專利名稱：一種耐磨可鍛鑄鐵材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，涉及一種耐磨可鍛鑄鐵材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
在金屬材料領(lǐng)域中，耐磨鑄鐵作為低成本耐磨材料一直受到普遍重視。CN87105171 —種用代鉍合金生產(chǎn)可鍛鑄鐵新工藝，其是用一種新型合金作為孕 育劑加入，能促成可鍛鑄鐵壞件形成白口，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的金屬純鉍。該合金是由銅、鉛、錫 冶金精煉時產(chǎn)生的煙塵或電解陽極泥中提出，在冶金精煉過程中富集為含鉍15 30%， 鉛60—70%并含少量其它元素的合金。爐前采用硅鐵、鋁與該合金復(fù)合孕育，可以實現(xiàn) 720 750°C范圍低溫退火，獲得鐵素體加石墨的黑心可鍛鑄鐵。該合金價格僅為金屬純 鉍的1/2 1/5。
遼寧工學(xué)院學(xué)報1997年第1期的李德等研究了用增加珠光體方法提高可鍛鑄鐵電力 金具的服役壽命。鐵索體基體的可鍛鑄鐵通過低溫正火(790-820’ c)可獲得20 60 %的 細(xì)珠光體組織，且分布均勻，使之整體硬度由HB120提高到HB185。當(dāng)珠光體含量少于30% 時，鑄鐵沖擊韌性未見明顯下降。隨著珠光體含量的增加，鑄鐵抗粘著磨損的性能提高。沖 擊韌性為 4. 2-20. 5J/cm2，硬度為 HB114-220。盡管采取措施，但是可鍛鐵韌性不足。因此，對于材料耐磨性的提高也受到了限 制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對上述技術(shù)缺陷，提供一種耐磨可鍛鑄鐵材料，該材料具有 良好的性能。本發(fā)明的另一目的是提供一種耐磨可鍛鑄鐵材料的制備方法，該制備方法工藝簡 單，生產(chǎn)成本低，適于工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的
一種耐磨可鍛鑄鐵材料，其特征在于該材料以可鍛鑄鐵為基體，在基體中分布著由高 碳鋼絲及鐵絲形成的金屬絲團，所用高碳鋼絲和鐵絲直徑均為l_2mm ；材料中高碳鋼絲與 鐵絲的總體長度相當(dāng)，金屬絲團的直徑為10_15cm ；高碳鋼絲和鐵絲兩者共占材料的體積 百分比為5-40% ；
可鍛鑄鐵基體的化學(xué)成分的重量百分含量C為2. 2% 2. 4%，Si為1. 1% 1. 3%, Mn 為 0.4-0.6%, Zr 為 0.5-1%, P<0. 08%, S <0. 25%,其余為 Fe。所述高碳鋼絲的化學(xué)成分的重量百分含量為C為0. 55% 0. 8%，Si為0. 18% 0. 21%, Mn 為 0. 45-0. 65%, Ρ<0· 02%, S <0. 02%,其余為 Fe ；
所述鐵絲的化學(xué)成分的重量百分含量為c為0. 05-0. 09%，Si為0. 2% 0. 3%, Mn為 0. 25-0. 35%, P<0. 02%, S <0.025%,其余為 Fe。基體中還分布著化合物Ni3Si和Ni3C顆粒。
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一種耐磨可鍛鑄鐵材料的制備方法，其特征在于它包括以下步驟
鍍鎳高碳鋼絲及鍍鎳鐵絲的準(zhǔn)備取直徑為l-2mm、成分重量百分含量C為0. 55% 0. 8%, Si 為 0. 18% 0. 21%, Mn 為 0. 45-0. 65%, Ρ<0· 02%, S <0. 02%,其余為 Fe 的高碳 鋼絲；另取直徑為l_2mm、成分重量百分含量C為0. 05-0. 09，Si為0. 2% 0. 3%, Mn為 0. 25-0. 35%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余為！^的鐵絲，所取高碳鋼絲與鐵絲的總體長度相 當(dāng)，控制高碳鋼絲和鐵絲兩者共占材料的體積百分比為5-40% ；高碳鋼絲和鐵絲分別按常 規(guī)方法在表面鍍鎳，鍍鎳層的厚度均為50-500微米；
按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法將上述鍍鎳高碳鋼絲及鍍鎳鐵絲各取一根絲形成球狀的混 合雙絲金屬絲團，金屬絲團直徑為10-15cm，將若干金屬絲團放入鑄型下型型腔中，金屬絲 團的松緊程度由高碳鋼絲和鐵絲兩者共占材料的體積百分比決定，保證金屬絲團正好放滿 鑄型；布置完畢后，將鑄型的上型蓋于下型上，合箱完畢后等待鐵水澆注；
可鍛鑄鐵材料基體的準(zhǔn)備按重量百分含量C為2. 2% 2. 4%，Si為1. 1% 1. 3%, Mn 為0.4-0. 6%，^ 為0.5-1%，P<0. 08%, S <0. 2596，其余為！^的可鍛鑄鐵進(jìn)行配料；可鍛鑄 鐵在原料感應(yīng)電爐中熔化，形成液態(tài)鐵水，熔化溫度為1450-1500°C ；
將上述可鍛鑄鐵鐵水澆入裝有金屬絲團的干砂鑄型；液態(tài)鐵水將金屬絲團包圍，然后 冷卻凝固，再將凝固得到的鑄鐵放入電爐中熱處理加熱到920-950°C，保溫5-9小時后隨爐 冷卻，即得到以可鍛鑄鐵為基的其中分布有金屬絲團的耐磨可鍛鑄鐵材料。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)的有益效果如下
1、本發(fā)明材料中高碳鋼絲及鐵絲自身具有相當(dāng)?shù)膹姸群洼^高的韌性。鋼絲及鐵絲和 可鍛鐵的基體都是鐵，因此鋼絲及鐵絲和可鍛鐵很容易結(jié)合起來，形成很好的冶金結(jié)合。這 樣，鐵絲分布在脆性可鍛鐵中，對材料具有很好的增強增韌作用。高碳鋼絲分布在可鍛鐵 中，大大提高了材料的耐磨性能。2、可鍛鐵鐵水進(jìn)入鑄型型腔與鋼絲和鐵絲表面的鎳接觸后，絲表面的Ni熔于鐵 水，鐵水中的C、Si和鋼絲及鐵絲表面的Ni反應(yīng)形成特殊化合物Ni3Si，Ni3C分布于基體 中。，形成的這種特殊化合物進(jìn)一步提高了材料的耐磨性。3,Zr對可鍛鐵的組織具有顯著細(xì)化的作用，對于可鍛鐵的增韌有重要的作用。另 外C和ττ也會形成C和ττ化合物&C，有助于材料耐磨性的提高。本發(fā)明材料中的P、S為材料中的雜質(zhì)，控制在允許的范圍。4、本發(fā)明的材料不用貴重稀土元素，材料成本低，制備工藝簡便，生產(chǎn)成本低，生 產(chǎn)的合金材料性能好，而且非常便于工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明各材料的性能見表1。


圖1為本發(fā)明實施例一制得的耐磨可鍛鑄鐵材料的金相組織。圖1可以看到在可鍛鑄鐵與金屬絲結(jié)合。
具體實施例方式以下各實施例僅用作對本發(fā)明的解釋說明，其中的重量百分比均可換成重量g、kg 或其它重量單位。以下高碳鋼絲及鐵絲均為市購，鍍層自制。
實施例一
鍍鎳高碳鋼絲及鍍鎳鐵絲的準(zhǔn)備
高碳鋼絲成分的重量百分含量為c為0. 55%，Si為0. 18%, Mn為0. 45%, P<0. 02%, S <0. 02%,其余為Fe，直徑為Imm0鐵絲成分的重量百分含量為C為0. 05%，Si為0.覬，Mn為0.25 P<0. 02%, S <0. 025%,其余為狗，直徑為1mm。所取高碳鋼絲與鐵絲的總體長度相當(dāng)，控制高碳鋼絲及鐵 絲二者共占材料的體積百分比為5%。高碳鋼絲和鐵絲分別按常規(guī)方法在表面鍍鎳，鍍鎳層的厚度均為50微米； 制備過程如下
按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法將上述鍍鎳高碳鋼絲及鍍鎳鐵絲各取一根絲形成球狀的混 合雙絲金屬絲團(兩種金屬絲各取一根成團，形成雙絲金屬絲團可按洗碗用的清潔球或稱 鋼絲球的方法制作)，金屬絲團直徑為15cm，將若干金屬絲團放入鑄型下型型腔中，金屬絲 團的松緊程度由高碳鋼絲和鐵絲兩者共占材料的體積百分比決定，保證金屬絲團正好放滿 鑄型；布置完畢后，將鑄型的上型蓋于下型上，合箱完畢后等待鐵水澆注；
可鍛鑄鐵材料基體的準(zhǔn)備按重量百分含量C為2.2%，Si為1.1%，Mn為0.4%，Ir為 0. 5%, P<0. 08%, S <0. 25%,其余為!^e的可鍛鑄鐵進(jìn)行配料；可鍛鑄鐵在原料感應(yīng)電爐中 熔化，熔化溫度為1475-1480°C ；
將上述可鍛鑄鐵鐵水澆入裝有金屬絲團的干砂鑄型；液態(tài)鐵水將金屬絲團包圍，然后 冷卻凝固，再將凝固得到的鑄鐵放入電爐中熱處理加熱到920°C，保溫5小時后隨爐冷卻， 即得到以可鍛鑄鐵為基的其中分布有金屬絲團的耐磨可鍛鑄鐵材料。 實施例二
可鍛鑄鐵材料基體成份按重量百分含量C為2.4%，Si為1.3%，Mn為0.6%，^ 為1%， Ρ<0· 08%, S <0. 25%,其余為Fe進(jìn)行配料。鍍鎳高碳鋼絲及鍍鎳鐵絲的準(zhǔn)備
高碳鋼絲成分的重量百分含量為c為0. 8%，Si為0. 21%, Mn為0. 65%, P<0. 02%, S <0. 02%,其余為Fe ；直徑為2mm。鐵絲成分的重量百分含量為C為0. 09%, Si為0. 3%, Mn為0. 35%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余為Fe ；直徑為2mm。所取高碳鋼絲與鐵絲的總體長度相當(dāng)，高碳鋼絲及鐵絲二者占材料的體積百分比 為 40% ο高碳鋼絲和鐵絲分別按常規(guī)方法在表面鍍鎳，分別形成鍍鎳高碳鋼絲及鍍鎳鐵 絲，鍍鎳層的厚度均為500微米；按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法制作帶鍍層的兩種金屬絲混合 的雙絲金屬絲團，金屬絲團直徑為10cm。制備過程中，將凝固得到的鑄鐵放入電爐中熱處理加熱到950°C，保溫9小時。其 余制備過程同實施例一。實施例三
可鍛鑄鐵材料基體成份按重量百分含量C為2.3%，Si為1.2%，Mn為0.5%，Ir為 0. 7%, P<0. 08%, S <0. 25%,其余為！^ 進(jìn)行配料。鍍鎳高碳鋼絲及鍍鎳鐵絲的準(zhǔn)備高碳鋼絲成分的重量百分含量為C為0. 7%，Si為0. 19%, Mn為0. 55%, P<0. 02%, S <0. 02%,其余為Fe ；直徑為1. 2mm。鐵絲的成分的重量百分含量為C為0. 07，Si為0. 25%, Mn為0. 3%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余為Fe ；直徑為1. 2mm。所取高碳鋼絲與鐵絲的總體長度相當(dāng)，控制高碳鋼絲及鐵絲二者占材料的體積百 分比為25%。高碳鋼絲和鐵絲分別按常規(guī)方法在表面鍍鎳，鍍鎳層的厚度均為200微米；按 清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法制作帶鍍層的兩種金屬絲混合的雙絲金屬絲團，金屬絲團直徑為 15cm0制備過程中，將凝固得到的鑄鐵放入電爐中熱處理加熱到940°C，保溫7小時。其 余制備過程同實施例一。對比實施例四原料配比不在本發(fā)明范圍內(nèi)的實例
可鍛鑄鐵材料基體成份按重量百分含量C為2.1%，Si為1%，Mn為0.3%，^ 為0. 3%， P<0. 08%, S <0. 25%,其余為！^進(jìn)行配料。鍍鎳高碳鋼絲及鍍鎳鐵絲的準(zhǔn)備
高碳鋼絲成分的重量百分含量為c為0. 3%，Si為0. 13%, Mn為0. 2%, P<0. 02%, S <0. 02%,其余為Fe。直徑為0.8mm。鐵絲成分的重量百分含量為C為0. 02%, Si為0. 1%, Mn為0. 2%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余為Fe ；直徑為0. 8mm。高碳鋼絲及鐵絲長度相當(dāng)，高碳鋼絲及鐵絲二者占材 料的體積百分比為4%。高碳鋼絲及鐵絲表面不鍍鎳。按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法制作兩種金屬絲混合的雙 絲金屬絲團，金屬絲團直徑為10cm。材料放入電爐中熱處理加熱到910°C，保溫4小時。其余制備過程同實施例一。對比實施例五原料配比不在本發(fā)明范圍內(nèi)的實例
可鍛鑄鐵材料基體成份按重量百分含量C為2.6%，Si為1.5%，Mn為0.7%，Ir為2\ P<0. 08%, S <0. 25%,其余為！^進(jìn)行配料。鍍鎳高碳鋼絲及鍍鎳鐵絲的準(zhǔn)備
高碳鋼絲成分的重量百分含量為C為0.9%，Si為0.3%，Mn為0.7%，P<0. 02%, S <0. 02%,其余為!^e。直徑為3mm。鐵絲的化學(xué)成分的重量百分含量為C為0. 1%，Si為0. 4%, Mn為0. 4%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余為Fe ；直徑為3mm。高碳鋼絲及鐵絲長度相當(dāng)，高碳鋼絲及鐵絲 二者占材料的體積百分比為45%。高碳鋼絲及鐵絲表面不鍍鎳。按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法制作兩種金屬絲混合的雙 絲金屬絲團，金屬絲團直徑為15cm。材料放入電爐中熱處理加熱到960°C，保溫10小時。其它制備過程同實施例一。表 權(quán)利要求
1.一種耐磨可鍛鑄鐵材料，其特征在于該材料以可鍛鑄鐵為基體，在基體中分布著 由高碳鋼絲及鐵絲形成的金屬絲團，所用高碳鋼絲和鐵絲直徑均為l-2mml ；材料中高碳鋼 絲與鐵絲的總體長度相當(dāng)，金屬絲團的直徑為10-15cm;高碳鋼絲和鐵絲兩者共占材料的 體積百分比為5-40% ；可鍛鑄鐵基體的化學(xué)成分的重量百分含量C為2. 2% 2. 4%，Si為1. 1% 1. 3%, Mn 為 0.4-0.6%，Zr 為 0.5-1%，P<0. 08%, S<0. 2596，其余為 Fe。所述高碳鋼絲的化學(xué)成分的重量百分含量為C為0. 55% 0. 8%，Si為0. 18% 0. 21%, Mn 為 0. 45-0. 65%, Ρ<0· 02%, S <0. 02%,其余為 Fe ；所述鐵絲的化學(xué)成分的重量百分含量為C為0. 05-0. 09%，Si為0. 2% 0. 3%, Mn為 0. 25-0. 35%, P<0. 02%, S <0.025%,其余為 Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐磨可鍛鑄鐵材料，其特征在于所述基體中還分布著化合 物Ni3Si和Ni3C顆粒。
3.一種耐磨可鍛鑄鐵材料的制備方法，其特征在于它包括以下步驟鍍鎳高碳鋼絲及鍍鎳鐵絲的準(zhǔn)備取直徑為l_2mm、成分重量百分含量C為0. 55% 0. 8%, Si 為 0. 18% 0. 21%, Mn 為 0. 45-0. 65%, Ρ<0· 02%, S <0. 02%,其余為 Fe 的高碳 鋼絲；另取直徑為l_2mm、成分重量百分含量C為0. 05-0. 09，Si為0. 2% 0. 3%, Mn為 0. 25-0. 35%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余為！^的鐵絲，所取高碳鋼絲與鐵絲的總體長度相 當(dāng)，控制高碳鋼絲和鐵絲兩者共占材料的體積百分比為5-40% ；高碳鋼絲和鐵絲分別按常 規(guī)方法在表面鍍鎳，鍍鎳層的厚度均為50-500微米；按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法將上述鍍鎳高碳鋼絲及鍍鎳鐵絲各取一根絲形成球狀的混 合雙絲金屬絲團，金屬絲團直徑為10-15cm，將若干金屬絲團放入鑄型下型型腔中，金屬絲 團的松緊程度由高碳鋼絲和鐵絲兩者共占材料的體積百分比決定，保證金屬絲團正好放滿 鑄型；布置完畢后，將鑄型的上型蓋于下型上，合箱完畢后等待鐵水澆注；可鍛鑄鐵材料基體的準(zhǔn)備按重量百分含量C為2. 2% 2. 4%，Si為1. 1% 1. 3%, Mn 為0.4-0. 6%，^ 為0.5-1%，P<0. 08%, S <0. 2596，其余為！^的可鍛鑄鐵進(jìn)行配料；可鍛鑄 鐵在原料感應(yīng)電爐中熔化，形成液態(tài)鐵水，熔化溫度為1450-1500°C ；將上述可鍛鑄鐵鐵水澆入裝有金屬絲團的干砂鑄型；液態(tài)鐵水將金屬絲團包圍，然后 冷卻凝固，再將凝固得到的鑄鐵放入電爐中熱處理加熱到920-950°C，保溫5-9小時后隨爐 冷卻，即得到以可鍛鑄鐵為基的其中分布有金屬絲團的耐磨可鍛鑄鐵材料。
全文摘要
本發(fā)明提供一種耐磨可鍛鑄鐵材料及其制備方法，該材料具有良好的性能，其制備方法工藝簡單，生產(chǎn)成本低，適于工業(yè)化生產(chǎn)。該耐磨可鍛鑄鐵材料以可鍛鑄鐵為基體，在基體中分布著高碳鋼絲及鐵絲形成的金屬絲團，所用高碳鋼絲和鐵絲直徑均為1-2mm；高碳鋼絲和鐵絲兩者共占材料的體積百分比為5-40%,金屬絲團的直徑為10-15cm。
文檔編號C22C47/04GK102071377SQ20111000747
公開日2011年5月25日 申請日期2011年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月14日
發(fā)明者王玲, 繆文浩, 趙浩峰 申請人:南京信息工程大學(xué)