專利名稱:磷銅鈦多元素中錳耐磨鑄鐵的制作方法
本發(fā)明屬于金屬耐磨材料技術(shù)領(lǐng)域：
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現(xiàn)行我國礦山、水泥、化工和電力等部門，每年因磨料磨損消耗的抗磨金屬備件超過100萬噸。為了提高其耐磨性能和使用性能，節(jié)約原材料消耗，國內(nèi)外的研究正向合金鋼、合金鑄鐵方向發(fā)展，如球磨機磨球和襯板、破碎機錘頭等耐磨備件，除通常使用的普通鍛鋼、滲碳鋼、高錳鋼材料外，已有高耐磨性能的高鉻合金鋼、高鉻鑄鐵、鉻系、錳系等耐磨材料相繼出現(xiàn)。
高鉻合金鋼、高鉻鑄鐵、鉻系耐磨材料，其耐磨性能比普通鍛鋼、滲碳鋼、高錳鋼好，使用壽命長。特別是鉻系耐磨材料，如含鉻2.7～7.0%，含鉬0.2～0.7%，含銅0.3～0.8%，含錳0.5～1.5%的耐磨鑄鐵，具有良好的耐磨性能和綜合機械性能，是一種較為理想的耐磨材料。但我國鉻合金資源較缺，生產(chǎn)成本高，推廣面受限。
錳系耐磨材料，目前國內(nèi)應(yīng)用較多的是含錳量為5～9.5%的中錳球墨鑄鐵，該材料具有良好的耐磨性能，而且我國錳合金資源豐富，價格較為便宜，但其生產(chǎn)工藝復(fù)雜，在推廣運用上有其局限性。
上述各種耐磨材料，無論其耐磨性能如何，但都有一個共同點即材料中合金元素磷的含量均小于0.45%。
參考文獻(xiàn)〔《鑄鐵手冊》(機械工業(yè)出版社1979年版)〕中，介紹了磷銅鈦耐磨鑄鐵(含磷0.35～0.6%，含銅0.6～1.0%，含鈦0.09～0.15%)、磷稀土耐磨鑄鐵等高磷耐磨鑄鐵，因含磷量高(0.35～0.65%)，脆性大而只能用于在有潤滑劑條件下工作的備件，如機床導(dǎo)軌、發(fā)動機缸套等。
我國云南省祿豐鋼鐵廠生產(chǎn)的祿豐生鐵，長期以來由于含磷高而得不到廣泛運用。祿豐生鐵中還含有一定量的銅、鈦、釩和微量的鉬、鉻、鈮、硼、鎢、稀土等元素，過去一直作為普通生鐵和煉鋼生鐵使用(作為配料加入含磷低的生鐵中)，對國家資源造成了極大浪費。
為開發(fā)利用祿豐高磷生鐵(以下簡稱高磷生鐵)，以高磷生鐵為原料，曾試制了灰鑄鐵、球墨鑄鐵、中錳球墨鑄鐵磨球，其效果都不太理想。
為了尋求一種能充分利用天然資源-高磷生鐵的有效途徑，根據(jù)其生鐵成分含量的特性特點，研制出一種耐磨性能好、使用壽命長、制造成本低的耐磨材料，為高磷生鐵的推廣運用開辟新的途徑，特設(shè)計了本發(fā)明。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，可以利用天然(也可以人為按比例要求配制)含磷、銅、鈦、釩以及微量的鉬、鉻、鈮、硼、鎢、稀土等元素的生鐵作為原料，適當(dāng)提高錳、硅含量，用稀土鎂中間合金進(jìn)行微合金化處理，得到一種新的耐磨材料-磷銅鈦多元素中錳耐磨鑄鐵，其化學(xué)成分為(重量百分比)C3.0～4.0%，Si3.0～4.5%、Mn4.0～7.0%、P0.4～0.8%、S＜0.03%、Cu0.4～0.9%、V0.02～0.12%、Ti0.07～0.15%、Re0.005～0.02%、Mg0.005～0.02%，余量為鐵和其它微量元素。微量元素主要有Mo、Cγ、Nb、B、W、Re等，其微量元素的總含量為0.07～0.12%。
在鑄鐵中，當(dāng)平均含磷量超過0.06～0.08%時，組織中就會形成二元或三元磷共晶，其性質(zhì)硬而脆，能增加鑄鐵的硬度，但降低韌性。高磷生鐵的磷含量為0.4～0.8%，若采取一定措施，如增加鑄鐵的冷卻速度、采用孕育處理等措施，控制磷共晶的形成和分布，抑制三元磷共晶的形成，使之形成二元磷共晶並成斷續(xù)網(wǎng)狀均勻分布在鑄鐵中，就能發(fā)揮其耐磨的優(yōu)點而減少磷的危害性。
當(dāng)鑄鐵中的含銅量大于0.5%時，能促進(jìn)並細(xì)化珠光體，顯著提高珠光體的顯微硬度，銅還能改善石墨使之細(xì)化和均勻分布，從而提高鑄鐵的強度、硬度以及耐磨性。但當(dāng)銅含量大于1～1.5%時，會降低機械性能，特別是沖擊韌性。高磷生鐵天然含銅為0.4～0.9%，對提高鑄鐵的耐磨性很有利。
鑄鐵中的釩鈦元素與碳氮親合力很強，形成釩鈦碳氮化合物，具有很高的顯微硬度並呈彌散狀態(tài)分布于鑄鐵基體中，提高了鑄鐵的強度和硬度。鈦還有利于石墨化並細(xì)化石墨，鈦在0.09～0.15%范圍內(nèi)，提高耐磨性很顯著。高磷生鐵天然含鈦量為0.07～0.15%，對獲得耐磨鑄鐵較為有利。
錳是一種穩(wěn)定碳化物元素，並能降低奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變溫度，在連續(xù)冷卻條件下對獲得細(xì)密的珠光體、索氏體、馬氏體組織非常有利。錳分別溶于基體組織及碳化物內(nèi)，既強化了基體又增加了碳化物的彌散度和穩(wěn)定性，對提高鑄鐵的耐磨性具有良好作用。在鑄鐵中適當(dāng)加入錳合金，使錳含量控制在4.0～7.0%。
為配合錳含量的增加，控制碳化物含量，加入適量硅鐵合金，使硅含量為3.0～4.5%。
用適量的稀土鎂合金進(jìn)行微合金化中間處理，使鑄鐵中的殘余稀土量為0.005～0.02%，殘余鎂量小于0.02%，以細(xì)化石墨和基體組織，細(xì)化磷共晶並改善磷共晶的分布。
高磷生鐵中天然含有的微量鉬、鉻、鈮、硼、鎢、稀土等元素，對提高鑄鐵的耐磨性能和綜合機械性能都是有利的。
控制雜質(zhì)硫的含量低于0.03%。
可用于生產(chǎn)磷銅鈦多元素中錳耐磨鑄鐵的天然生鐵-高磷生鐵的化學(xué)成分為(重量百分比)C3.0～4.0%、Si1.25～2.5%、Mn0.5～1.3%、P0.4～0.8%、S＜0.06%、Cu0.4～0.9%、V0.02～0.12%、Ti0.07～0.15%，還含有微量的Mo、Cγ、Ni、B、W、Re等元素，且微量元素的總含量為0.07～0.12%。
本發(fā)明為合理利用天然資源開辟了新的途徑，利用天然含磷、銅、鈦等多元素的生鐵(或其它生鐵人為配制其成分)，生產(chǎn)得到的中錳耐磨鑄鐵，具有良好的耐磨性能和使用性能，產(chǎn)品成本低，生產(chǎn)工藝比中錳球墨鑄鐵簡單。該材料可用于制造球磨機磨球和襯板、破碎機錘頭、絞泥機襯套等各類機械耐磨備件。
實施例一用磷銅鈦多元素中錳耐磨鑄鐵，生產(chǎn)出一批φ60～φ100的磷銅鈦多元素中錳耐磨鑄鐵磨球。對磨球進(jìn)行化學(xué)成分、金相組織以及機械性能檢驗，並進(jìn)行裝機試驗，情況如下(一)采取隨機取樣方式，對φ80球進(jìn)行全面分析，結(jié)果見表1。
(二)在云南省楚雄州水泥廠φ1.5×5.7礦渣水泥熟料磨內(nèi)進(jìn)行裝機試驗，結(jié)果見表2。
(三)高磷鐵生產(chǎn)的各種磨球性能對比見表3。
實施例二用磷銅鈦多元素中錳耐磨鑄鐵澆鑄成PC88-單轉(zhuǎn)子不可逆式破碎機錘頭。錘重8公斤，其化學(xué)成分和金相組織同實施例一的磨球。平均硬度為(HRC)45，用于破碎石灰石，其使用壽命為45天(每天按24小時計)。
表權(quán)利要求
1.一種磷銅鈦多元素中錳耐磨鑄鐵，其特征是該鑄鐵成分為(重量百分比)C3.0～4.0%、Si3.0～4.5%、Mn4.0～7.0%、P0.4～0.8%、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。
2.由權(quán)力要求1所述的鑄鐵，其特征是該鑄鐵的成分為(重量百分比)C3.2～3.8%、Si3.2～4.0%、Mn5.0～6.0%、P0.4～0.7%、S＜0.03%、Cu0.5～0.9%、V0.05～0.1%、Ti0.09～0.15%、Re0.01～0.02%、Mg0.01～0.02%，余量為鐵。
3.由權(quán)力要求1或2所述的鑄鐵，其特征是余量鐵中還含有微量的Mo、Cγ、Nb、B、W、Re等元素，且微量元素的總含量為0.07～0.12%。
專利摘要
本發(fā)明屬于金屬耐磨材料技術(shù)領(lǐng)域：
。本發(fā)明提供了一種磷銅鈦多元素中錳耐磨鑄鐵，其特征是該鑄鐵的成分為(重量百分比)C3.0～4.0％、Si3.0～4.5％、Mn4.0～7.0％、P0.4～0.8％、S＜0.03％、Cu0.4～0.9％、V0.02～0.12％、Ti0.07～0.15％、Re0.005～0.02％、Mg0.005～0.02％，余量為鐵和其它微量元素。該鑄鐵具有良好的耐磨性能和使用性能等特點，產(chǎn)品成本低。
文檔編號C22C37/10GK87105537SQ87105537
公開日1988年3月9日 申請日期1987年8月8日
發(fā)明者周玉書, 張兆康, 許光奎, 嚴(yán)思琪, 揭學(xué)周 申請人:云南省楚雄州祿豐鋼鐵廠, 冶金工業(yè)部攀枝花鋼鐵研究院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan