專(zhuān)利名稱(chēng):高磷抗磨球墨鑄鐵及其生產(chǎn)方法
本發(fā)明屬于金屬材料技術(shù)領(lǐng)域：
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耐磨鑄鐵可分減摩鑄鐵及抗磨鑄鐵兩大類(lèi)。前者用于制造在有潤(rùn)滑劑的條件下工作的零件，如機(jī)床導(dǎo)軌與拖板，發(fā)動(dòng)機(jī)的缸套與活塞環(huán)等，它們要求工作中磨損少、摩擦系數(shù)低。后者用于磨料磨損條件下工作的零件，如球磨機(jī)磨球、拋丸機(jī)葉片、脫泥水力旋流器、輸送污泥和砂子的管道等。
我國(guó)有許多天然高磷生鐵，因其含磷量高而限制了應(yīng)用。參考文獻(xiàn)《鑄鐵手冊(cè)》(機(jī)械工業(yè)出版社1979年版)第553頁(yè)指出，利用這種低質(zhì)生鐵的途徑之一是生產(chǎn)高磷耐磨鑄鐵，即含磷量高于0.30%以上的灰鑄鐵，這里指的實(shí)際上是減摩鑄鐵。
參考文獻(xiàn)《鑄鐵及其熔煉》(陸文華主編，機(jī)械工業(yè)出版社1981年版)指出，在含磷減摩鑄鐵的基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步提高其耐磨性能及機(jī)械性能而發(fā)展出了磷銅鈦減摩鑄鐵。加入銅的目的是因?yàn)殂~能促使形成并細(xì)化珠光體，從而提高鑄鐵的強(qiáng)度，硬度以及耐磨性，加入少量鈦的目的是促使石墨細(xì)化，又由于鈦可與碳、氮形成高硬度的化合物質(zhì)點(diǎn)，因而可提高鑄鐵的耐磨性。同時(shí)還指出，我國(guó)西南地區(qū)有著豐富的釩鈦共生鐵礦資源。充分利用我國(guó)的資源特點(diǎn)，研究釩鈦生鐵制造耐磨鑄鐵已取得了很好的效果，并開(kāi)始用于機(jī)床導(dǎo)軌。釩鈦鑄鐵中的釩、鈦兩元素與碳氮有很大的親和力。形成特有的釩鈦碳氮化合物，這些化合物具有很高的顯微硬度，可高達(dá)HV960-1840，細(xì)小的硬質(zhì)點(diǎn)彌散分布于基體組織之中，使鑄鐵的減摩性能大大提高。該書(shū)還指出，可在釩鈦鑄鐵的基礎(chǔ)上再進(jìn)行合金化，以進(jìn)一步改善各種性能，如可將含磷量提高至0.3-0.4%獲得釩鈦中磷鑄鐵;或在這個(gè)基礎(chǔ)上再加入0.6-0.8%銅，成為磷銅釩鈦鑄鐵;也可在釩鈦鑄鐵中加入一定量的球化元素以得到釩鈦蠕蟲(chóng)狀石墨鑄鐵等等，這些鑄鐵都具有較好的機(jī)械性能和很高的耐磨性。
由于球狀石墨對(duì)基體的削弱作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于片狀石墨等原因，高磷球墨鑄鐵不但比高磷灰鑄鐵的強(qiáng)度高，而且耐磨性也更好。參考文獻(xiàn)《球墨鑄鐵》(К·И·瓦申科等著、吳振寰譯、中國(guó)工業(yè)出版社1965年版)一書(shū)第173頁(yè)就指出，高磷球墨鑄鐵具有良好的耐磨性，并且其強(qiáng)度和塑性也要比灰鑄鐵和變質(zhì)鑄鐵高得多。這些優(yōu)良性能使得人們可以用高磷球墨鑄鐵來(lái)制造在沉重摩擦條件下工作的零件。
冶金類(lèi)鑄鐵軋輥及輥芯就有用磷含量為0.25-0.45%的高磷球墨鑄鐵來(lái)制造的，其具體成分見(jiàn)《鑄鐵手冊(cè)》(同前)第342頁(yè)。但人們?cè)谌叟溥@種高磷球墨鑄鐵時(shí)，采用的是加入合金材料磷鐵，以及鉬鐵和鉻鐵的方法，并沒(méi)有利用天然高磷生鐵，從而生產(chǎn)成本較高。并且因是亞共晶球鐵，對(duì)生鐵和工藝條件的要求也比較高。
《鑄鐵及其熔煉》一書(shū)(同前)還指出，對(duì)于球墨鑄鐵的合金化，有銅球墨鑄鐵，加入銅量一般在0.5-1.0%之間，國(guó)內(nèi)尚有少數(shù)單位研制過(guò)釩鈦球墨鑄鐵(V0.2-0.4%，Ti0.15-0.30%)。通過(guò)合金化能強(qiáng)化基體組織，進(jìn)一步發(fā)揮球墨鑄鐵的性能潛力，以滿足對(duì)機(jī)械性能提高的要求。
對(duì)于球磨機(jī)的磨球、拋丸機(jī)葉片、脫泥水力旋流器，輸送污泥和砂子的管道等零件，不僅受到嚴(yán)重的磨料磨損，而且還承受較大的負(fù)荷。一般說(shuō)來(lái)工件硬度越高、則它的耐磨抗力越好，但假如組織較脆，硬組織容易折斷或剝離時(shí)，則折斷的硬組織反而會(huì)成為磨料，加劇磨損。所以在考慮提高抗磨鑄鐵硬度的同時(shí)，必須要注意到材質(zhì)的韌性，只有既有一定的韌性又有相當(dāng)高的硬度時(shí)，材質(zhì)才可能是最抗磨的。此外在硬度相同的情況下，由于細(xì)小的組織不易剝離，所以常比粗大的組織具有較好的抗磨性。根據(jù)上述情況，生產(chǎn)上往往采用白口鐵、合金白口鐵、高錳鋼、或經(jīng)滲碳處理的中碳鋼做磨球類(lèi)抗磨材料。但它們當(dāng)中有的有生產(chǎn)成本高、有的有易脆裂等缺點(diǎn)。而七十年代研制成功的抗磨材料中錳球鐵，也因生產(chǎn)工藝較難掌握等原因而未能推廣應(yīng)用。
我國(guó)云南祿豐的生鐵含磷量高，同時(shí)天然地含有銅、釩、鈦等元素。由于磷高，長(zhǎng)期以來(lái)只能作為低質(zhì)生鐵、在球鐵、灰鑄鐵的生產(chǎn)中人們都不愿使用，并又因含銅高而不能用于煉鋼。
本發(fā)明的目的是充分利用資源條件，獲得低成本高性能的抗磨材料，同時(shí)也為低質(zhì)生鐵開(kāi)辟新的應(yīng)用途徑。
高磷并天然含釩鈦等強(qiáng)碳化物形成元素、或還含銅的生鐵，能夠熔煉出高磷球墨鑄鐵，而該球墨鑄鐵可以成為一種新的抗磨材料。
釩鈦碳氮化合物均勻彌散分布于基體組織中，提高了球墨鑄鐵的硬度和強(qiáng)度，同樣有利于其抗磨性能的提高。球墨鑄鐵的含釩量在0.3%以下時(shí)，能穩(wěn)定并細(xì)化珠光體，這也可提高強(qiáng)度和硬度。鈦還可以細(xì)化晶粒。
高磷含銅球墨鑄鐵中，還含有0.5-0.8%的銅。銅不但可以溶解一部分磷、減少磷的危害，而且還有特殊的作用在球鐵鐵水從液態(tài)至固態(tài)的冷卻階段，銅能提高碳的活度，抑制一次滲碳體的形成，特別是與鈦同時(shí)存在的情況下，這一作用更顯著;在共晶后期，銅能減慢石墨球的成長(zhǎng)速度，使石墨球細(xì)小;銅能溶于奧氏體中、穩(wěn)定奧氏體，當(dāng)含銅＞0.5%時(shí)，使共析轉(zhuǎn)變溫度降低，珠光體區(qū)域擴(kuò)大，珠光體生成量增加;銅在奧氏體與鐵素體的邊界上有力地阻止碳的擴(kuò)散轉(zhuǎn)移，結(jié)果使鐵素體的生成速度減慢，石墨細(xì)化，珠光體量增加并細(xì)化珠光體組織;銅只溶于鐵素體，不溶于滲碳體，鑄鐵冷卻過(guò)程中，一部分銅還會(huì)從共析鐵素鐵中沉淀出來(lái)，增大石墨滑移阻力，增加珠光體的顯微硬度，提高抗磨性能。
通常認(rèn)為磷是球鐵中的有害元素，因?yàn)樗鼧O易偏析。常在晶界上出現(xiàn)磷共晶組織，嚴(yán)重降低球鐵的塑性和韌性，因此高韌高強(qiáng)球鐵含磷量一般要求小于0.1%。但對(duì)于抗磨球墨鑄鐵，磷的允許含量可以大大提高，以能充分利用資源條件。關(guān)鍵在于盡量克服磷高使韌性降低的不利因素，發(fā)揮磷高使耐磨性提高這一有利因素。
磷不是反球化元素，對(duì)球墨的形成沒(méi)有不利影響。當(dāng)磷含量提高到1.5%時(shí)，球鐵中石墨的形狀，尺寸和分布仍無(wú)顯著變化。
球鐵中出現(xiàn)的磷共晶的量，不僅決定于磷含量，同時(shí)還與冷卻速度有關(guān)。加快冷卻速度，可使以固溶形式存在的磷的量增多，從而減少磷共晶。因此如果采用快冷措施，如用金屬模澆注急冷、凝固后開(kāi)箱風(fēng)冷或霧冷，便可減輕磷的危害。用金屬模澆注，還可保證型腔尺寸的固定，防止高碳高硅球墨鑄鐵縮前膨脹造成的組織疏松問(wèn)題。
祿豐生鐵的化學(xué)成份是(重量比)C3.8-4.2%、Si1.0-3.0%、Mn1.0-1.4%、P0.4-0.7%、S0.03-0.04%、Cu0.53-0.73%、V0.07-0.12%、Ti0.07-0.14%，此外還含有微量Tα、Nb及Se。這對(duì)于熔煉高磷釩鈦銅抗磨球鐵是很好的原料。
對(duì)原鐵水的化學(xué)成分控制為C3.4-4.2%，Si1.6-2.4%，Mn1.0-1.4%，Cu0.5-0.7%，V0.07-0.12%，Ti0.07-0.14%，P＜0.6%，S＜0.07%。用祿豐生鐵時(shí)，還含有微量Tα、Nb、Se及稀土。
球鐵鐵水的化學(xué)成分為C3.3-4.1%，Si2.5-3.5%，Mn1.2-1.8%，Cu0.5-0.8%，S＜0.03%，P＜0.6%，Mg0.025-0.06%，Re0.025-0.05%，其余和原鐵水一樣。
本發(fā)明可以充分利用資源條件，由高磷含釩鈦等強(qiáng)碳化物形成元素，或還含有銅的生鐵生產(chǎn)抗磨球墨鑄鐵。這為合理使用天然高磷生鐵開(kāi)辟了新的途徑。獲得的抗磨球鐵生產(chǎn)成本低，鑄造工藝性能比中錳球鐵好，工藝裝備簡(jiǎn)單，而硬度和抗彎強(qiáng)度與中錳球鐵相近。
實(shí)施例1，用100%的祿豐生鐵熔煉處理成高磷釩鈦銅抗磨球鐵。球化劑采用自己熔配的中間合金，配方是純銅10%、鎂10%、含硅75%的硅鐵30%，4號(hào)錳鐵20%，1號(hào)稀土合金30%。球化劑用量為1.0%。孕育劑用75%硅的硅鐵，用量為0.85%。用壁厚25mm的金屬模澆注成拋丸機(jī)葉片，葉片厚度為12～13mm，每張葉片重0.9Kg左右。葉片斷面呈灰白色，邊緣有麻口。全相檢查球化級(jí)別為GB1802-76標(biāo)準(zhǔn)第3級(jí)別圖第3級(jí)，球徑很小，基體組織為80%左右珠光體及少量共晶滲碳體和少量鐵素體，磷共晶量為3%左右。球鐵成分為C4.0%、Si3.2%、Mn1.4%、P0.51%、S0.022%、Mg0.039、Re0.055%、Cu0.64%，V和Ti未分析。
該葉片經(jīng)裝機(jī)使用，其壽命是原白口鐵葉片(用HT20-40鐵水在金屬模中澆成)的1.5倍左右。
實(shí)施例2用100%祿豐生鐵熔煉生產(chǎn)了一批φ60mm的球磨機(jī)磨球。球化、孕育處理基本同實(shí)施例1。用金屬模澆注，凝固后開(kāi)箱快冷。磨球硬度HRC49，抗彎強(qiáng)度53Kg/Cm2?？箾_擊破壞試驗(yàn)的結(jié)果是從18米高處落下撞擊在地面特設(shè)的鐵板上，每個(gè)磨球徑歷15次這樣的沖擊破壞，未發(fā)現(xiàn)破損者，這樣的磨球，其性能完全能滿足粉碎物料的要求。該磨球生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、成本低廉。
權(quán)利要求
1.一種高磷抗磨球墨鑄鐵，其特征在于，該鑄鐵的成分為(重量百分比)C3.3-4.1%、Si2.5-3.5%、Mn1.2-1.8%、P＜0.6%、S＜0.03%，Cu0.5-0.8%、Ti0.07-0.12%、V0.07-0.12%、Re0.025-0.06%、Mg0.025-0.06%、其余為鐵。
2.一種高磷抗磨球墨鑄鐵的生產(chǎn)方法，其特征在于，熔煉用金屬材料中有80%以上為含P0.3-0.7%、同時(shí)含有強(qiáng)碳化物形成元素的天然高磷生鐵。
3.如權(quán)利要求
2所述的方法，其特征在于，所用天然高磷生鐵的成分為(重量百分比)C3.8-4.6%、Si1.0-3.0%、Mn1.0-1.4%、S0.03-0.05%、Cu0.5-0.7%、V0.07-0.12%、Ti0.07-0.14%。
4.如權(quán)利要求
2或3所述的方法，其特征在于，用金屬模澆注，澆注凝固后即開(kāi)箱風(fēng)冷或霧冷。
專(zhuān)利摘要
高磷抗磨球墨鑄鐵及其生產(chǎn)方法。本發(fā)明屬于金屬材料技術(shù)領(lǐng)域：
。有許多天然高磷生鐵因其含磷高而限制了應(yīng)用。本發(fā)明可用天然高磷并含強(qiáng)碳化物形成元素或還含銅的生鐵為原料，澆注時(shí)采用快冷措施以減少磷共晶的量，從而獲得低成本的抗磨球墨鑄鐵材料，適用于制造球磨機(jī)磨球。拋丸機(jī)葉片，脫泥水力旋流器，輸送污泥和砂子的管道等零件。
文檔編號(hào)C22C37/04GK85105656SQ85105656
公開(kāi)日1986年3月10日 申請(qǐng)日期1985年7月20日
發(fā)明者羅嘲洲 申請(qǐng)人:羅嘲洲導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan