專利名稱：一種耐熱可鍛鑄鐵材料及制備方法
技術領域：
本發明屬于金屬材料領域，涉及一種耐熱可鍛鑄鐵材料及其制備方法。
背景技術：
在金屬材料領域中，耐熱可鍛鑄鐵作為低成本耐熱材料一直受到普遍重視。CN87105171 —種用代鉍合金生產可鍛鑄鐵新工藝，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，代替傳統的金屬純鉍。該合金是由銅、鉛、錫 冶金精煉時產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、鋁與該合金復合孕育，可以實現 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。1997年沈陽工業大學學報第4期報道了古可成等對耐熱可鍛鑄鐵的耐熱性研究。 合金成分中，Cr為2-5%，Si為4-5%。熱處理制度為在1050°C左右保溫5h，然后850°C左右 保溫汕，后在600°C出爐。在950°C保溫54h的氧化速度為0. 0075-0. 0207mg/cm2h,在950°C 保溫150h的氧化速度為0. 0103-0. 1611mg/cm2h0盡管在可鍛鐵上采取措施，但是可鍛鐵韌 性不足。因此，對于材料耐熱性的提高也受到了限制。
發明內容
本發明的目的就是針對上述技術缺陷，提供一種耐熱可鍛鑄鐵材料，該材料具有 良好的性能。本發明的另一目的是提供一種耐熱可鍛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熱可鍛鑄鐵材料，該材料以可鍛鑄鐵為基體，在基體上分布著由中碳鋼絲和鐵 絲形成的金屬絲團，所用中碳鋼絲及鐵絲直徑均為l_2mm，材料中中碳鋼絲與鐵絲的長度相 當，金屬絲團的直徑為10-15cm，中碳鋼絲和鐵絲兩者占材料的體積百分比為5-40% ；可鍛鑄鐵基體的化學成分的重量百分含量C為2. 6% 2. 9%，Si為2. 8% 3. 3%, Mn 為 0. 4-0. 6%, Zr 為 0. 5-0. 7%, Y 為 0. 5-0. 7%, Ρ<0· 08%, S <0. 25%,其余為 Fe ；中碳鋼絲的化學成分的重量百分含量為C為0. 3% 0. 53%，Si為0. 2% 0. 25%, Mn 為0. 5-0. 65%, P<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%, Ρ<0· 02%, S <0. 025%,其余為 Fe。基體中還分布著化合物Ni3C、Ni3Si、Co2Si和Co3C顆粒。一種耐熱可鍛鑄鐵材料及制備方法，其特征在于它包括以下步驟 鍍鎳中碳鋼絲及鍍鈷鐵絲的準備取直徑為 0. 2-2mm、成分為 C 為 0. 3% 0. 53%, Si 為 0. 2% 0. 25%, Mn 為 0. 5-0. 65%, Ρ<0· 02%, S <0. 02%,其余為Fe的中碳鋼絲；取直徑為l_2mm、成分重量百分含量為C為0.05-0. 09，Si為0.洲 0. 3%，Mn為 0. 25-0. 35%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余為！^的鐵絲；材料中中碳鋼絲與鐵絲的總體長度 相當，控制中碳鋼絲和鐵絲兩者共占材料的體積百分比為5-40%;按常規方法在中碳鋼絲 表面鍍鎳；按常規方法在鐵絲表面鍍鈷；鍍鎳、鍍鈷層的厚度為50-500微米；按清潔球生產的常規方法將上述鍍鎳中碳鋼絲及鍍鈷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 團的松緊程度由中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備按重量百分含量C為2. 6% 2. 9%，Si為2. 8% 3. 3%, Mn 為 0. 4-0. 6%, Zr 為 0. 5-0. 7%, Y 為 0. 5-0. 7%, P<0. 08%, S <0. 25%,其余為 Fe 的可鍛鑄鐵 進行配料；可鍛鑄鐵原料在感應電爐中熔化，形成液態鐵水，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，液態鐵水將鍍鎳中碳鋼絲及鍍鈷 鐵絲包圍，然后冷卻凝固；然后將凝固得到的鑄鐵放入電爐中熱處理加熱到960-980°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熱材料。本發明相比現有技術的有益效果如下1、本發明材料的中碳鋼絲及鍍鈷鐵絲自身具有相當的強度和較高的韌性。鋼絲及鍍鈷 鐵絲和可鍛鐵的基體都是鐵。因此鋼絲及鍍鈷鐵絲和可鍛鐵很容易結合起來，形成很好的 冶金結合。這樣，鍍鈷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。中碳鋼 絲分布在可鍛鐵中，大大提高了材料的耐熱性能。2、可鍛鐵鐵水進入鑄型型腔與鋼絲和鍍鈷鐵絲表面的鎳接觸后，絲表面的Ni及 Co熔于鐵水，鐵水中的C、Si和鋼絲及鍍鈷鐵絲表面的Ni及Co反應形成比滲碳體硬度更 高的C和Ni及Co的特殊化合物Ni3Si、Co2Si、Ni3C和Co3C，分布于基體中。形成的這種 特殊化合物進一步提高了材料的耐熱性。3、材料中的^ 對可鍛鐵的組織具有顯著細化的作用，對于可鍛鐵的增韌有重要 的作用。另外C和^ 也會形成c和^ 化合物&(，有助于材料耐熱性的提高。Υ和c反應 可形成穩定碳化物Y2C，有助于材料耐熱性的提高。P、s為材料中的雜質，控制在允許的范圍。4、本發明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， 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耐熱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。以下直徑為l_2mm中碳鋼絲及鐵絲均為市購，鍍層自行制作。實施例一鍍鎳中碳鋼絲及鍍鈷鐵絲的準備中碳鋼絲成分的重量百分含量為C為0.3%，Si為0.2 Mn為0.5%，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。所取中碳鋼絲與鐵絲的總體長度相當，中碳鋼絲及鐵絲占 材料的體積百分比為5%。中碳鋼絲按常規方法表面鍍鎳；鐵絲按常規方法表面鍍鈷，分別形成鍍鎳中碳鋼 絲及鍍鈷鐵絲。鍍鎳、鍍鈷層的厚度均為50微米；制備過程如下按清潔球生產的常規方法將上述鍍鎳中碳鋼絲及鍍鈷鐵絲各取一根絲形成球狀的混 合雙絲金屬絲團(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中碳鋼絲 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備按重量百分含量C為2.6%，Si為2.8%，Mn為0.4%，^ 為 0. 5%, Y為0. 5%, P<0. 08%, S <0. 25%,其余為!^e的可鍛鑄鐵進行配料；可鍛鑄鐵原料在感 應電爐中熔化，熔化溫度為1470-1480°C。將上述可鍛鑄鐵鐵水澆入裝有金屬絲團的干砂鑄型，液態鐵水將鍍鎳中碳鋼絲及 鍍鈷鐵絲包圍，然后冷卻凝固；然后將凝固得到的鑄鐵放入電爐中熱處理加熱到960°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熱材料。實施例二 可鍛鑄鐵材料基體成份按重量百分含量C為2. 9%，Si為3. 3%, Mn為0. 6%, Zr為 0. 7%, Y 為 0. 7 P<0. 08 S <0. 25%,其余為！^ 進行配料。中碳鋼絲成分的重量百分含量為C為0. 53%，Si為0. 25%，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%,其余為狗，直徑為2mm。所用中碳鋼絲與鐵絲的總體長度相當，控制中碳鋼絲及鐵 絲共占材料的體積百分比為40%。中碳鋼絲及鐵絲表面分別鍍鎳和鍍鈷，鍍鎳、鍍鈷層的厚度為500微米。按清潔球 生產的常規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。制備中，將凝固得到的鑄鐵放入電爐中熱處理加熱到980°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. 7%，Si為2. 9%, Mn為0. 5%, Zr為 0. 6%, Y 為 0. 6 P<0. 08%, S <0. 25%,其余為！^ 進行配料。中碳鋼絲的化學成分的重量百分含量為C為0. 5%，Si為0. 23%, Mn為0. 55%, P<0. 02%, S <0. 02%,其余為 Fe。直徑為 1. 2mm。鐵絲的化學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%,其余為狗。直徑為1.2mm。中碳鋼絲與鐵絲的總體長度相當，控制中碳鋼絲及鐵絲共占材料的體積百分比為25%。中碳鋼絲及鐵絲表面分別鍍鎳和鍍鈷，鍍鎳、鍍鈷層的厚度為200微米。按清潔球 生產的常規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12cm。制備中，將凝固得到的鑄鐵放入電爐中熱處理加熱到970°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明范圍內的實例可鍛鑄鐵材料基體成份按重量百分含量C為2. 2%，Si為2. 2%, Mn為0. 3%, Zr為 0. 4%, Y 為 0. 4 P<0. 08%, S <0. 25%,其余為！^ 進行配料。中碳鋼絲成分的重量百分含量為C為0. 2%，Si為0. 1%, Mn為0. 3%, 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. 03%, Si為0. 1%, Mn為0. 2%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余為狗，直徑為0. 8mm，中碳鋼絲與鐵絲的長度相當。中碳鋼絲與鐵絲占材料二 者占材料的體積百分比為4%。中碳鋼絲鍍鎳，鍍鎳層厚度為300微米。鐵絲表面不鍍鈷。按清潔球生產的常規 方法制作兩種金屬絲(鍍鎳中碳鋼絲和鐵絲)混合的雙絲金屬絲團，金屬絲團直徑為10cm。制備中，將凝固得到的鑄鐵放入電爐中熱處理加熱到930°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明范圍內的實例可鍛鑄鐵材料基體成份按重量百分含量C為3%，Si為4%，Mn為0.7%，^ 為0. 8%，Y 為0. 8%, Ρ<0· 08%, S <0. 25%,其余為Fe進行配料。中碳鋼絲的化學成分的重量百分含量為C為0. 8%，Si為0. 4%, Mn為0. 7%, 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. 1%，Si為0. 6%, Mn為0. 4%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余為狗。直徑為3mm，中碳鋼絲與鐵絲的長度相當。鋼絲及鐵絲共占材料的 體積百分比為45%。中碳鋼絲不鍍鎳。鐵絲按常規方法在表面鍍鈷。鍍鈷層的厚度為600微米。按清 潔球生產的常規方法制作兩種金屬絲(中碳鋼絲和鍍鈷鐵絲)混合的雙絲金屬絲團，金屬絲 團直徑為10cm。制備中，將凝固得到的鑄鐵放入電爐中熱處理加熱到1000°C，保溫10小時。其余 制備過程同實施例一。表 權利要求
1.一種耐熱可鍛鑄鐵材料，該材料以可鍛鑄鐵為基體，在基體上分布著由中碳鋼絲和 鐵絲形成的金屬絲團，所用中碳鋼絲及鐵絲直徑均為l-2mm，材料中中碳鋼絲與鐵絲的長度 相當，金屬絲團的直徑為10-15cm，中碳鋼絲和鐵絲兩者占材料的體積百分比為5-40% ；可鍛鑄鐵基體的化學成分的重量百分含量C為2. 6% 2. 9%，Si為2. 8% 3. 3%, Mn 為 0. 4-0. 6%, Zr 為 0. 5-0. 7%, Y 為 0. 5-0. 7%, Ρ<0· 08%, S <0. 25%,其余為 Fe ；中碳鋼絲的化學成分的重量百分含量為C為0. 3% 0. 53%，Si為0. 2% 0. 25%, Mn 為0.5-0. 65 P<0. 02%, S <0. 0296，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%, Ρ<0· 02%, S <0. 025%,其余為 Fe。
2.根據權利要求1所述的鑄鐵材料，其特征在于基體中還分布著化合物M3C、Ni3Si、 Co2Si 和 Co3C 顆粒。
3.一種耐熱可鍛鑄鐵材料及制備方法，其特征在于它包括以下步驟 鍍鎳中碳鋼絲及鍍鈷鐵絲的準備取直徑為 0. 2-2mm、成分為 C 為 0. 3% 0. 53%, Si 為 0. 2% 0. 25%, Mn 為 0. 5-0. 65%, Ρ<0· 02%, S <0. 02%,其余為Fe的中碳鋼絲；取直徑為l_2mm、成分重量百分含量為C為0.05-0. 09，Si為0.洲 0. 3%，Mn為 0. 25-0. 35%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余為！^的鐵絲；材料中中碳鋼絲與鐵絲的長度相當， 控制中碳鋼絲和鐵絲兩者共占材料的體積百分比為5-40% ；按常規方法在中碳鋼絲表面鍍 鎳；按常規方法在鐵絲表面鍍鈷；鍍鎳、鍍鈷層的厚度為50-500微米；按清潔球生產的常規方法將上述鍍鎳中碳鋼絲及鍍鈷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 團的松緊程度由中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備按重量百分含量C為2. 6% 2. 9%，Si為2. 8% 3. 3%, Mn 為 0. 4-0. 6%, Zr 為 0. 5-0. 7%, Y 為 0. 5-0. 7%, P<0. 08%, S <0. 25%,其余為 Fe 的可鍛鑄鐵 進行配料；可鍛鑄鐵原料在感應電爐中熔化，形成液態鐵水，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，液態鐵水將鍍鎳中碳鋼絲及鍍鈷 鐵絲包圍，然后冷卻凝固；然后將凝固得到的鑄鐵放入電爐中熱處理加熱到960-980°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熱材料。
全文摘要
本發明提供一種耐熱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，生產成本低，適于工業化生產。該耐熱可鍛鑄鐵材料以可鍛鑄鐵為基體，在基體上分布著中碳鋼絲和鐵絲形成的金屬絲團，所用中碳鋼絲及鐵絲直徑均為1-2mm，中碳鋼絲和鐵絲兩者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C22C111/00GK102051546SQ201110007459
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
發明者劉美玲, 王玲, 趙浩峰 申請人:南京信息工程大學