專利名稱：：一種含鎳奧氏體片狀石墨鑄鐵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種鑄鐵合金，特別適用于在有摩擦和腐蝕介質(zhì)條件下使用的含鎳奧氏體片狀石墨鑄鐵件。對(duì)于鑄鐵合金件除需要具有良好的機(jī)械性能和機(jī)械加工性等技術(shù)條件外，有的場(chǎng)合還要具有無(wú)磁性和高抗腐蝕、抗腐蝕-磨損強(qiáng)度，尤其是對(duì)于在具有硫化氫、氯離子、碳酸氫鈉等強(qiáng)腐蝕介質(zhì)條件的石油井、鹽鹵井等井下所使用的機(jī)件，如潛沒(méi)電泵的葉輪、導(dǎo)殼、軸套等，對(duì)其均有如此要求。目前一般均采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO2892-1973中Ni-ReSiSt高鎳耐蝕鑄鐵，其化學(xué)組成中鎳含量為13.5-17.5%(重量比)。由于鎳是緊缺貴重金屬，所以使鑄件成本增加，乃至影響經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。為了解決這個(gè)問(wèn)題，人們通常的做法是研究在合金中選擇替代鎳的廉價(jià)合金元素，充分滿足技術(shù)要求下的鎳的經(jīng)濟(jì)含量。中國(guó)專利局審查部門檢索到的美國(guó)專利US-4129309描述的鑄鐵合金，其化學(xué)重量百分比為碳1.8-4.0%、硅1-3%、錳6-12%、鎳2-6%、銅5-7%、鉻≤0.08%、鋁0.3-2%、鈦0.05-0.3%和余量鐵。然而它的鐵水流動(dòng)充型能力和機(jī)械加工性不甚十分理想，以及合金元素品種較多操作難免不便。本發(fā)明的目的在于克服公知技術(shù)不足之處提供一種含鎳奧氏體片狀石墨鑄鐵。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的含鎳奧氏體片狀石墨鑄鐵，其化學(xué)組成成分重量百分比為鎳4-8%、錳4-8%、銅1-5%、鉬0.1-1.5%、碳2.5-3.5%、硅1.7-3.7%、余量鐵和不可避免的磷微量到0.10%、硫微量到0.12%的雜質(zhì)。優(yōu)點(diǎn)鑄鐵合金中含合金元素品種和含量少，節(jié)省貴重金屬;鐵水流動(dòng)充型能力強(qiáng)，能夠鑄造壁厚為1-2毫米的復(fù)雜鑄件;鑄件硬度低，機(jī)械加工性好;具有優(yōu)良的抗腐蝕、抗腐蝕一磨損強(qiáng)度。下面詳細(xì)說(shuō)明依據(jù)本發(fā)明提出的實(shí)施例細(xì)節(jié)。本發(fā)明為一種含鎳奧氏體片狀石墨鑄鐵，其化學(xué)組成成分重量百分比為鎳4-8%、錳4-8%、銅1-5%、鉬0.1-1.5%、碳2.5-3.5%、硅1.7-3.7%、余量鐵和不可避免的磷微量到0.10%、硫微量到0.12%的雜質(zhì)。本發(fā)明的化學(xué)組成成分設(shè)計(jì)是依據(jù)鎳是強(qiáng)烈?jiàn)W氏體形成元素，在Fe-C-Si鑄鐵合金中可以擴(kuò)大奧氏體區(qū)，降低奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的溫度，獲得在室溫條件下穩(wěn)定的奧氏體組織。奧氏體組織為無(wú)磁性。鎳含量選擇的出發(fā)點(diǎn)是它在合金中的經(jīng)濟(jì)含量，以及獲得高抗腐蝕、抗腐蝕一磨損強(qiáng)度的鑄鐵件。將鎳的含量減少至低于成分下限，會(huì)急劇惡化抗腐蝕強(qiáng)度和增加腐蝕一磨損損失;鎳的含量增加至超過(guò)成分上限，既不經(jīng)濟(jì)也會(huì)增加腐蝕一磨損損失。錳也是強(qiáng)烈?jiàn)W氏體形成元素，可以促使形成鑄鐵合金中室溫下穩(wěn)定的奧氏體組織，用廉價(jià)的錳部分替代鎳同樣得到無(wú)磁性的奧氏體組織，以及增加鑄鐵件的抗腐蝕、抗腐蝕一磨損強(qiáng)度。將錳含量減少至低于成分下限，則不能得到穩(wěn)定的奧氏體組織，以及高抗腐蝕、抗腐蝕一磨損強(qiáng)度;將錳含量增加至超過(guò)成分上限，會(huì)增加奧氏體抗塑性變形能力，增加合金中碳化物的形成，從而使鑄鐵件增加硬度和脆性，惡化機(jī)械加工性能，以及機(jī)械強(qiáng)度顯著下降。銅可以擴(kuò)展合金中穩(wěn)定的奧氏體組織，獲得高抗腐蝕強(qiáng)度和綜合機(jī)械性能，以及減少金相組織中碳化物。銅含量成分下限的選擇是以獲得穩(wěn)定奧氏體組織和高抗腐蝕強(qiáng)度為條件;含量成分上限的選擇是依據(jù)銅在鑄鐵合金中的最大溶解度，以及獲得穩(wěn)定的奧氏體組織和高抗腐蝕強(qiáng)度。將銅含量增加至超過(guò)成分上限。銅在合金中以游離狀態(tài)存在，會(huì)降低鑄件的綜合機(jī)械性能。鉬可使鑄鐵合金獲得高抗腐蝕強(qiáng)度，尤其是對(duì)氯離子、硫化氫、碳酸氫鈉等強(qiáng)腐蝕介質(zhì)的高抗腐蝕強(qiáng)度，以及鑄件的高機(jī)械強(qiáng)度。盡管鉬是能力不強(qiáng)的促碳化物形成元素，設(shè)計(jì)得當(dāng)會(huì)較小的影響硬度而獲得高機(jī)械強(qiáng)度。將鉬含量減少至低于成分下限，不能獲得高抗腐蝕強(qiáng)度和高機(jī)械強(qiáng)度;將鉬含量增加至超過(guò)成分上限，會(huì)增加鑄件硬度，惡化機(jī)械加工性能。碳是鑄鐵合金中基本元素，也是促石墨化元素，碳通常以游離石墨形式存在于基體中。將碳含量減少至低于成分下限，會(huì)促進(jìn)碳化物形成，惡化鐵水流動(dòng)性;含量增加至超過(guò)上限，會(huì)降低機(jī)械性能。硅是強(qiáng)烈促石墨化元素，它固溶于奧氏體中，促進(jìn)碳以石墨形式析出，且它形成的SiO2膜可以使其獲得高抗腐蝕強(qiáng)度。將硅含量減少至低于成分下限，不能獲得充足的石墨化和高抗腐蝕強(qiáng)度;含量增加至超過(guò)成分上限，會(huì)使鑄鐵件增加硬度、脆性，惡化機(jī)械加工性能，以及降低機(jī)械強(qiáng)度。以鑄造潛設(shè)電泵的葉輪為例，其實(shí)施例的化學(xué)組成成分重量百分比列于表1。表1熔煉工藝1、按照表1所列的化學(xué)組成成分配比計(jì)算各種配料，并常規(guī)予熱;2、采用中頻或工頻感應(yīng)電爐熔煉，將生鐵、廢鋼裝入爐內(nèi)，全熔后依次裝入鉬鐵、鎳、銅、錳鐵和硅鐵;3、爐內(nèi)鐵水升溫后裝入聚渣劑，如珍珠巖等，攪拌均勻扒渣后出爐;4、鐵水內(nèi)加入合金孕育劑硅鐵，進(jìn)行孕育處理;5、鐵水溫度在1420℃以上澆鑄形狀復(fù)雜最小壁厚為1-2毫米的葉輪。對(duì)該鑄造合金的性能進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)，主要性能測(cè)試結(jié)果列于表2。表2<tablesid="table2"num="002"><tablealign="center">序號(hào)σB(MPa)HB腐蝕速率(g/m2·h)磨損試驗(yàn)?zāi)p值(g)相對(duì)磨損值99.9%硫化氫(100℃±3℃)10%三氯化鐵(室溫)10%碳酸氫鈉(80～100℃)12041500.0389.050.0130.20200.7722311620.0198.850.0220.20780.7932271540.0248.700.0170.19830.7542441630.0077.870.0020.13910.71</table></tables>注①腐蝕試驗(yàn)是在腐蝕介質(zhì)中掛片靜置腐蝕的對(duì)比試驗(yàn);②磨損試驗(yàn)條件線速度16.7m/Sec、磨料粒度≥200目、水潤(rùn)滑、試樣負(fù)載荷420g;③相對(duì)磨損值是以Ni-ReSiSt高鎳鑄鐵(L-NiCuCr1562)的磨損值為1進(jìn)行對(duì)比。權(quán)利要求1.一種含鎳的奧氏體片狀石墨鑄鐵，其特征是化學(xué)組成成分重量百分比為含鎳4-8%、錳4-8%、銅1-5%、鉬0.1-1.5%、碳2、5-3.5%、硅1.7-3.7%，余量鐵和不可避免的磷微量到0.10%、硫微量到0.12%的雜質(zhì)。全文摘要一種含鎳的奧氏體片狀石墨鑄鐵。特征是化學(xué)組成成分重量百分比為鎳4—8％、錳4—8％、銅1—5％、鉬0.1—1.5％、碳2.5—3.5％、硅1.7—3.7％、余量鐵和不可避免的雜質(zhì)。優(yōu)點(diǎn)是所含合金元素品種及含量少，節(jié)省貴重金屬；鐵水充型能力強(qiáng)，可鑄造壁厚為1—2毫米的復(fù)雜鑄件；鑄件硬度低，機(jī)械加工性好；具有優(yōu)良的抗腐蝕強(qiáng)度和抗腐蝕-磨損強(qiáng)度。文檔編號(hào)C22C37/00GK1055772SQ9110086公開(kāi)日1991年10月30日申請(qǐng)日期1991年2月12日優(yōu)先權(quán)日1991年2月12日發(fā)明者楊繼光,王春棋,陳思夫,關(guān)繩武,李福祥,張英霞申請(qǐng)人:天津市電機(jī)總廠,天津大學(xué)