灶具炉头用易切削灰口铸铁及其制备方法，本发明专利技术各元素的质量百分含量为：3.2～3.6%C，2.1～2.7%Si，0.3～0.6%Mn，0.2～0.3%Sb、0.1～0.3%Cu和少量杂质，其余为铁。C、Si含量控制使得碳当量在4.26%附近，产生尽可能多的共晶组织。Mn能细化铸铁的石墨，Sb有干预石墨球化作用，增加石墨球数。Sb易与Fe形成化合物，使合金的脆性增加，添加少量Cu，在不增加合金硬度的前提下，减少Sb的脆化作用。本发明专利技术灰口铸铁的组织由HT200灰口铸铁的A型石墨组织转变为F型石墨组织，有利于提高热疲劳作用下的抗氧化能力，同时适合大批量化生产、成本低。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种灶具炉头用灰口铸铁的抗氧化性能的改善。它是通过添加微量Cu和Sb元素，控制石墨析出形貌和珠光体片层厚度，在不显著改变合金的硬度的情况下，提高一种HT200灰口铸铁的抗中低温氧化能力。技术背景本专利技术属于一种低强度灰口铸铁材料，适用于低强度要求的灶具炉头材质。灶具炉头的作用是实现燃气与空气的混合，常用的燃气包括天然气、人工煤气、液化石油气等。其中人工煤气组成波动大,含较多硫、氮等制酸成分,对腐蚀影响较严重。而天然气燃烧产物中NOx含量较低,几乎不含SO2。另外，燃烧过程中产生大量的水蒸气量，与生活用盐水等结合，可在炉头表面形成复杂电解质，其。因此，炉头的腐蚀情况比较复杂，同时兼有石墨化腐蚀过程和活化腐蚀过程，这种情况下，应选择处于接近球铁状态的非连续细片状石墨铸铁(灰铸铁)作为炉头铸铁的候选组织，从而实现均匀腐蚀，以提高炉头耐蚀性。但是，在实际应用中发现，在与火盖相接触的部位是炉头腐蚀最为严重的地方。究其原因，应该与热疲劳相关：由于与火盖相接触的炉头铸铁，在点火燃烧时，其温度超过400℃。在反复的燃烧-熄火过程中，铸铁存在温度反复升降，因而会产生热疲劳。从而加剧了铸铁基体的氧化和电化学腐蚀。热疲劳加剧铸铁的电化学腐蚀过程主要有两个机理：一是造成钝化膜脱落，由于钝化膜与腐蚀基体的热膨胀性能不一致，当钝化膜增加到一定厚度时，钝化膜与基体之间的热应力增加，造成钝化膜与基体脱离，从而失去保护作用。二是造成基体产生微裂纹。灰口铸铁是第一阶段石墨化过程充分进行而得到的铸铁，全部或大部分碳以片状石墨形态存在，断口呈灰暗色，因此得名，它包括一般灰口铸铁（简称灰铸铁）、球墨铸铁、麻口铸铁、孕育铸铁、稀土灰口铸铁等。灰口铸铁其断口的外貌呈浅灰色，故称为灰口铸铁（灰铁）。此价格便宜，应用广泛，灰口铸铁占铸铁的总产量80%以上。目前炉头所利用的铸铁为灰铸铁，即一般灰口铸铁。按照国家标准，灰铸铁的牌号主要以抗拉强度为依据，但大多数铸件由不同壁厚的部分组成，壁厚不同造成冷却速度不同，从而造成组织和性能的差异。根据灶具炉头的机械强度和壁厚要求，一般采用HT200灰口铸铁，其主要成分为3.2～3.6%C，2.0～2.4%Si，0.6～0.9%Mn和少量的磷、硫等杂质，其余为铁。硬度是铸铁工作性能的基本指标之一，它能反映材料的强度、耐磨性和可切削加工性能的优劣。灰铸铁的布氏硬度范围为HB110～270。由于灶具炉头铸件需要较多的切削加工，因此其适宜的硬度为HB110～200。加入合金元素的目的是提高金属基体的电极电位,或其热力学稳定性或使其表面生成电阻极大的腐蚀产物层,特别是表面生成一层钝化膜,以降低阳极、阴极活性。铸铁材料中通常加入Ni、Cr、Sb、Cu等,多种元素复合合金化时可使铸铁的耐蚀性提高3-5倍。目前应用比较普遍的低合金铸铁有Ni-Cr、Cu-Cr、Cu-Al、Cu-Sb-Cr等。HT200加入l%Cu、1.5%-2%Cr、0.8%-1.2%Mo及Al变质剂,可使铸铁的耐静海腐蚀性能提高4倍以上，这要归功于在腐蚀过程中表面形成了一种均一、完整、致密的保护膜。膜内富集了大量的元素C、Si、Al、Cr、Mn、O等,且有一定数量Cu、Mo等,形成金属及非金属氧化物及其他物质组成的复合保护膜。灰铸铁中(Cu)为0.4%-0.5%时，Cu以固溶形式存在,提高基体电极电位，w(Cu)＞0.5%时，铸铁中出现自由状态Cu，形成坚固的保护膜，同时有Ni、Cu、Al存在时能够提高Cu的固溶度。Sb可提高铸铁在酸碱中的耐蚀性，并且是一种强有力的珠光体稳定剂,作用比Sn强1倍,比铜强100倍。但是锑合金化急剧降低铸铁强度,为改善力学性能,一般采用Sb、Cu复合合金化。含Cu0.4%-0.8%、Sb0.1%-0.4%的铸铁,可在近海污染的海水中使用。Cr-Sb-Cu铸铁在海水中的腐蚀比普通铸铁轻,它暴露一年的腐蚀率为0.13mm/a。对成分为3.2-3.8%C,3.3-3.5%Si、1.5-3.5%Cu、0.5-1.5%Mn、0.1-2.5%Al和0.008-0.2%Sb的铸铁采用球化处理,可获得高强度的耐海水腐蚀铸铁件(船舶结构件),其抗拉强度可达770-800MPa,硬度达到HB=269-277,腐蚀率为0.039-0.041g/m2h。由上可见，采用Sb、Cu复合合金化可以改善灰口铸铁在海水里的腐蚀性能，但会导致硬度上升而不利于加工等问题，并且其抗热循环氧化问题一直是个难题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种低硬度灰口铸铁的制备方法，制备的灰口铸铁具有耐500℃以下循环氧化的特性、可用于灶具炉头等领域。本专利技术设计了一种灰口铸铁，其3.2～3.6%C，2.1～2.7%Si，0.3～0.6%Mn，0.2～0.3%Sb、0.1～0.3%Cu和少量的磷、硫杂质，其余为铁。Sb的质量百分含量为：0.2～0.25%Sb。Cu的质量百分含量为：0.1～0.2%Cu。Sb和Cu的质量百分含量分别为0.2～0.25%Sb，0.1～0.2%Cu。本专利技术的灰口铸铁采用感应熔炼和砂模铸造，熔铸工艺如下：1、炉料准备炉料包括生铁、回炉料、碳素废钢、锰铁、硅铁、金属铜和锑，要求纯度达标，尺寸符合炉前加料要求。2、浇注铁水包的准备使用前，必须对铁水包充分烘烤至干，并加热使用。3、孕育剂、保温覆盖剂的准备选用防水、防潮良好的孕育剂、保温覆盖剂，否则应在200-400℃下烘烤干后使用。4、装料熔化及炉前检验装料时应先加生铁和回炉料，大块料加在坩埚壁周围，小块料加在炉底及中心并尽量装满，送电熔化。生铁和回炉料全部熔化后，按次序加入各种炉料，按如下顺序加入：废钢、锰铁和硅铁，继续加热，使炉温达到1450～1480℃。5、孕育处理和加金属铜锑由于Cu、Sb加入量少，为了保证均匀，预先制备成Cu-48～52%Sb合金，破碎成-200目粉末，并与孕育剂充分混合。提前3～5分钟清除铁水包，当炉内铁液温度达到1450～1480℃时，切断电源，迅速将铁液表面的熔渣及保温覆盖剂扒净，出铁时，应连续均匀快速出铁至需要量。采用随流加入孕育剂和Cu-Sb合金粉末混合物，即在出铁时加入，并搅拌铁液，使孕育剂和Cu-Sb粉全部熔化，加入保温覆盖剂，搅拌铁液及保温覆盖剂，扒净渣后，迅速将铁液运至浇铸场地。6、浇铸浇铸时应连续，不允许断流，并应避免渣进入砂型型腔内。本专利技术通过对C、Si含量控制使得碳当量在4.26%附近，产生尽可能多的共晶组织。Mn能细化铸铁的石墨，但由于Mn元素在晶界偏析和有较强的碳化物形成倾向，有提高强度的趋势。为了防止后续添加元素造成强度提高，Mn含量控制在0.3%～0.6%之间。Sb有干预石墨球化作用，增加石墨球数。但Sb易与Fe形成化合物，使合金的脆性增加，因此添加少量Cu，在不增加合金硬度的前提下，减少Sb的脆化作用。通过上述合金设计，使灰口铸铁的组织由HT200灰口铸铁的A型石墨组织转变为F型石墨组织。其中A型石墨组织为分布均匀的片状石墨，石墨片比较粗大，并相互连通，从而利于高温下氧原子的扩散，在热疲劳应力作用下片层间出现裂纹而使氧化脱落倾向增加；而F型石墨为星形石墨，块状石墨和其表面长出的小片状石墨组成，这种组织石墨片相交程度降低，从而降低本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种灶具炉头用易切削灰口铸铁，其特征在于：各元素成分的质量百分含量为：3.2～3.6%C，2.1～2.7%Si，0.3～0.6%Mn， 0.2～0.3%Sb，0.1～0.3%Cu和少量的磷、硫杂质，其余为铁。
【技术特征摘要】
1.一种灶具炉头用易切削灰口铸铁，其特征在于：各元素成分的质量百分含量为：3.2～3.6%C，2.1～2.7%Si，0.3～0.6%Mn，0.2～0.3%Sb，0.1～0.3%Cu和少量的磷、硫杂质，其余为铁。2.如权利要求1所述的灶具炉头用易切削灰口铸铁，其特征在于：Sb的质量百分含量为：0.2～0.25%Sb。3.如权利要求1所述的灶具炉头用易切削灰口铸铁，其特征在于：Cu的质量百分含量为：0.1～0.2%Cu。4.如权利要求1所述的灶具炉头用易切削灰口铸铁，其特征在于：Sb和Cu的质量百分含量分别为0.2～0.25%Sb，0.1～0.2%Cu。5.一种如权利要求1所述的灶具炉头用易切削灰口铸铁的抗氧化合金化制备方法，其特征在于包括以下步骤：A炉料准备炉料包括生铁、回炉料、碳素废钢、锰铁、硅铁、金属铜和锑，要求纯度达标，尺寸符合炉前加料要求；B浇注铁水包的准备使用前，对铁水包烘烤至干，并加热使用；C孕育剂、保...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗丰华，程永超，李林，刘晓刚，牟楠，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43
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