專利名稱：一種耐磨灰口鑄鐵材料及制備方法
技術領域：
本發明屬于金屬材料領域，涉及一種耐磨灰口鑄鐵材料及其制備方法。
背景技術：
在金屬材料領域中，耐磨鑄鐵作為低成本耐磨材料一直受到普遍重視。李建衛等在鑄造雜志2007年第1期研究了改性納米SiC粉體強化灰鑄鐵耐磨性。 在生產條件下采用沖入鑄造法制備了改性納米SiC粉體強化灰鑄鐵材料。研究了不同SiC 粉體含量灰鑄鐵的顯微組織和力學性能，以及在油潤滑條件下的耐磨性能。研究結果表 明，經改性納米SiC粉體強化處理后的灰鑄鐵組織明顯細化，力學性能和耐磨性能明顯 提高。強化后灰鑄鐵耐磨損性能的提高是SiC硬質點和石墨潤滑協同作用的結果。實際上 納米SiC粉體很難加入到鑄鐵中去，制造成本高；同時納米SiC粉體加入量也有限，因此性 能提高也受到限制。
發明內容
本發明的目的就是針對上述技術缺陷，提供一種耐磨灰口鑄鐵材料，該材料具有 良好的性能。本發明的另一目的是提供一種耐磨灰口鑄鐵材料的制備方法，該制備方法工藝簡 單，生產成本低，適于工業化生產。本發明的目的是通過以下技術方案實現的一種耐磨灰口鑄鐵材料，該材料以灰口鑄鐵為基體，在基體中分布著由高碳鋼絲和鐵 絲形成金屬絲團，所用高碳鋼絲和鐵絲的直徑均為l_2mm，材料中高碳鋼絲和鐵絲總體長度 相當，金屬絲團的直徑為10-15cm ；兩種金屬絲占材料的體積百分比為10-35% ；灰口鑄鐵基體的化學成分的重量百分含量C為2. 4% 3. 9%，Si為1. 8% 2. 6%, Mn 為 0. 5-1. 4%, Gd 為 0. 5-2%, Ρ<0· 08%, S <0. 25%,其余為 Fe ；高碳鋼絲的化學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 ；鐵絲的化學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Cr23C6、Si3N4和 ^4Ν顆粒。一種耐磨灰口鑄鐵材料的制備方法，其特征在于它包括以下步驟鍍鉻高碳鋼絲和滲氮鐵絲的準備取直徑為l_2mm、成分重量百分含量C 0. 55% 0. 8%、Si 0. 18% 0. 21%、Mn 0. 45-0. 65%、Ρ<0· 02%、S <0. 02%、其余為 Fe 的高碳鋼絲；取 直徑為 l-2mm、成分為 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的鐵絲，材料中高碳鋼絲和鐵絲總體長度相當，控制高碳鋼絲和鐵絲兩 者共占材料的體積百分比為10-35% ；高碳鋼絲按常規方法在其表面鍍鉻；鍍鉻層的厚度為 100-400微米；鐵絲按常規方法在其表面滲氮；滲氮層的厚度為100-200微米；按清潔球生產的常規方法將上述鍍鉻高碳鋼絲和滲氮鐵絲各取一根絲制成球狀的雙 絲混合的金屬絲團，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確定，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；灰口鑄鐵材料基體的準備按重量百分含量C為2. 4% 3. 9%，Si為1. 8% 2. 6%, Mn 為0.5-1.4%，Gd為0.5-2%，P<0. 08%, S <0. 2596，其余為！^的灰口鑄鐵進行配料；灰口鑄 鐵原料在感應電爐中熔化，形成液態鐵水，熔化溫度為1480-1510°C ；將上述灰口鑄鐵鐵水澆入裝有金屬絲團的干砂鑄型；液態鐵水將鍍鉻高碳鋼絲和滲氮 鐵絲包圍，然后冷卻凝固，形成以白口鑄鐵為基的其中分布有金屬絲團的材料。本發明相比現有技術的有益效果如下1、本發明材料中鐵絲自身具有相當的強度和較高的韌性。另外，高碳鋼絲具有很好的 耐磨性能。鍍鉻高碳鋼絲和滲氮鐵絲和灰口鑄鐵的基體都是鐵。因此鍍鉻高碳鋼絲和滲氮 鐵絲和灰口鑄鐵很容易結合起來，形成很好的冶金結合這樣。這樣，鍍鉻高碳鋼絲和滲氮鐵 絲分布在脆性灰口鑄鐵中，對材料具有很好的高溫增強和增韌作用。2、當鐵水進入鑄型型腔與鋼絲表面的鉻和鐵絲表面的氮接觸后，金屬絲表面的 Cr、N熔于鐵水，鐵水中的C、Fe、Si和Cr、N反應形成比滲碳體硬度更高的Cr23C6、Si3N4 及 ^4Ν的特殊化合物。這些特殊化合物進一步提高了材料的耐磨性。3,Gd對灰口鑄鐵的組織中的滲碳體具有穩定作用，對于灰口鑄鐵的耐磨性有重要 的作用。另外C和Gd也會形成Gd3C化合物，有助于材料耐磨性的提高。4、本發明的鑄鐵材料不用貴重稀土元素，材料成本低，制備工藝簡便，生產成本 低，鋼絲和化合物混合增強灰口鑄鐵，所生產的合金材料性能好，而且非常便于工業化生 產。本發明的鑄鐵材料性能見表1。
圖1為本發明實施例一制得的金屬絲增強含釓耐磨灰口鑄鐵材料的金相組織。圖1可以看到在灰口鑄鐵和金屬絲界面結合良好。
具體實施例方式以下各實施例僅用作對本發明的解釋說明，其中的重量百分比均可換成重量g、kg 或其它重量單位。以下金屬絲(高碳鋼絲和鐵絲)均為市購，鍍層自制。實施例一鍍鉻高碳鋼絲和滲氮鐵絲的準備取直徑 1mm、重量百分含量C 為 0. 55%，Si 為 0. 18%, Mn 為 0.45%, P<0. 02%, S <0. 02%, 其余為狗的高碳鋼絲。取直徑1mm、重量百分含量為C 為 0. 05%, Si 為 0. 2%, Mn 為 0. 25%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余為！^的鐵絲。所用高碳鋼絲和鐵絲的總體長度相當，控制兩種金屬絲共占材 料體積百分比為10%。鐵絲按常規方法滲氮處理，滲氮層的厚度為100微米；高碳鋼絲按常規方法鍍鉻，4鍍鉻層的厚度為100微米。形成的鍍鉻高碳鋼絲和滲氮鐵絲二者總體長度相當。制備過程如下按清潔球生產的常規方法將上述鍍鉻高碳鋼絲和滲氮鐵絲各取一根絲制成球狀的雙 絲混合的金屬絲團((兩根絲同時成型，成型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確定，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；灰口鑄鐵材料基體的準備按重量百分含量C為2. 4%，Si為1. 8%, Mn為0. 5%, Gd為 0.5%，P<0. 08%, S <0. 2596，其余為！^的灰口鑄鐵進行配料；灰口鑄鐵原料在感應電爐中 熔化，熔化溫度為1495-1500°C ；將上述灰口鑄鐵鐵水澆入裝有金屬絲團的干砂鑄型；液態鐵水將鍍鉻高碳鋼絲和滲氮 鐵絲包圍，然后冷卻凝固，形成以白口鑄鐵為基的其中分布有金屬絲團的材料。實施例二灰口鑄鐵基體的化學成分的重量百分含量C為3. 9%，Si為2. 6%, Mn為1. 4%, Gd為 2%, P<0. 08%, S <0. 25%,其余為 Fe。取直徑為2mm、成份重量百分含量為C為0.8%，Si為0. 2196，Mn為0. 65%， Ρ<0· 02%, S <0. 02%,其余為Fe的高碳鋼絲。取直徑為2mm、成份重量百分含量為C為0.09%，Si為0. 3 Mn為0. 35%， p<0. 02%, S <0.02596，其余為！^。所用高碳鋼絲和鐵絲長度相當，控制兩種金屬絲共占材 料的體積百分比為35%。鐵絲按常規方法表面滲氮，滲氮層的厚度為200微米。高碳鋼絲表面按常規方法 鍍鉻，鍍鉻層為400微米。按清潔球生產的常規方法，制作上述兩種處理過的金屬絲的雙絲 混合金屬絲團，金屬絲團直徑為10cm。制備過程同實施例一。實施例三灰口鑄鐵基體的化學成分的重量百分含量C為2. 9%，Si為Mn為0. 9%, Gd為 0. 9%, P<0. 08%, S <0. 25%,其余為 Fe。取直徑為1.5mm、成份重量百分含量為C為0.7%，Si為0.2 Mn為0. 5%， Ρ<0· 02%, S <0. 02%,其余為Fe的高碳鋼絲。取直徑為1.5mm、成份重量百分含量為C為0.06%，Si為0.25 Mn為0. 3%， P<0. 02%, S <0. 025%,其余為狗的鐵絲。所用高碳鋼絲和鐵絲長度相當，控制兩種金屬絲 共占材料的體積百分比為19%。鐵絲按常規方法表面滲氮，滲氮層的厚度為150微米。高碳鋼絲表面按常規方法 鍍鉻，鍍鉻層的厚度為200微米。按清潔球生產的常規方法，制作上述兩種處理過的金屬絲 的雙絲混合金屬絲團，金屬絲團直徑為12cm。制備過程同實施例一。對比實施例四原料配比不在本發明范圍內的實例灰口鑄鐵基體的化學成分的重量百分含量C為2%，Si為1%，Mn為0. 4%, Gd為0. 4%, P<0. 08%, S <0. 25%,其余為 Fe。
取直徑為0. 3mm、成份重量百分含量為C為0. 3%，Si為0. 13%, Mn為0. 3%, Ρ<0· 02%, S <0. 02%,其余為Fe的高碳鋼絲。取直徑為0.3mm、成份重量百分含量為C為0.04%，Si為0. 1%，Mn為0. 2%， P<0. 02%, S <0. 025%,其余為狗的鐵絲。高碳鋼絲和鐵絲長度相當，兩種金屬絲共占材料 的體積百分比為4%。鐵絲不滲氮。高碳鋼絲按常規方法表面鍍鉻，鍍鉻層的厚度為50微米。按清潔球 生產的常規方法，制作上述兩種金屬絲(鐵絲和高碳鋼絲)的雙絲混合金屬絲團，金屬絲團 直徑為15cm。制備過程同實施例一。對比實施例五原料配比不在本發明范圍內的實例灰口鑄鐵基體的化學成分的重量百分含量C為4%，Si為3. 6%, Mn為2\ Gd為3%， P<0. 08%, S <0. 25%,其余為 Fe。取直徑為1. 5mm、成份重量百分含量為C為0. 9%，Si為3 Mn為0. 7%, P為 0. 03%, S為0. 03%,其余為!^e的高碳鋼絲。取直徑為3mm、成份重量百分含量為C為0. 1%，Si為0. 5%, Mn為0. 4%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余為！^的鐵絲。所用高碳鋼絲和鐵絲長度相當，兩種金屬絲共占材料的體積 百分比為40%。鐵絲按常規方法表面滲氮，滲氮層的厚度為300微米。高碳鋼絲不鍍鉻。按清潔 球生產的常規方法，制作上述兩種金屬絲(滲氮鐵絲和高碳鋼絲)的雙絲混合金屬絲團，金 屬絲團直徑為15cm。制備過程同實施例一。表 權利要求
1.一種耐磨灰口鑄鐵材料，該材料以灰口鑄鐵為基體，在基體中分布著由高碳鋼絲和 鐵絲形成金屬絲團，所用高碳鋼絲和鐵絲的直徑均為l-2mm，材料中高碳鋼絲和鐵絲總體長 度相當，金屬絲團的直徑為10-15cm ；兩種金屬絲占材料的體積百分比為10-35% ；灰口鑄鐵基體的化學成分的重量百分含量C為2. 4% 3. 9%，Si為1. 8% 2. 6%, Mn 為 0. 5-1. 4%, Gd 為 0. 5-2%, Ρ<0· 08%, S <0. 25%,其余為 Fe ；高碳鋼絲的化學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 ；鐵絲的化學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.根據權利要求1所述的耐磨灰口鑄鐵材料，其特征在于所述基體中還分布著化合 物 Cr23C6、Si3N4 和 Fe4N 顆粒。
3.一種耐磨灰口鑄鐵材料的制備方法，其特征在于它包括以下步驟鍍鉻高碳鋼絲和滲氮鐵絲的準備取直徑為l_2mm、成分重量百分含量C 0. 55% 0. 8%、Si 0. 18% 0. 21%、Mn 0. 45-0. 65%、Ρ<0· 02%、S <0. 02%、其余為 Fe 的高碳鋼絲；取 直徑為 l_2mm、成分為 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的鐵絲，材料中高碳鋼絲和鐵絲總體長度相當，控制高碳鋼絲和鐵絲兩 者共占材料的體積百分比為10-35%;高碳鋼絲按常規方法在其表面鍍鉻；鍍鉻層的厚度為 100-400微米；鐵絲按常規方法在其表面滲氮；滲氮層的厚度為100-200微米；按清潔球生產的常規方法將上述鍍鉻高碳鋼絲和滲氮鐵絲各取一根絲制成球狀的雙 絲混合的金屬絲團，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確定，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；灰口鑄鐵材料基體的準備按重量百分含量C為2. 4% 3. 9%，Si為1. 8% 2. 6%, Mn 為0.5-1.4%，Gd為0.5-2%，P<0. 08%, S <0. 2596，其余為！^的灰口鑄鐵進行配料；灰口鑄 鐵原料在感應電爐中熔化，形成液態鐵水，熔化溫度為1480-1510°C ；將上述灰口鑄鐵鐵水澆入裝有金屬絲團的干砂鑄型；液態鐵水將鍍鉻高碳鋼絲和滲氮 鐵絲包圍，然后冷卻凝固，形成以白口鑄鐵為基的其中分布有金屬絲團的材料。
全文摘要
本發明提供一種耐磨灰口鑄鐵材料及其制備方法，該材料具有良好的性能。該制備方法工藝簡單，生產成本低，適于工業化生產。該該材料以灰口鑄鐵為基體，在基體中分布著由高碳鋼絲和鐵絲形成金屬絲團，所用高碳鋼絲和鐵絲的直徑均為1-2mm，；兩種金屬絲占材料的體積百分比為10-35%，金屬絲團的直徑為10-15cm。
文檔編號C22C47/08GK102051559SQ20111000745
公開日2011年5月11日 申請日期2011年1月14日 優先權日2011年1月14日
發明者張詠, 王玲, 趙浩峰 申請人:南京信息工程大學