本发明属于铁碳合金技术领域，涉及一种白口铸铁，特别是涉及一种过共晶白口铸铁及其制造方法。
背景技术：
碳以渗碳体形态存在的铸铁，其断面为灰白色。是一种良好抗磨材料，在磨料磨损条件下工作。白口铸铁包括普通白口铸铁、低合金白口铸铁、中合金白口铸铁，高合金白口铸铁。
普通白口铸铁中国早在春秋时代就制成了抗磨性良好的白口铸铁，用作一些抗磨零件。这种铸铁具有高碳低硅的特点，有较高的硬度，但很脆，适用于制造冲击载荷小的零件，一般用在犁铧、磨片、导板等方面。生产中常采用热处理的方法来改善其性能，扩大它的应用范围。碳对于普通白口铸铁的耐磨性能起最重要的作用，含碳量愈高，则形成的渗碳体愈多，构成大量的莱氏体，因而硬度愈高，耐磨性也就愈好。但含碳量高，韧性则下降。高铬铸铁作为耐磨耐蚀材料的生产和应用有很快的发展，由于高铬铸铁中含有大量的高硬度m7c3型碳化物，而具有优良的耐磨性，同时固溶于基体中的铬元素可以提高材料的抗腐蚀能力，迄今为止已成为世界上工业应用最为广泛的一种耐磨耐蚀铸铁。工业应用中高铬铸铁常采用铬含量15～25%，碳含量2.0～3.0%的亚共晶或近共晶成分。由于碳化物含量少，在许多耐磨耐蚀工况，如立磨磨辊、浆料输送杂质泵、球磨机衬板等明显耐磨性不足。为此，科研工作者为了提高高铬铸铁耐磨耐蚀性，开展了大量的研究开发工作，采用提高高铬铸铁中的碳、铬以增加碳化物数量，可使耐磨性大幅提高，但过高的碳和铬使高铬铸铁出现粗大的初生碳化物而使材料韧性急剧下降，同时粗大的初生碳化物在磨损过程中极易破碎，而使得无法实现大规模的工业化应用。因此，控制和改善过共晶高铬铸铁中初生碳化物形态和粒度，即获得细小、均匀分布的初生碳化物是实现过共晶高铬白口铸铁规模化工业应用的关键。
技术实现要素：
本发明针对普通白口铸铁在高温使用过程中出现硬度低、耐磨性差等不足，提出一种过共晶白口铸铁及其制造方法，其白口铸铁的组分更为合理、工作寿命更长，制造更为容易，能大大提升白口铸铁的力学性能，能满足高温、高硬度及高耐磨性等使用需求。
本发明的技术方案是：一种过共晶白口铸铁及其制造方法，其特征在于：所述白口铸铁按质量百分含量计的化学成分如下：c4.02～5.65%、cr31～40%、si0.5～1.0%、mn0.8～1.6%、ti1.5～3.0%、w3.5～5.0%、p和s≤0.04%、al0.02～0.05%、y0.1～0.3%、余量为fe。
一种过共晶白口铸铁的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将废钢、生铁、高碳铬铁加入带有真空系统的中频感应炉熔炼到1500℃时用硅铁、锰铁预脱氧，再用铝丝终脱氧；
(2)加入钨铁和钛铁，抽真空并保持在80～100pa；
(3)将粒度1～3mm的钇置于大于800℃的浇包底，将铁水倒入浇包，除渣；
(4)当铁水温度降至1350～1400℃时，浇入砂型，即得到过共晶高铬白口铸铁；
(5)淬火：以小于50℃/h的升温速度升至650℃保温1～3小时；
(6)以小于80℃/h的升温速度升至980～1050℃保温，保温时间以铸件厚度每20mm保温1小时另加2小时；
(7)出炉空冷至450～500℃后转入500℃回火炉中，在此温度下保温1～2小时；
(8)炉冷至100℃，出炉空冷至室温；
(9)回火：铸件放入回火炉中，以小于50℃/h的升温速度升至250～320℃，保温6～8小时；
(10)出炉空冷。
本发明的有益效果为：本发明提出的一种过共晶白口铸铁及其制造方法，组分新颖，制作过程合理清晰，提供了耐高温抗磨白口铸铁件的化学成分配比，铬元素可以改变共晶碳化物类型，改善碳化物的形态，提高铸件的硬度和耐磨性；在白口铸铁件中添加了硼元素，硼元素进入碳化物，形成硬度较高的化合物，从而增强基体对碳化物的支撑作用，也稳定了铸件的高温硬度和耐磨性；添加镍元素、钼元素，镍元素为了抵消高碳和硼对铸件韧性的影响，降低铸件的裂纹趋势；钼元素可以强化基体，提高铸件的淬透性。在工艺上采取了浇注后保温冷却，以防止由于高碳和硼元素对白口铸铁件产生热裂趋势。上述特点使本发明铸铁件铸态保温慢冷状态硬度hrc≥61；淬火回火后硬度hrc≥66，在700℃温度下仍可以保持硬度hrc≥61，其耐腐蚀性也优于现有白口铸铁件，特别适合用作高温条件下工作的耐磨工件。
具体实施方式
下面对本发明作进一步说明：
一种过共晶白口铸铁及其制造方法，其特征在于：所述白口铸铁按质量百分含量计的化学成分如下：c4.02～5.65%、cr31～40%、si0.5～1.0%、mn0.8～1.6%、ti1.5～3.0%、w3.5～5.0%、p和s≤0.04%、al0.02～0.05%、y0.1～0.3%、余量为fe。
一种过共晶白口铸铁的制造方法，包括以下步骤：
(1)将废钢、生铁、高碳铬铁加入带有真空系统的中频感应炉熔炼到1500℃时用硅铁、锰铁预脱氧，再用铝丝终脱氧；
(2)加入钨铁和钛铁，抽真空并保持在80～100pa；
(3)将粒度1～3mm的钇置于大于800℃的浇包底，将铁水倒入浇包，除渣；
(4)当铁水温度降至1350～1400℃时，浇入砂型，即得到过共晶高铬白口铸铁；
(5)淬火：以小于50℃/h的升温速度升至650℃保温1～3小时；
(6)以小于80℃/h的升温速度升至980～1050℃保温，保温时间以铸件厚度每20mm保温1小时另加2小时；
(7)出炉空冷至450～500℃后转入500℃回火炉中，在此温度下保温1～2小时；
(8)炉冷至100℃，出炉空冷至室温；
(9)回火：铸件放入回火炉中，以小于50℃/h的升温速度升至250～320℃，保温6～8小时；
(10)出炉空冷。
实施例1
一种过共晶白口铸铁及其制造方法，白口铸铁按质量百分含量计的化学成分如下：c4.02%、cr31%、si0.5%、mn0.8%、ti1.5%、w3.5%、p和s≤0.04%、al0.02、y0.1%、余量为fe。
实施例2
一种过共晶白口铸铁及其制造方法，白口铸铁按质量百分含量计的化学成分如下：c5.65%、cr40%、si1.0%、mn1.6%、ti3.0%、w5.0%、p和s≤0.04%、al0.05%、y0.3%、余量为fe。
本发明提出的一种过共晶白口铸铁及其制造方法，组分新颖，制作过程合理清晰，提供了耐高温抗磨白口铸铁件的化学成分配比，铬元素可以改变共晶碳化物类型，改善碳化物的形态，提高铸件的硬度和耐磨性；在白口铸铁件中添加了硼元素，硼元素进入碳化物，形成硬度较高的化合物，从而增强基体对碳化物的支撑作用，也稳定了铸件的高温硬度和耐磨性；添加镍元素、钼元素，镍元素为了抵消高碳和硼对铸件韧性的影响，降低铸件的裂纹趋势；钼元素可以强化基体，提高铸件的淬透性。在工艺上采取了浇注后保温冷却，以防止由于高碳和硼元素对白口铸铁件产生热裂趋势。上述特点使本发明铸铁件铸态保温慢冷状态硬度hrc≥61；淬火回火后硬度hrc≥66，在700℃温度下仍可以保持硬度hrc≥61，其耐腐蚀性也优于现有白口铸铁件，特别适合用作高温条件下工作的耐磨工件。