孕育铸铁。生产高强度铸件，控制铸铁凝固时形成的石墨的形态和基体金属组织是至关重要的。灰铸铁抗压强度比较高，有良好的吸振性、减震性和润滑性，有良好的导热性、切削加工型与铸造性，广泛的应用于机电产品中。但是现有铸造工艺在铸造圆周速度大于20m/s的带环、存在滑动摩擦等场合因其强度不能满足实际需求、易开裂等问题，以致限制了其使用范围。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有优良性能的灰铸铁及其生产工艺，以解决现有灰铸铁铸件强度不能满足实际需求、易开裂、使用范围受到限制等技术问题。本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的一种灰铸铁，该灰铸铁由下列成分按质量百分比制成
C2. 7—3. 0%, MnO. 9—1. 2%, Nil—I. 5%, CrO. 3—0. 5%, Sn O. 3—0. 5%,包芯线 I. 6—
2.0%，P彡O. 1%, S彡O. 1%，余量为铁和不可避免的杂质。包芯线包括碳钢外皮和粉状内芯，所述粉状内芯中的元素组份及质量百分比为Ca5 — 8%, Si35 — 40%，轻稀土 16 — 20%、1x2. I — 3. 5%, Ti3 — 5%, Ta3 — 5%，余量为铁和不可避免的杂质。轻稀土的主要成分为Ce51%、La29%、Ndl3%、Pr4. 5%、Sml. 3%、Yl. 2%。在本发明化学成分中，碳是灰铸铁中的关键元素。它可增加灰铸铁中碳化物量，是石墨结晶核心的来源。碳元素能提高灰铸铁的硬度和强度。但是会降低其韧性和塑形。本发明中碳元素的含量为2. 7—3. 0%。锰能提高灰铸铁的强度和硬度，并能推迟奥氏体冷却时铁素体的析出，有效地起到对铁素体固溶强化和细化晶粒作用。当灰铸铁中的含锰量在O. 9-1. 2%时，有利于生产出高强度的灰铸铁。镍溶于液体铁及铁素体，在共晶期间促进石墨化，消除白口和游离渗碳体，细化石墨，细化并增加珠光体，还能提高铸铁的强度、硬度和冲击韧度。本发明中Ni的含量为I一I.5%。铬在铸铁中使碳在奥氏体中的溶解度增加，因而阻碍铁素体生核成长，是很强的珠光体促成元素。本发明中的Cr含量控制在O. 3—0. 5%内，能有效地提高灰铸铁的性能，且不会出现碳化物。锡元素有促成珠光体形成的作用。锡易于聚集在石墨-奥氏体界面上，阻止碳向石墨扩散，使碳固溶于奥氏体，从而促进形成珠光体。本发明中Sn的含量为O. 3-0. 5%。硅是灰铸铁中必不可少的，极为重要的元素。如果没有硅的存在即使碳很高也很难获得游离体的铸铁组织。在灰铸铁中Si是强烈促进石墨化的元素，铁中只有C没有Si石墨化是很难完成的。Si元素含量低时，铸铁易出现白口组织，力学性能和铸造性能都较低含量过高时，石墨片过多且粗大，甚至会出现过饱和碳，严重降低铸铁的机械性能和质量。轻稀土加入铁水中，能起到精炼、脱硫、中和低熔点有害杂质的作用，并可以改善铸铁的加工性能，并提高铸铁室温及高温机械性能。 锆是常用的微合金化元素，它在铸铁中形成氮化物，有助于形成石墨核心，可以细化晶粒，抑制奥氏体晶粒的长大，从而提高铸铁的力学性能，特别是提高铸铁的抗裂纹扩展能力。微量的钛能够促进石墨化，细化石墨和晶粒，减少白口和硬点，提高强度但是过量的钛会导致铸铁中形成D型石墨。钽具有质地坚硬，熔点高，韧性强的特点，它能起到细化灰铸铁基体组织，提高抗拉强度、冲击韧性和硬度的作用。当与Ti、稀土金属配合后加入铁水中，可显著提高铸铁的耐高热腐蚀的能力。硫、磷为杂质元素，应控制在合理范围内。磷能提高铸铁的抗拉强度和抗大气腐蚀能力，改善铸铁的切削加工性能，但是它会降低铸铁的塑形和韧性。因此硫、磷含量均(O. 1%。本发明工艺为将铁原料投入冲天炉中，升温至1450-1480°C，待原料完全液化后，加入根据配比计量好的C、Mn，Ni, Cr，Sn，升温至1520°C，喂入包芯线，铁水出炉。综上所述，本发明通过对灰铸铁的原材料配比进行合理的调整及增加孕育处理，使得灰铸铁强度及硬度均得到明显提升。该灰铸铁冶炼比较方便，具有良好的铸造性能，经孕育处理后，铸铁件不易开裂。使用现有材料炼出的灰铸铁铸件抗压强度、硬度都获得了明显提升，同时降低了企业生产成本，提高了产品合格率，扩大了铸件应用范围，具有很好的经济效益。
具体实施例方式下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。实施例I :将铁原料(P ( O. 1%, S彡O. 1%)投入冲天炉中，升温至1450_1480°C，待原料完全液化后，加入2. 85%的C，I. 05%的Mn，I. 25%的Ni，O. 4%的Cr，O. 4%的Sn。继续升温至 15200C，喂入 I. 8% 的包芯线(Ca6. 5%, Si37. 5%,轻稀土 18%、Zr2. 8%, Ti4%, Ta4%,余量为铁和不可避免的杂质，所述包芯线轻稀土的成分为Ce51%、La29%、Ndl3%、Pr4. 5%,Sml. 3%、Yl. 2%)，然后将铁液倒入浇包。按GB/T9394灰铸铁件标准，用实施例I得到的铁液制作单铸试棒，对试棒进行拉伸试验和硬度测试，其最小抗拉强度为378Mpa，布氏硬度(HBW) 246。实施例2 :将铁原料(P ( O. 1%, S彡O. 1%)投入冲天炉中，升温至1450_1480°C，待原料完全液化后，加入2. 7%的C，O. 9%的Mn，1%的Ni，O. 3%的Cr，O. 3%的Sn。继续升温至 1520°C，喂入 I. 6% 的包芯线(Ca5%，Si35%，轻稀土 16%、Zr2. 1%，Ti3%, Ta3%，余量为铁和不可避免的杂质，其中轻稀土的成分为Ce51%、La29%、Ndl3%、Pr4. 5%, Sml. 3%、Y1. 2%)，然后将铁液倒入烧包。。按GB/T9394灰铸铁件标准，用实施例2得到的铁液制作单铸试棒，对试棒进行拉伸试验和硬度测试，其最小抗拉强度为363Mpa，布氏硬度(HBW) 225。实施例3 :将铁原料(P ( O. 1%, S彡O. 1%)投入冲天炉中，升温至1450_1480°C，待原料完全液化后，加入3%的C，I. 2%的Mn，I. 5%的Ni，O. 5%的Cr，O. 5%的Sn。继续升温至 15200C，喂入 2. 0% 的包芯线(Ca8%，Si40%,轻稀土 20%、Zr3. 5%, Ti5%, Ta5%,余量为铁和不可避免的杂质，其中轻稀土的成分为Ce51%、La29%、Ndl3%、Pr4. 5%, Sml. 3%、Y1. 2%)，然后 将铁液倒入烧包。按GB/T9394灰铸铁件标准，用实施例3得到的铁液制作单铸试棒，对试棒进行拉伸试验和硬度测试，其最小抗拉强度为390Mpa，布氏硬度(HBW) 265。实施例4 :将铁原料(P ( O. 1%, S彡O. 1%)投入冲天炉中，升温至1450-1480°C,待原料完全液化后，加入2. 8%的C，I %的Mn，I. 12%的Ni，O. 3%的Cr，O. 4%的Sn。继续升温至 15200C，喂入 I. 7% 的包芯线(Ca5. 8%, Si36%,轻稀土 17%、Zr2. 4%, Ti3. 5%, Ta3. 5%,余量为铁和不可避免的杂质，其中轻稀土的成分为Ce51%、La29%、Ndl3%、Pr4. 5%、Sml. 3%、Yl. 2%)，然后将铁液倒入浇包。按GB/T9394灰铸铁件标准，用实施例4得到的铁液制作单铸试棒，对试棒进行拉伸试验和硬度测试，其最小抗拉强度为369Mpa，布氏硬度(HBW) 240。实施例5 :将铁原料(P ( O. 1%, S彡O. 1%)投入冲天炉中，升温至1450-1480°C，待原料完全液化后，加入2. 9%的C，I. 1%的Mn，I. 35%的Ni，O. 45%的Cr，O. 45%的Sn。继续升温至 15200C，喂入 I. 9% 的包芯线(Ca7. 2%, Si39%,轻稀土 19%、Zr3. 2%, Ti4. 5%, Ta4. 5%,余量为铁和不可避免的杂质，其中轻稀土的成分为Ce51%、La29%、Ndl3%、Pr4. 5%、Sml. 3%、Yl. 2%)，然后将铁液倒入浇包。按GB/T9394灰铸铁件标准，用实施例5得到的铁液制作单铸试棒，对试棒进行拉伸试验和硬度测试，其最小抗拉强度为382Mpa，布氏硬度(HBW) 259。为了验证本发明的效果，另外制作对比例进行比较
对比例I :将铁原料(P ( O. 1%, S彡O. 1%)投入冲天炉中，升温至1450-1480°c，待原料完全液化后，加入2. 8%的C，I. 2%的Mn，I. 3%的Ni，O. 5%的Cr，O. 5%的Sn。继续升温至1520 0C，然后将铁液倒入浇包。按GB/T9394灰铸铁件标准，用对比例I得到的铁液制作单铸试棒，对试棒进行拉伸试验和硬度测试，其最小抗拉强度为312Mpa，布氏硬度(HBW) 196。通过对本发明实施例和对比例的测试数据进行比较，可以发现本发明实施例中最小抗拉强度均超过350Mpa ;而对比例中的最小抗拉强度为312Mpa,其硬度也远比本发明各实施例低。
权利要求
1.一种灰铸铁，其特征是该灰铸铁由下列成分按质量百分比制成C2. 7—3.0%, MnO. 9—1. 2%, Nil—I. 5%, CrO. 3—0. 5%, Sn O. 3—0. 5%,包芯线 I. 6—2. 0%,P^O. 1%, S^O. 1%，余量为铁和不可避免的杂质。
2.根据权利要求I所述的一种灰铸铁，其特征是所述包芯线包括碳钢外皮和粉状内芯，所述粉状内芯中的元素组份及质量百分比为Ca5 - 8%，Si35 — 40%，轻稀土 16 — 20%、1x2. I - 3. 5%，Τ 3 - 5%，Ta3 一 5%，余量为铁和不可避免的杂质。
3.根据权利要求2所述的一种灰铸铁，其特征是所述包芯线的粉状内芯中轻稀土的成分为 Ce51%、La29%、Ndl3%、Pr4. 5%、Sml. 3%、Yl. 2%。
4.一种生产权利要求I的灰铸铁的工艺，其特征是将铁原料投入冲天炉中，升温至1450-1480°C，待原料完全液化后，加入根据配比计量好的的碳、锰，镍，铬，锡，升温至1520 °C,喂入包芯线，铁水出炉。·
全文摘要
一种灰铸铁，由下列成分按质量百分比制成C2.7—3.0%，Mn0.9—1.2%，Ni1—1.5%，Cr0.3—0.5%，Sn0.3—0.5%，包芯线1.6—2.0%，P≤0.1%,S≤0.1%，余量为铁和不可避免的杂质。包芯线的粉状内芯中含有轻稀土。本发明通过对灰铸铁的原材料配比进行合理的调整及增加孕育处理，使得灰铸铁强度及硬度均得到明显提升。该灰铸铁冶炼比较方便，具有良好的铸造性能，经孕育处理后，铸铁件不易开裂。使用现有材料炼出的灰铸铁铸件抗压强度、硬度都获得了明显提升，同时降低了企业生产成本，提高了产品合格率，扩大了铸件应用范围，具有很好的经济效益。
文档编号C22C37/10GK102876964SQ201210329569
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月8日 优先权日2012年9月8日
发明者邵元久, 傅志权, 骆建军, 汪小伟, 唐道贵, 刘立功, 杜耀林, 鲍继昌 申请人:湖北江汉重工有限公司