本發(fā)明涉及一種灶具爐頭用灰口鑄鐵的抗氧化性能的改善。它是通過(guò)添加微量Cu和Sb元素，控制石墨析出形貌和珠光體片層厚度，在不顯著改變合金的硬度的情況下，提高一種HT200灰口鑄鐵的抗中低溫氧化能力。技術(shù)背景本發(fā)明屬于一種低強(qiáng)度灰口鑄鐵材料，適用于低強(qiáng)度要求的灶具爐頭材質(zhì)。灶具爐頭的作用是實(shí)現(xiàn)燃?xì)馀c空氣的混合，常用的燃?xì)獍ㄌ烊粴?、人工煤氣、液化石油氣等。其中人工煤氣組成波動(dòng)大,含較多硫、氮等制酸成分,對(duì)腐蝕影響較嚴(yán)重。而天然氣燃燒產(chǎn)物中NOx含量較低,幾乎不含SO2。另外，燃燒過(guò)程中產(chǎn)生大量的水蒸氣量，與生活用鹽水等結(jié)合，可在爐頭表面形成復(fù)雜電解質(zhì)，其。因此，爐頭的腐蝕情況比較復(fù)雜，同時(shí)兼有石墨化腐蝕過(guò)程和活化腐蝕過(guò)程，這種情況下，應(yīng)選擇處于接近球鐵狀態(tài)的非連續(xù)細(xì)片狀石墨鑄鐵(灰鑄鐵)作為爐頭鑄鐵的候選組織，從而實(shí)現(xiàn)均勻腐蝕，以提高爐頭耐蝕性。但是，在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，在與火蓋相接觸的部位是爐頭腐蝕最為嚴(yán)重的地方。究其原因，應(yīng)該與熱疲勞相關(guān)：由于與火蓋相接觸的爐頭鑄鐵，在點(diǎn)火燃燒時(shí)，其溫度超過(guò)400℃。在反復(fù)的燃燒-熄火過(guò)程中，鑄鐵存在溫度反復(fù)升降，因而會(huì)產(chǎn)生熱疲勞。從而加劇了鑄鐵基體的氧化和電化學(xué)腐蝕。熱疲勞加劇鑄鐵的電化學(xué)腐蝕過(guò)程主要有兩個(gè)機(jī)理：一是造成鈍化膜脫落，由于鈍化膜與腐蝕基體的熱膨脹性能不一致，當(dāng)鈍化膜增加到一定厚度時(shí)，鈍化膜與基體之間的熱應(yīng)力增加，造成鈍化膜與基體脫離，從而失去保護(hù)作用。二是造成基體產(chǎn)生微裂紋?；铱阼T鐵是第一階段石墨化過(guò)程充分進(jìn)行而得到的鑄鐵，全部或大部分碳以片狀石墨形態(tài)存在，斷口呈灰暗色，因此得名，它包括一般灰口鑄鐵（簡(jiǎn)稱(chēng)灰鑄鐵）、球墨鑄鐵、麻口鑄鐵、孕育鑄鐵、稀土灰口鑄鐵等?；铱阼T鐵其斷口的外貌呈淺灰色，故稱(chēng)為灰口鑄鐵（灰鐵）。此價(jià)格便宜，應(yīng)用廣泛，灰口鑄鐵占鑄鐵的總產(chǎn)量80%以上。目前爐頭所利用的鑄鐵為灰鑄鐵，即一般灰口鑄鐵。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，灰鑄鐵的牌號(hào)主要以抗拉強(qiáng)度為依據(jù)，但大多數(shù)鑄件由不同壁厚的部分組成，壁厚不同造成冷卻速度不同，從而造成組織和性能的差異。根據(jù)灶具爐頭的機(jī)械強(qiáng)度和壁厚要求，一般采用HT200灰口鑄鐵，其主要成分為3.2～3.6%C，2.0～2.4%Si，0.6～0.9%Mn和少量的磷、硫等雜質(zhì)，其余為鐵。硬度是鑄鐵工作性能的基本指標(biāo)之一，它能反映材料的強(qiáng)度、耐磨性和可切削加工性能的優(yōu)劣。灰鑄鐵的布氏硬度范圍為HB110～270。由于灶具爐頭鑄件需要較多的切削加工，因此其適宜的硬度為HB110～200。加入合金元素的目的是提高金屬基體的電極電位,或其熱力學(xué)穩(wěn)定性或使其表面生成電阻極大的腐蝕產(chǎn)物層,特別是表面生成一層鈍化膜,以降低陽(yáng)極、陰極活性。鑄鐵材料中通常加入Ni、Cr、Sb、Cu等,多種元素復(fù)合合金化時(shí)可使鑄鐵的耐蝕性提高3-5倍。目前應(yīng)用比較普遍的低合金鑄鐵有Ni-Cr、Cu-Cr、Cu-Al、Cu-Sb-Cr等。HT200加入l%Cu、1.5%-2%Cr、0.8%-1.2%Mo及Al變質(zhì)劑,可使鑄鐵的耐靜海腐蝕性能提高4倍以上，這要?dú)w功于在腐蝕過(guò)程中表面形成了一種均一、完整、致密的保護(hù)膜。膜內(nèi)富集了大量的元素C、Si、Al、Cr、Mn、O等,且有一定數(shù)量Cu、Mo等,形成金屬及非金屬氧化物及其他物質(zhì)組成的復(fù)合保護(hù)膜?；诣T鐵中(Cu)為0.4%-0.5%時(shí)，Cu以固溶形式存在,提高基體電極電位，w(Cu)＞0.5%時(shí)，鑄鐵中出現(xiàn)自由狀態(tài)Cu，形成堅(jiān)固的保護(hù)膜，同時(shí)有Ni、Cu、Al存在時(shí)能夠提高Cu的固溶度。Sb可提高鑄鐵在酸堿中的耐蝕性，并且是一種強(qiáng)有力的珠光體穩(wěn)定劑,作用比Sn強(qiáng)1倍,比銅強(qiáng)100倍。但是銻合金化急劇降低鑄鐵強(qiáng)度,為改善力學(xué)性能,一般采用Sb、Cu復(fù)合合金化。含Cu0.4%-0.8%、Sb0.1%-0.4%的鑄鐵,可在近海污染的海水中使用。Cr-Sb-Cu鑄鐵在海水中的腐蝕比普通鑄鐵輕,它暴露一年的腐蝕率為0.13mm/a。對(duì)成分為3.2-3.8%C,3.3-3.5%Si、1.5-3.5%Cu、0.5-1.5%Mn、0.1-2.5%Al和0.008-0.2%Sb的鑄鐵采用球化處理,可獲得高強(qiáng)度的耐海水腐蝕鑄鐵件(船舶結(jié)構(gòu)件),其抗拉強(qiáng)度可達(dá)770-800MPa,硬度達(dá)到HB=269-277,腐蝕率為0.039-0.041g/m2h。由上可見(jiàn)，采用Sb、Cu復(fù)合合金化可以改善灰口鑄鐵在海水里的腐蝕性能，但會(huì)導(dǎo)致硬度上升而不利于加工等問(wèn)題，并且其抗熱循環(huán)氧化問(wèn)題一直是個(gè)難題。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種低硬度灰口鑄鐵的制備方法，制備的灰口鑄鐵具有耐500℃以下循環(huán)氧化的特性、可用于灶具爐頭等領(lǐng)域。本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種灰口鑄鐵，其3.2～3.6%C，2.1～2.7%Si，0.3～0.6%Mn，0.2～0.3%Sb、0.1～0.3%Cu和少量的磷、硫雜質(zhì)，其余為鐵。Sb的質(zhì)量百分含量為：0.2～0.25%Sb。Cu的質(zhì)量百分含量為：0.1～0.2%Cu。Sb和Cu的質(zhì)量百分含量分別為0.2～0.25%Sb，0.1～0.2%Cu。本發(fā)明的灰口鑄鐵采用感應(yīng)熔煉和砂模鑄造，熔鑄工藝如下：1、爐料準(zhǔn)備爐料包括生鐵、回爐料、碳素廢鋼、錳鐵、硅鐵、金屬銅和銻，要求純度達(dá)標(biāo)，尺寸符合爐前加料要求。2、澆注鐵水包的準(zhǔn)備使用前，必須對(duì)鐵水包充分烘烤至干，并加熱使用。3、孕育劑、保溫覆蓋劑的準(zhǔn)備選用防水、防潮良好的孕育劑、保溫覆蓋劑，否則應(yīng)在200-400℃下烘烤干后使用。4、裝料熔化及爐前檢驗(yàn)裝料時(shí)應(yīng)先加生鐵和回爐料，大塊料加在坩堝壁周?chē)K料加在爐底及中心并盡量裝滿，送電熔化。生鐵和回爐料全部熔化后，按次序加入各種爐料，按如下順序加入：廢鋼、錳鐵和硅鐵，繼續(xù)加熱，使?fàn)t溫達(dá)到1450～1480℃。5、孕育處理和加金屬銅銻由于Cu、Sb加入量少，為了保證均勻，預(yù)先制備成Cu-48～52%Sb合金，破碎成-200目粉末，并與孕育劑充分混合。提前3～5分鐘清除鐵水包，當(dāng)爐內(nèi)鐵液溫度達(dá)到1450～1480℃時(shí)，切斷電源，迅速將鐵液表面的熔渣及保溫覆蓋劑扒凈，出鐵時(shí)，應(yīng)連續(xù)均勻快速出鐵至需要量。采用隨流加入孕育劑和Cu-Sb合金粉末混合物，即在出鐵時(shí)加入，并攪拌鐵液，使孕育劑和Cu-Sb粉全部熔化，加入保溫覆蓋劑，攪拌鐵液及保溫覆蓋劑，扒凈渣后，迅速將鐵液運(yùn)至澆鑄場(chǎng)地。6、澆鑄澆鑄時(shí)應(yīng)連續(xù)，不允許斷流，并應(yīng)避免渣進(jìn)入砂型型腔內(nèi)。本發(fā)明通過(guò)對(duì)C、Si含量控制使得碳當(dāng)量在4.26%附近，產(chǎn)生盡可能多的共晶組織。Mn能細(xì)化鑄鐵的石墨，但由于Mn元素在晶界偏析和有較強(qiáng)的碳化物形成傾向，有提高強(qiáng)度的趨勢(shì)。為了防止后續(xù)添加元素造成強(qiáng)度提高，Mn含量控制在0.3%～0.6%之間。Sb有干預(yù)石墨球化作用，增加石墨球數(shù)。但Sb易與Fe形成化合物，使合金的脆性增加，因此添加少量Cu，在不增加合金硬度的前提下，減少Sb的脆化作用。通過(guò)上述合金設(shè)計(jì)，使灰口鑄鐵的組織由HT200灰口鑄鐵的A型石墨組織轉(zhuǎn)變?yōu)镕型石墨組織。其中A型石墨組織為分布均勻的片狀石墨，石墨片比較粗大，并相互連通，從而利于高溫下氧原子的擴(kuò)散，在熱疲勞應(yīng)力作用下片層間出現(xiàn)裂紋而使氧化脫落傾向增加；而F型石墨為星形石墨，塊狀石墨和其表面長(zhǎng)出的小片狀石墨組成，這種組織石墨片相交程度降低，從而降低了氧的擴(kuò)散能力，有利于提高熱疲勞作用下的抗氧化能力。經(jīng)過(guò)改進(jìn)后的合金的550℃氧化增重曲線中可知，本發(fā)明灰口鑄鐵經(jīng)過(guò)8天氧化后的增重率只有30g/m2，只有普通HT200灰口鑄鐵的50%，抗氧化能力增加。本發(fā)明通過(guò)合金元素的控制，獲得石墨片連通性小的F型石墨組織，從而降低熱疲勞氧化速率；同時(shí)通過(guò)適當(dāng)降低Mn含量和較少Cu、Sb添加量，控制合金的硬度在HB110～200范圍內(nèi)，減少后續(xù)切削加工的難度，從而有利于低成本、大批量化生產(chǎn)。附圖說(shuō)明圖1HT200的灰口鑄鐵的金相組織圖；圖2本發(fā)明灰口鑄鐵的金相組織圖；圖3本發(fā)明和HT200灰口鑄鐵在550℃時(shí)的氧化增重曲線的比對(duì)圖。具體實(shí)施方式按照發(fā)明合金的成分范圍，即3.2～3.6%C，2.1～2.7%Si，0.3～0.6%Mn，0.2～0.3%Sb、0.1～0.3%Cu，配制8種灰口鑄鐵成分，參照灰口鑄鐵熔鑄工藝，得到的鑄鐵灶具爐頭，經(jīng)檢驗(yàn)，其成分和硬度列于下表1：表1，實(shí)施例成分和硬度合金CSiMnCuSbSP硬度，HBHT2003.52.40.60.0260.040139實(shí)施例13.62.110.310.210.150.0260.030152實(shí)施例23.42.500.420.180.200.0310.030179實(shí)施例33.22.700.390.290.290.0320.030182實(shí)施例43.32.620.340.110.230.0320.030180實(shí)施例53.62.100.560.210.210.0330.030188實(shí)施例63.452.280.420.160.180.0260.030165實(shí)施例73.322.560.380.190.250.0290.030143實(shí)施例83.462.430.590.250.230.0260.030191實(shí)施例1材料成分按表1所述。制備過(guò)程如下：1、爐料準(zhǔn)備爐料包括生鐵、回爐料、碳素廢鋼、錳鐵、硅鐵、金屬銅和銻，要求純度達(dá)標(biāo)，尺寸符合爐前加料要求。2、澆注鐵水包的準(zhǔn)備使用前，對(duì)鐵水包充分烘烤至干，并加熱使用。3、孕育劑、保溫覆蓋劑的準(zhǔn)備將孕育劑、保溫覆蓋劑在300℃下烘烤至干。4、裝料熔化及爐前檢驗(yàn)裝料時(shí)應(yīng)先加生鐵和回爐料，大塊料加在坩堝壁周?chē)K料加在爐底及中心并盡量裝滿，送電熔化。生鐵和回爐料全部熔化后，按次序加入各種爐料，按如下順序加入：廢鋼、錳鐵和硅鐵，繼續(xù)加熱，使?fàn)t溫達(dá)到1450～1480℃。5、孕育處理和加金屬銅銻預(yù)先制備成Cu-48～52%Sb合金，破碎成-200目粉末，并與孕育劑充分混合。提前3分鐘清除鐵水包，當(dāng)爐內(nèi)鐵液溫度達(dá)到1450℃時(shí)，切斷電源，迅速將鐵液表面的熔渣及保溫覆蓋劑扒凈，出鐵時(shí)，應(yīng)連續(xù)均勻快速出鐵至需要量。采用隨流加入孕育劑和Cu-Sb合金粉末混合物，即在出鐵時(shí)加入，并攪拌鐵液，使孕育劑和Cu-Sb粉全部熔化，加入保溫覆蓋劑，攪拌鐵液及保溫覆蓋劑，扒凈渣后，迅速將鐵液運(yùn)至澆鑄場(chǎng)地。6、澆鑄澆鑄時(shí)應(yīng)連續(xù)，不允許斷流，并應(yīng)避免渣進(jìn)入砂型型腔內(nèi)。實(shí)施例2～8各元素質(zhì)量百分含量見(jiàn)表1，制備過(guò)程步驟同實(shí)施例1。將實(shí)施例3得到的產(chǎn)品的金相組織進(jìn)行分析，結(jié)果如圖2所示，從中可看出，與圖1HT200的灰口鑄鐵的金相組織圖比較，有非常明顯的不同。圖3為實(shí)施例1～4得到的本發(fā)明產(chǎn)品與HT200灰口鑄鐵在550℃時(shí)的氧化增重曲線的比對(duì)圖。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3