專利名稱：含鈦鉻耐磨鑄鐵及其熱處理工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種含鈦鉻耐磨鑄鐵，以及這種含鈦鉻耐磨鑄鐵的熱處理工藝。
鈦是一種強碳化物形成元素，所形成的TiC碳化物顯微硬度(Hv3200)比Cr7C3碳化物硬度(Hv1200～1800)高的多。在耐磨鑄鐵和耐磨鑄鋼中，少量的鈦(0.05-0.6％)就具有細化晶粒、產(chǎn)生彌散強化等作用，提高耐磨性。專利號為8710553.7的中國發(fā)明專利申請文獻公開了一種磷銅鈦多元素中錳耐磨鑄鐵，其具體化學成分(重量百分數(shù))如下C3.0-4.0％，Si3.0-4.5％，Mn4.0-7.0％，P0.4-0.08％，S＜0.03％，Cu0.4-0.9％，V0.02-0.12％，Ti0.07-0.15％，Re0.005～0.02％，Mg0.005-0.02％，余量為鐵。其中的鈦一方面與釩元素形成釩鈦碳氮化合物，具有很高的顯微硬度呈彌散狀態(tài)分布于鑄鐵基體中，提高了鑄鐵的強度和硬度，一方面有利于石墨化并細化石墨，提高了耐磨性，但其平均硬度僅為HRC45，組織中的釩鈦碳氮化合物僅占極少量，難以起到抵抗堅硬磨料刮擦、磨削的支撐點作用，耐磨性仍然不佳。專利申請?zhí)枮?9104726.3的文獻公開了一種耐磨高鉻鑄鐵，其具體化學成分(重量百分數(shù))如下C2.9～3.2％，Mo1.2～2.0％，Cr18.0～20.0％，V4.0～5.0％，Si0.4～0.8％，Mn0.4～1.0％，Cu0.8～1.2％，Re0.05～0.5％，S≤0.05％，P≤0.08％，其余為鐵。該材質(zhì)不含鈦元素，而是在高鉻白口鑄鐵的基礎上增加釩的含量，形成了高硬度VC碳化物，提高了材質(zhì)耐磨性。其材質(zhì)的組織特征及性能特點也基本與高鉻白口鑄鐵相同，耐磨性雖然提高了約30％，但其性能價格比并不比高鉻白口鑄鐵高，不易在市場推廣應用。
本發(fā)明的技術方案是含鈦鉻耐磨鑄鐵，其組成和重量百分比如下C 2.0～3.5％Ti1.5～5.0％Cr11.0～14.0％ Mn≤1.0％Si0.6～1.8％P≤0.06％S≤0.05％其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
進一步改進本發(fā)明的上述配方組成，可得到以下優(yōu)化方案1、Ti＞4.0％時，Si＞1.5％。
2、含鈦鉻耐磨鑄鐵的組分中還可加入Mo，0.5～1.5％(重量百分數(shù))。
3、含鈦鉻耐磨鑄鐵的組分中還可加入Re，其重量百分數(shù)為0.03～0.05％。
本發(fā)明含鈦鉻耐磨鑄鐵的化學成分限定范圍理由如下
(1)碳C是碳化物的形成元素，而在耐磨鑄鐵中，碳化物的組成、形態(tài)、分布及數(shù)量是決定其性能的關鍵因素。在亞共晶范圍內(nèi)，隨含碳量增加，產(chǎn)生碳化物的數(shù)量相應增加，硬度提高，但脆性增加，韌性下降。含碳量過低時材質(zhì)中碳化物減少，對鑄鐵的耐磨性不利。兼顧考慮碳量控制在2.0～3.5％；(2)鈦Ti含量在1.5％以上。含量過低，所析出的TiC碳化物量少，材料的性能仍會以Cr7C3型碳化物特性為主，只有當TiC碳化物量達10％以上時，其作用才會顯著。但鈦合金價格較高，含量高成本也相應增加較多，因此其最高含量不超過5.0％；(3)鉻組織中僅有TiC碳化物是不足以抵抗硬磨料的磨損的，還需加入一定量Cr，以形成顯微硬度較高的Cr7C3型碳化物，作為對碳化物總含量的補充。鉻含量與碳含量有關，即Cr/C值，考慮材質(zhì)碳化物總含量范圍，鉻含量控制在11.0～14.0％，Cr/C值控制在3.5以上；(4)錳Mn主要起脫氧除氣作用，含量過高會產(chǎn)生大量殘余奧氏體，對材料耐磨性不利，應控制在1.0％以下。
(5)硅Si能改善鑄鐵的鑄造性能，且有利于鐵水脫氧除氣，還能使碳化物團塊化。但含硅量過高會增加材質(zhì)的脆性。試驗證明，Si和Ti同時加入比單獨加入相同含量的Ti或Si能獲得更好的耐磨性，且若Ti＞4.0％，則Si＞1.5％。因而其最高含量控制在0.6-1.8％以內(nèi)；(6)磷、硫P、S是隨爐料或合金化過程中混入的有害雜質(zhì)，應越低越好；(7)鉬Mo是顯著提高淬透性元素，既可固溶于鐵素體或奧氏體，又可形成碳化物及復雜的多元碳化物，Mo分布在共晶碳化物和基體間，能細化碳化物和晶粒。但含量過高會使脆性碳化物量增加，提高材料成本，故其含量控制在0.5～1.5％；(8)稀土Re在本發(fā)明中是以變質(zhì)劑加入的。它能細化晶粒、凈化晶界、改善碳化物形態(tài)和分布，促使碳化物呈孤立狀均勻分布，對韌性、抗彎強度、硬度的提高均有益處。加入量少時效果不明顯，加入量過多又會生成稀土夾雜物，降低材質(zhì)的韌性，惡化性能。合適的稀土殘余量為0.03～0.05％。
本發(fā)明的工藝流程為配料—熔煉—調(diào)整成分—加變質(zhì)劑—出爐—澆注—熱處理。其中熱處理工藝為是針對本發(fā)明設計的。
含鈦鉻耐磨鑄鐵的熱處理工藝，其步驟是加熱至淬火溫度1040℃～1060℃，保溫5～15分鐘以均勻化組織，空冷至室溫。
本發(fā)明優(yōu)點(與高鉻白口鑄鐵相比)是通過加入一定量的鈦元素，使組織中出現(xiàn)微觀尺寸的富鈦碳化物顆粒，均勻彌散分布于基體中。由于TiC碳化物顯微硬度極高，且呈彌散圓形顆粒狀分布，對基體的割裂作用很小，大幅度提高材料耐磨性，其耐磨性是高鉻白口鑄鐵的2-3倍，而成本與其基本相當，且制造工藝簡便，是一種新型高性能耐磨材料。
根據(jù)以上重量百分數(shù)，其工藝步驟是將生鐵、廢鋼、鉻鐵、鉬鐵放入爐內(nèi)加熱熔化，將鈦鐵放在加熱爐內(nèi)預熱至500℃左右。爐內(nèi)鐵水升溫至1550℃～1600℃左右時，插鋁充分脫氧后分批加入鈦鐵。出爐前5min內(nèi)加入硅鐵、錳鐵。溫度升至1500℃左右時再次插鋁脫氧后出爐。采用包內(nèi)沖入法加入稀土變質(zhì)。
用砂型鑄造，澆注溫度1430～1450℃，澆注破碎機板錘，每塊重約150公斤。板錘冷卻后，清理。
熱處理將板錘加熱至1050℃，保溫3小時，空冷至室溫。熱處理后的機械性能為硬度＝HRC 63，沖擊韌性αK值＝7.5-9J/cm2。金相組織為馬氏體+殘余奧氏體+碳化物。
裝機考核證明，本發(fā)明材質(zhì)板錘的使用壽命是原KmTBCr20Mo高鉻白口鑄鐵材質(zhì)板錘的2.3倍。
實施例2熔煉條件與實施例1相同，化學成份(重量百分比)為
C 3.2％ Ti 2.6％ Cr 13.0％Mn 0.85％Si 0.75％Re殘余量0.03％其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
熔煉過程基本同實施例1。
澆注破碎機噴射口襯板，每塊重約8公斤。襯板冷卻后，清理。
熱處理工藝同實施例1。熱處理后的機械性能為硬度＝HRC 64.5，沖擊韌性αK值＝6-8J/cm2。金相組織為馬氏體+殘余奧氏體+碳化物。
經(jīng)裝機考核證明，本發(fā)明材質(zhì)噴射口襯板的使用壽命是原KmTBCr15Mo3高鉻鑄鐵材質(zhì)襯板的2.7倍。
實施例3，與實施例1基本相同，但各組分比例為C 2.0％ Ti1.5％ Cr 14.0％Mn0.85％Si0.60％Re殘余量0.05％其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
實施例4，與實施例1基本相同，但各組分比例為C 3.5％ Ti 5.0％ Cr 11.0％Mn0.85％Si 1.80％Re殘余量0.04％其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
實施例5，與實施例1基本相同，但其中Mo為0.5％。
實施例6，與實施例1基本相同，但其中Mo為1.5％。
權(quán)利要求
1.一種含鈦鉻耐磨鑄鐵，其組成和重量百分比如下C 2.0～3.5％ Ti 1.5～5.0％Cr11.0～14.0％Mn ≤1.0％Si0.6～1.8％ P≤0.06％S≤0.05％其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
2.照權(quán)利要求1所述的含鈦鉻耐磨鑄鐵，其特征是當Ti＞4.0％時，Si＞1.5％。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的含鈦鉻耐磨鑄鐵，其特征是組分中還可加入Mo，其重量百分數(shù)為0.5～1.5％。
4.按照權(quán)利要求1或2所述的含鈦鉻耐磨鑄鐵，其特征是組分中還可加入Re，其重量百分數(shù)為0.03～0.05％。
5.按照權(quán)利要求3所述的含鈦鉻耐磨鑄鐵，其特征是組分中還可加入Re，其重量百分數(shù)為0.03～0.05％。
6.含鈦鉻耐磨鑄鐵的熱處理工藝，其步驟是加熱至淬火溫度1040℃～1060℃，保溫一段時間，空冷至室溫。
全文摘要
含鈦鉻耐磨鑄鐵，其組成和重量百分比是C2.0～3.5％；Ti1.5～5.0％；Cr11.0～14.0％；Mn≤1.0％；Si0.6～1.8％；P≤0.06％；S≤0.05％；其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。優(yōu)化方案有1、當Ti＞4.0％時，Si＞1.5％。2、含鈦鉻耐磨鑄鐵的組分中還可加入Mo，0.5～1.5％(重量百分數(shù))。3、含鈦鉻耐磨鑄鐵的組分中還可加入Re，其重量百分數(shù)0.03～0.05％。本發(fā)明提供的熱處理工藝是加熱至淬火溫度1040℃～1060℃，保溫一段時間(5～15分鐘)，空冷至室溫。本發(fā)明具有比高鉻白口鑄鐵高得多的耐磨性和沖擊韌性。
文檔編號C22C37/06GK1425791SQ03112640
公開日2003年6月25日 申請日期2003年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月9日
發(fā)明者丁麗, 宋潤澤, 劉懷鈞, 沈衛(wèi)東, 謝平 申請人:江蘇省機電研究所有限公司