一種高鉻鑄鐵的強韌化工藝制造技術

本發(fā)明專利技術公開了一種高鉻鑄鐵的強韌化工藝，具體操作如下：(1)熔煉：中頻爐熔煉時按重量百分比添加硼0.003-0.005％、鈦0.01-0.08％、鈮0.08-0.2％、釩0.06-0.3％、稀土0.025-0.03％進行微合金化；在熔煉過程中向鐵液中通人10-20min氬氣；(2)孕育、變質處理：爐內添加硼和鈦進行一次孕育和變質處理，包內添加鉀和稀土進行二次孕育和變質處理；(3)鑄造和澆注：采用急冷鑄型和低溫快速平穩(wěn)充型的澆注工藝，在橫澆道加設集渣包；(4)熱處理：將鑄件升溫至950-970℃，保溫1-2小時進行高溫淬火，在300-320℃下回火。本發(fā)明專利技術的高鉻鑄鐵的強韌化工藝，通過微合金化、變質處理、急冷鑄型、低溫快速平穩(wěn)充型的澆注工藝和熱處理，大幅度細化晶粒，改善共晶碳化物形狀和分布，顯著提高了高鉻鑄鐵沖擊韌性。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術涉及鑄鐵加工
，尤其涉及一種高鉻鑄鐵的強韌化工藝。
技術介紹
高鉻鑄鐵由于其抗磨相共晶碳化物，呈現(xiàn)高硬度且一定韌性的M7C3型結構，其基體組織多數(shù)呈現(xiàn)馬氏體，具有高硬度高抗磨性且有一定韌性而聞名，早已被廣泛應用的優(yōu)秀的耐磨材料之一。但高鉻鑄鐵中含有25?35%的硬而脆的共晶碳化物，減弱了高鉻鑄鐵件基體抗沖擊的能力，使其在高沖擊載荷下的應用受到限制，因此提高高鉻鑄鐵的韌性，一直是國內外冶鑄工作者多年來追求的目標，成了研宄高鉻鑄鐵的熱門課題。圍繞這一熱門主題，國內外已做了大量的工作，其共同點在于企圖改變共晶碳化物的形狀，得到如同通過改變鑄鐵中石墨形態(tài)，而帶來大幅度提高鑄鐵韌性的效果。然而現(xiàn)有研宄結果表明，僅改變共晶碳化物的形態(tài)，高鉻鑄鐵的韌性仍舊不夠穩(wěn)定和理想。研宄和生產實踐表明，在進一步改善高鉻白口鑄鐵共晶碳化物形態(tài)和分布的同時，更重要的是要在細化共晶碳化物，提高和改善高鉻鑄鐵冶金質量，尤其是晶界冶金質量，按工況條件合理選擇基體組織，獲得健全優(yōu)質高鉻鑄鐵鑄件等方面下功夫，方能達到其韌性進一步提高的目的。影響高鉻鑄鐵韌性的因素很多，主要因素如下:1、夾雜物對韌性的影響；高鉻鑄鐵冶金質量較差時(原材料不清潔；爐襯和包襯不清潔；不采用凈化熔煉工藝；不防止二次污染等)，鐵液中含有較高的N、O、H和S，從而易形成氮化物、氧化物和硫化物及各類鹽類等夾雜物。由于這種夾雜物大部分都是強度很低的相且分布在晶界，將降低材料的強韌性而增加脆裂傾向，嚴重地影響高鉻鑄鐵的綜合力學性能，尤其是韌性。2、晶粒度和晶界狀態(tài)對韌性的影響:亞共晶高鉻鑄鐵凝固溫度范圍較寬，鑄態(tài)晶粒粗大，導致脆性增加。研宄結果表明，由于晶粒邊界兩邊晶粒的取向不同，因而晶界是原子排列紊亂的地區(qū)，當塑性變形由一個晶粒橫過晶界進入另一個晶粒時，由于晶界阻力大，穿過晶界困難；另外穿過晶界后滑移方向又需改變，因此和晶內的變形相比，這種穿過晶界而又改變方向的變形需要消耗更大的能量。塑性變形能是裂紋擴展阻力的主要部分，裂紋擴展阻力增大，KIC (斷裂韌性)也增大。如果材料晶粒越細，則晶界面積越大，故在一定區(qū)域內形變進而裂紋失穩(wěn)、擴展所消耗的能量就越大，即KIC就越大，同時細化晶粒也有強化作用。晶界凈化程度、夾雜物含量、形態(tài)及分布、晶界析出相、晶界密度、晶界總周長等晶界狀態(tài)對KIC也有很大影響。很明顯，晶界狀態(tài)不僅影響晶界的物化性能，也直接影響晶粒間的結合強度和相互連接狀態(tài)，甚至直接萌生裂紋-擴展和微觀缺陷。3、共晶碳化物組織對韌性的影響；共晶碳化物是脆性相，對裂紋萌生-擴展阻力小，使高鉻鑄鐵韌性降低。碳化物含量越高，KIC越低，但共晶碳化物達一定量時，影響高鉻鑄鐵KIC起關鍵作用的是共晶碳化物的尺寸大小、形態(tài)和分布。高鉻鑄鐵中M7C33型共晶碳化物是以緊密的層狀或纖維狀存在于奧氏體或奧氏體的轉變產物中，呈現(xiàn)菊花的放射狀共晶團，由于M7C3型共晶碳化物不呈現(xiàn)連續(xù)網(wǎng)狀，不割裂基體的連續(xù)性，共晶碳化物即便產生裂紋就無法穿過基體連續(xù)擴展下去，因此對KIC的改善大有好處。 4、鑄件健全程度對韌性的影響；鑄件健全程度主要指的是鑄件鑄造缺陷程度，即氣孔、夾渣、夾砂、縮孔、疏松、顯微疏松、裂紋等各類鑄造缺陷在鑄件中，所存在的程度。這類鑄造缺陷將嚴重影響高鉻鑄鐵件韌性。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術的目的是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種高鉻鑄鐵的強韌化工藝，通過微合金化、變質處理、以及采用急冷鑄型和低溫快速平穩(wěn)充型的澆注工藝和熱處理，大幅度細化晶粒尤其是共晶碳化物，改善共晶碳化物形狀和分布，顯著提高了高鉻鑄鐵沖擊韌性。為了實現(xiàn)上述目的本專利技術采用如下技術方案:一種高鉻鑄鐵的強韌化工藝，具體操作如下:(I)熔煉:中頻爐熔煉時按重量百分比添加硼0.003-0.005%、鈦0.01-0.08%、鈮0.08-0.2%、釩0.06-0.3%、稀土 0.025-0.03%進行微合金化；在熔煉過程中向鐵液中通人10-20min氬氣除氣和夾雜物；(2)孕育、變質處理:在爐內添加硼和鈦作為一次變質劑進行一次孕育和變質處理，在包內添加鉀和稀土作為二次變質劑進行二次孕育和變質處理；(3)鑄造和澆注:采用急冷鑄型和低溫快速平穩(wěn)充型的澆注工藝，同時在橫澆道加設集渣包以獲得健全鑄件；(4)熱處理:將鑄件升溫至950-970 °C，并保溫1_2小時進行高溫淬火，在300-320°C 下回火。所述的一次變質劑的添加量為鐵水重量的0.5-0.8%，所述的二次變質劑的添加量為鐵水重量的1.2-1.5%。與已有技術相比，本專利技術的有益效果如下:本專利技術的高鉻鑄鐵的強韌化工藝，通過微合金化、變質處理、以及采用急冷鑄型和低溫快速平穩(wěn)充型的澆注工藝和熱處理，大幅度細化晶粒尤其是共晶碳化物，改善共晶碳化物形狀和分布，顯著提高了高鉻鑄鐵沖擊韌性。(I)本專利技術通過用一定比例的硼、鈦、鈮、釩、稀土等微合金化元素進行多元微合金化，微合金化元素與鐵水反應將形成大量彌散分布于鐵水中的形核質點，由于奧氏體先行析出，不但細化了奧氏體晶粒，同時也阻止了后來的共晶碳化物長大和連續(xù)分布，從而明顯改善共晶碳化物形狀和分布，顯著的細化共晶碳化物尺寸和晶粒，提高其韌性；在熔煉過程中向鐵液中通人氬氣除氣和夾雜物，流動性增加，晶界凈化，使高鉻鑄鐵變得更加純凈和致密，其韌性也隨之提高，向鐵液中通人10-20min氬氣，其沖擊韌性Ak值由6J/cm2提高到10-12J/cm2；(2))本專利技術通過在爐內和包內采用二次孕育、變質處理，細化晶粒和凈化鐵水，細化共晶和改善碳化物形態(tài)及分布，從而達到提高韌性，以稀土為二次變質劑，稀土元素的是熔點低，原子半徑大，在Fe-Cr-C合金中有強烈過冷現(xiàn)象的元素之一，同時又是非碳化物形成元素，因此，在凝固過程中就會通過溶質再分配而富集在初生奧氏體結晶前沿熔體中，造成成分過冷，使初生奧氏體枝晶細化，稀土元素易吸附正在生長的共晶碳化物擇優(yōu)成長的晶向上，降低了共晶碳化物擇優(yōu)長大方向上的長大速度，促使共晶碳化物呈現(xiàn)團球化+蠕蟲化，同時導致碳化物的分散化，從而促使碳化物均勻分布；同時稀土易與氧、硫等起反應形成高熔點形核質點，細化晶粒和細化共晶碳化物，由于碳化物形貌的改善和細化晶粒，使脆性斷裂時裂紋擴展路徑受到阻礙，因而提高了沖擊韌性；(3)本專利技術采用急冷鑄型和低溫快速平穩(wěn)充型的澆注步驟，有效地防止鐵水的二次污染；在橫澆道加設集渣包，以獲得健全鑄件，提高了高鉻鑄鐵的韌性；(4)本專利技術選擇的再結晶熱處理工藝，控制適宜的淬火溫度和回火溫度，從而獲得較細的晶粒和理想基體組織及組成，提高高鉻鑄鐵的斷裂韌性KIC?！揪唧w實施方式】以下結合實施例對本專利技術作進一步的說明，但本專利技術不僅限于這些實施例，在未脫離本專利技術宗旨的前提下，所作的任何改進均落在本專利技術的保護范圍之內。實施例1:—種尚絡鑄鐵的強初化工藝，按常規(guī)的方法制備尚絡鑄鐵，在常規(guī)的制備過程中，添加以下步驟:(I)熔煉:中頻爐熔煉時按重量百分比添加硼0.003%、鈦0.08%、鈮0.08%、釩0.06%、稀土 0.025%進行微合金化；在熔煉過程中向鐵液中通人1min氬氣除氣和夾雜物；(2)孕育、變質處理:在爐內添加硼和鈦作為一次變質劑進行一次孕育和變質處理，在包內添加鉀和稀土作為二次變質劑進本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種高鉻鑄鐵的強韌化工藝，其特征在于：具體操作如下：(1)熔煉：中頻爐熔煉時按重量百分比添加硼0.003?0.005％、鈦0.01?0.08％、鈮0.08?0.2％、釩0.06?0.3％、稀土0.025?0.03％進行微合金化；在熔煉過程中向鐵液中通人10?20min氬氣除氣和夾雜物；(2)孕育、變質處理：在爐內添加硼和鈦作為一次變質劑進行一次孕育和變質處理，在包內添加鉀和稀土作為二次變質劑進行二次孕育和變質處理；(3)鑄造和澆注：采用急冷鑄型和低溫快速平穩(wěn)充型的澆注工藝，同時在橫澆道加設集渣包以獲得健全鑄件；(4)熱處理：將鑄件升溫至950?970℃，并保溫1?2小時進行高溫淬火，在300?320℃下回火。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：汪德發(fā)，徐超，湯新明，翟健，趙文定，汪禮忠，
申請(專利權)人：寧國市開源電力耐磨材料有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：安徽;34