一种高铬铸铁的变温烧结工艺制造技术

本发明专利技术提供一种高铬铸铁的变温烧结工艺，属于金属材料粉末冶金领域，包括：(1)雾化制粉；(2)模压制坯：往预合金粉末中加入成型剂，压制后得到压坯；(3)变温烧结：将压坯进行变温烧结，上限烧结温度为1250～1280℃，保温时间为10～30min，之后再迅速降温至下限烧结温度1220～1245℃，保温时间为30～90min，得到烧结样坯；(4)控温冷却：将烧结样坯进行控温冷却，随后炉冷或者立即室温空冷。本发明专利技术通过预合金雾化制粉‑模压制坯‑变温烧结‑控温冷却工艺，大大缩短了制备时间，降低操作难度，在获得形貌简单、小尺寸、分布均匀的碳化物后，使得高铬铸铁冲击韧性得到提高的同时，合金的抗弯强度也得到了极大的提高，大大提升了高铬铸铁合金抗冲击耐磨性能。

A Variable Temperature Sintering Process for High Chromium Cast Iron

The invention provides a variable temperature sintering process for high chromium cast iron, which belongs to the field of powder metallurgy of metal materials, including: (1) atomizing powder making; (2) moulding compact: adding forming agent into pre-alloyed powder and pressing to obtain compact; (3) variable temperature sintering: sintering compact at variable temperature, the upper sintering temperature is 1250-1280 C, the holding time is 10-30 minutes, and then rapidly cooling to the lower limit. The sintering temperature is 1220-1245 C and the holding time is 30-90 min. The sintered sample is obtained. (4) Temperature-controlled cooling: the sintered sample is cooled by temperature-controlled cooling, followed by furnace cooling or immediate room temperature air cooling. The invention greatly shortens the preparation time and reduces the operation difficulty by means of pre-alloying atomization powder making, die pressing billet, variable temperature sintering and temperature controlled cooling technology. After obtaining carbides with simple morphology, small size and uniform distribution, the impact toughness of high chromium cast iron is improved, while the bending strength of the alloy is greatly improved, and the resistance of high chromium cast iron alloy is greatly improved. Impact wear resistance.

【技术实现步骤摘要】
一种高铬铸铁的变温烧结工艺
本专利技术属于金属材料粉末冶金领域，涉及一种高铬铸铁的变温烧结工艺。
技术介绍
高铬铸铁是Fe-C-Cr系合金中一类重要的高强耐磨、抗腐蚀结构材料，是继普通白口铸铁、镍硬铸铁后的第三代耐磨铸铁，具备优良的强韧性、抗磨性和抗腐蚀性，但其铸造废品率高和成形性差，目前，工业上最常采用变质铸造方法生产高铬铸铁。变质铸造方法可以通过在熔液的固液界面上创造大量高温异质相，提高形核率，抑制过度取向生长。目前用于高铬铸铁变质铸造的工艺步骤包括：孕育剂添加处理，浇注前添加变质剂，铸件热处理。该工艺改善了高铬铸铁碳化物及基体的类型、形貌和尺寸大小，提高了高铬铸铁的强韧性和耐磨性能。变质铸造工艺的核心理念就是通过添加异质形核点以提高形核率，后续热处理弥散析出、改善碳化物形貌。但是，变质铸造工艺需要加入变质剂，会引入杂质，同时需要长时间的高温熔融处理，加上后续热处理工艺，工艺周期长达48h，能耗巨大，不能连续生产，因此，开发一种新型高铬铸铁铸造工艺具有重要意义。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种操作简单、工艺周期短、易于实现工业化生产的高铬铸铁的变温烧结工艺，以进一步改善高铬铸铁冲击韧性和耐磨性能。本专利技术提供一种高铬铸铁的变温烧结工艺，包括以下步骤：(1)雾化制粉：按设计的高铬铸铁进行混料，充分熔融水雾化制得预合金粉末；(2)模压制坯：往步骤(1)所得预合金粉末中加入成型剂，压制后得到压坯；(3)变温烧结：将步骤(2)所得压坯进行变温烧结，上限烧结温度为1250～1280℃，保温时间为10～30min，之后再迅速降温至下限烧结温度1220～1245℃，保温时间为30～90min，得到烧结样坯；(4)控温冷却：将步骤(3)所得烧结样坯进行控温冷却，随后炉冷或者立即室温空冷，即得过共晶高铬耐磨铸铁。优选的，步骤(2)中，所述成型剂为丁苯橡胶(SG)，成型剂的添加量为0.8～1.5wt％。更优选的，所述成型剂的添加量为1.0～1.2wt％。优选的，步骤(2)中，压制方式为单向钢模压制，压制压力为200～300MPa，保压时间为60s。优选的，步骤(3)中，上限烧结温度1260～1275℃，保温时间15～25min，下限烧结温度为1230～1245℃，保温时间50～70min。更优选的，步骤(3)中，上限烧结温度1265～1275℃，保温时间15～20min，下限烧结温度为1235～1245℃，保温时间60～70min。优选的，步骤(4)中，所述控温冷却的条件为：降至温度为400～600℃，冷却速度为1～10℃/min。更优选的，降至温度为450～500℃，冷却速度≥3℃/min。进一步，冷却速度为4～8℃/min。本专利技术还提供一种25％Cr高铬铸铁合金，由上述高铬铸铁的变温烧结工艺制备得到。粉末冶金可以通过快速凝固来提高形核率，采用超固相线液相烧结技术(SLPS)使得温度处于固液两相区，达到迅速致密化的同时还提供大量细小异质形核质点，极为有利于形貌简单、分布均匀、细小碳化物的形成，该变温烧结工艺利用短时的上限温度烧结形成大量液相，使得致密化过程迅速完成，接着配以低温下限烧结抑制碳化物组织长大，细化晶粒，再利用控温冷却对烧结高铬铸铁进行热处理，在拓宽烧结温度区间简化工艺操作性的同时，极大缩短了生产周期，减低了能耗和生产要求，还大大提高了高铬铸铁的强韧性和耐磨性能，可广泛应用于多元高铬铸铁合金。与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果为：(1)本专利技术提供的高铬铸铁的变温烧结工艺，预合金雾化粉具备快速凝固的特点，提高形核率，利用变温烧结控制凝固过程中液相含量，实现快速致密化兼抑制晶粒的过分粗化，从而获得形貌简单、尺寸较少、分布均匀的碳化物；变温烧结中短时高温烧结后即实现迅速致密化，大大缩短整个烧结工艺的时间；后续的适时较低温保温烧结，获得析出充分、晶粒细小、分布均匀的碳化物，大大减少了碳化物因应力集中对基体的割裂作用，从而使得合金硬度和冲击韧性均获得大幅度提高，大大提高了高铬铸铁的抗冲击耐磨性能。通过变温烧结工艺，即利用预合金粉末快速凝固与变温控制超固相线液相烧结相结合的方式获得小尺寸、形貌简单的高硬度碳化物，在随后的连续快速冷却处理可以形成韧性较好的基体组织，有利于提高合金冲击韧性。因此控制碳化物尺寸、形貌成为改善高铬铸铁综合性能的方法。(2)本专利技术提供的高铬铸铁的变温烧结工艺，预合金雾化制粉-模压制坯-变温烧结-控温冷却制备工艺，与常规的铸造工艺相比，本专利技术工艺大大缩短了制备时间，降低操作难度，在获得形貌简单、小尺寸、分布均匀的碳化物后，使得高铬铸铁冲击韧性得到提高的同时，合金的抗弯强度也得到了极大的提高，大大提升了高铬铸铁合金抗冲击耐磨性能。(3)本专利技术提供的25％Cr高铬铸铁合金，包含形貌简单、细小不连续的碳化物组织，其强韧性以及耐磨性能均有明显改善，兼具良好的强度和韧性，对建筑、矿山、交通运输等领域的发展有重要意义，适于工业化应用。高铬铸铁属于多元合金，凝固时择优取向趋向极强，要获得形貌简单、细小不连续的碳化物，可通过快速凝固提高形核率来实现。附图说明图1为实施例1所得高铬铸铁致密烧结件的金相图。图2为实施例2所得高铬铸铁致密烧结件的金相图。图3为实施例3所得高铬铸铁致密烧结件的金相图。图4为实施例4所得高铬铸铁致密烧结件的金相图。图5为对比例1采用传统烧结1260℃/90min所得高铬铸铁的金相图。具体实施方式下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部实施例，基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。下面结合具体实施例和附图对本专利技术进行进一步说明：实施例1本专利技术提供一种高铬铸铁的变温烧结工艺，包括以下步骤：(1)雾化制粉：按25Cr％高铬铸铁合金混料，然后充分熔融水雾化制得预合金粉末；(2)模压制坯：往预合金粉末中加入1.0wt％的丁苯橡胶作为成型剂，压制方式为单向钢模压制，压制压力为200～300MPa，保压时间为60s，压制后得到压坯；(3)变温烧结：将压坯进行变温烧结，上限烧结温度为1270℃/15min+下限烧结温度1245℃/62min，得到烧结样坯；(4)控温冷却：将烧结样坯降至温度为500℃，冷却速度为2℃/min，随后立即室温空冷，最终得到25Cr％过共晶高铬耐磨铸铁，其金相图如图1所示。实施例2本专利技术提供一种高铬铸铁的变温烧结工艺，包括以下步骤：(1)雾化制粉：按25Cr％高铬铸铁合金混料，然后充分熔融水雾化制得预合金粉末；(2)模压制坯：往预合金粉末中加入1.0wt％的丁苯橡胶作为成型剂，压制方式为单向钢模压制，压制压力为200～300MPa，保压时间为60s，压制后得到压坯；(3)变温烧结：将压坯进行变温烧结，上限烧结温度为1265℃/15min+下限烧结温度1245℃/67min，得到烧结样坯；(4)控温冷却：将烧结样坯降至温度为450℃，冷却速度为4℃/min，随炉冷却至室温，最终得到25Cr％过共晶高铬耐磨铸铁，其金相图如图2所示。实施例3本专利技术提供一种高铬铸铁的变温烧结工艺，包括以下步骤：(1)雾化制粉：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高铬铸铁的变温烧结工艺，其特征在于，包括以下步骤：(1)雾化制粉：按设计的高铬铸铁进行混料，充分熔融水雾化制得预合金粉末；(2)模压制坯：往步骤(1)所得预合金粉末中加入成型剂，压制后得到压坯；(3)变温烧结：将步骤(2)所得压坯进行变温烧结，上限烧结温度为1250～1280℃，保温时间为10～30min，之后再迅速降温至下限烧结温度1220～1245℃，保温时间为30～90min，得到烧结样坯；(4)控温冷却：将步骤(3)所得烧结样坯进行控温冷却，随后炉冷或者立即室温空冷，即得。

【技术特征摘要】
1.一种高铬铸铁的变温烧结工艺，其特征在于，包括以下步骤：(1)雾化制粉：按设计的高铬铸铁进行混料，充分熔融水雾化制得预合金粉末；(2)模压制坯：往步骤(1)所得预合金粉末中加入成型剂，压制后得到压坯；(3)变温烧结：将步骤(2)所得压坯进行变温烧结，上限烧结温度为1250～1280℃，保温时间为10～30min，之后再迅速降温至下限烧结温度1220～1245℃，保温时间为30～90min，得到烧结样坯；(4)控温冷却：将步骤(3)所得烧结样坯进行控温冷却，随后炉冷或者立即室温空冷，即得。2.根据权利要求1所述高铬铸铁的变温烧结工艺，其特征在于，步骤(2)中，所述成型剂为丁苯橡胶，成型剂的添加量为0.8～1.5wt％。3.根据权利要求2所述高铬铸铁的变温烧结工艺，其特征在于，所述成型剂的添加量为1.0～1.2wt％。4.根据权利要求1所述高铬铸铁的变温烧结工艺，其特征在于，步骤(2)中，压制方式为单向钢模压制，压制压力为200～300MPa，保压...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖平安，顾景洪，肖璐琼，李忠涛，肖利洋，石管华，肖雨桐，古思敏，吕蓉，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43