耐热疲劳蠕墨铸铁、铸铁模及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种耐热疲劳蠕墨铸铁，由该耐热疲劳蠕墨铸铁制造的铸铁模及其制备方法，该耐热疲劳蠕墨铸铁按质量百分比由以下化学成分组成：C3.5‑3.9％、Si1.6‑2.0％、Mn0.5‑0.7％、P<0.05％、S<0.015％、Mo0.3‑0.6％、Cu0.6‑0.8％、Ca0.005‑0.032％、RE0.015‑0.018％、Ti0‑0.008％，Mg0‑0.03％，余量为Fe和不可避免的杂质；碳当量CE＝4.3‑4.6％。本发明专利技术的技术方案可以很好的解决在高温和激冷‑激热的环境下服役的铸铁模的耐热疲劳的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及铸造领域，具体设计一种耐热疲劳蠕墨铸铁，由该耐热疲劳蠕墨铸铁制造的铸铁模及其制备方法。
技术介绍
模具通常在空气的氧化环境下服役，由于铸铁组织中的石墨颗粒的存在，模具表面氧化后，氧原子会以石墨缝隙、缩松和裂纹等缺陷作为通道，深入金属内部，导致内部金属基体的变化，从而引起材质不可逆的变化。灰铁虽然导热性较高，但是由于片状石墨对基体的割裂作用，导致灰铁的力学性能很差，在这样应力作用下便更早的出现裂纹。从石墨形态来说，片状石墨比表面积大，共晶团之间相互联系形成了氧原子向组织内部扩散的通道，导致灰铁的抗氧化性较差；球状石墨的比表面积最小，并且相互被金属集体隔离，石墨颗粒不能成为氧原子的通道，氧化只能逐层进行氧化，这样的组织结构导致球墨铸铁的抗氧化性好。蠕墨铸铁具有力学性能接近球墨铸铁，导热性与灰铁相近。蠕墨铸铁的石墨形态是介于片状和球状石墨之间的，通常情况下，蠕墨铸铁的抗氧化性也介于二者之间。为了适应更恶劣的工作环境，蠕墨铸铁的耐热疲劳性能还有待进一步加强。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种耐热疲劳蠕墨铸铁，由该耐热疲劳蠕墨铸铁制造的铸铁模及其制备方法，能够显著提高其在高温和激冷-激热的工作环境下的耐热疲劳性能，即能够实现在高温和激冷-激热的工作环境下长时间安全可靠的服役。为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种耐热疲劳蠕墨铸铁，该耐热疲劳蠕墨铸铁按质量百分比由以下化学成分组成：C3.5-3.9％、Si1.6-2.0％、Mn0.5-0.7％、P<0.05％、S<0.015％、Mo0.3-0.6％、Cu0.6-0.8％、Ca0.005-0.032％、RE0.015-0.018％、Ti0-0.008％，Mg0-0.03％，余量为Fe和不可避免的杂质；碳当量CE＝4.3-4.6％，其中碳当量的计算公式为：CE＝[C+0.3(Si+P)+0.4S-0.03Mn]％，该公式中各元素分别代表相应元素在该耐热疲劳蠕墨铸铁中的质量百分比。进一步地，在上述耐热疲劳蠕墨铸铁中，所述耐热疲劳蠕墨铸铁中，按质量百分比计，Mo的含量为0.5-0.6％、Cu的含量为0.7-0.8％。进一步地，在上述耐热疲劳蠕墨铸铁中，该耐热疲劳蠕墨铸铁按质量百分比由以下化学成分组成：C3.6-3.8％、Si1.9-2.0％、Mn0.5-0.6％、P<0.05％、S<0.015％、Mo0.5-0.6％、Cu0.7-0.8％、Ca0.007-0.032％、RE0.015-0.017％、Mg0.005-0.01％、余量为Fe和不可避免的杂质；或者C3.6-3.8％、Si1.9-2.0％、Mn0.5-0.6％、P<0.05％、S<0.015％、Mo0.5-0.6％、Cu0.7-0.8％、Ca0.005-0.032％、RE0.016-0.018％、Ti0.002-0.008％、余量为Fe和不可避免的杂质。另一方面，本专利技术还公开一种耐热疲劳蠕墨铸铁的方法，包括如下步骤：(1)配料：按照上述C、Si、Mn质量百分比选取生铁和Q235废钢，其中生铁占80％-90％，Q235废钢占10％-20％；(2)铜钼合金选取：按照权利要求1-3任一所述的合金元素的质量百分比选取铜钼合金；(3)熔炼：将生铁、Q235废钢以及铜钼合金加入电炉中熔炼成铁液，然后将所述铁液转入精炼炉中进行精炼，精炼过程中，扒渣取样进行炉前成分分析，根据检测结果调整铁液中各成分符合要求，精炼后除渣，在1480℃-1550℃之间将铁液出炉进入蠕化处理；(4)蠕化处理：使用包底冲入法工艺，将铁液转入底部放置蠕化剂的浇包中，蠕化剂选用稀土镁硅铁合金或稀土硅铁合金，蠕化剂的使用量为浇包中铁液总质量的0.5-0.9％；(5)浇注：取样检测合格后，在1430℃-1480℃浇注。进一步地，在上述方法中，在所述步骤(2)中，所述铜钼合金为氧化钼和黄铜。进一步地，在上述方法中，在所述步骤(3)中，所述铁液出炉的温度为1480℃-1500℃。进一步地，在上述方法中，在所述步骤(3)中，将生铁、Q235废钢以及1/2量的铜钼合金加入电炉中熔炼成铁液，然后将所述铁液转入精炼炉中并随钢流加入剩余1/2量的铜钼合金。进一步地，在上述方法中，在所述步骤(4)中，当蠕化剂为稀土镁硅铁合金时，使用量为浇包中铁液总质量的0.52％-0.55％；当蠕化剂为稀土硅铁合金时，使用量为浇包中铁液总质量的0.75％-0.85％；进一步地，在上述方法中，在所述步骤(4)中，将铁液转入底部放置蠕化剂的浇包中以后，立即取样使用超声测厚仪对蠕化效果进行检测，当超声波纵波声速高于5.6Km/s时，继续向浇包中铁液加入蠕化剂；当超声波纵波声速低于5.4Km/s时，继续向浇包中注入铁液，当超声波纵波速位于5.4-5.6Km/s范围内时即完成蠕化处理。另一方面，本专利技术还公开一种铸铁模，该铸铁模上述的耐热疲劳蠕墨铸铁或者方法制备而成。分析可知，本专利技术公开一种耐热疲劳蠕墨铸铁，由该耐热疲劳蠕墨铸铁制造的铸铁模及其制备方法，本专利技术的技术方案可以很好的解决在高温和激冷-激热的环境下服役的铸铁模的耐热疲劳的问题；由于该蠕墨铸铁具有较好的铸造性能，可以使用消失模铸造工艺铸造，铸件表面较为平整，不需要进行后续热处理和机械加工即可服役，大大减少生产成本；同时蠕墨铸铁具有接近灰铸铁的导热性和接近球墨铸铁的力学性能，具有较好的抗生长性能，保证了铸铁模在服役过程中的尺寸稳定性。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。其中：图1为实施例1使用稀土硅铁合金蠕化处理的铸铁模底部的金相照片；图2为实施例1使用稀土硅铁合金蠕化处理的铸铁模侧壁的金相照片；图3为实施例2使用稀土镁硅铁合金蠕化处理的铸铁模底部的金相照片；图4为实施例2使用稀土镁硅铁合金蠕化处理的铸铁模侧壁的金相照片。具体实施方式下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。根据本专利技术的实施例，提供了一种耐热疲劳蠕墨铸铁，该耐热疲劳蠕墨铸铁按质量百分比包括以下化学成分：C3.5-3.9％、Si1.6-2.0％、Mn0.5-0.7％、P<0.05％、S<0.015％、Mo0.3-0.6％、Cu0.6-0.8％、Ca0.005-0.032％、RE0.015-0.018％、Ti0-0.008％，Mg0-0.03％，余量为Fe和不可避免的杂质；碳当量CE＝4.3-4.6％，其中碳当量的计算公式为：CE＝[C+0.3(Si+P)+0.4S-0.03Mn]％，该公式中各元素分别代表相应元素在该耐热疲劳蠕墨铸铁中的质量百分比。优选地，耐热疲劳蠕墨铸铁中，按质量百分比计，Mo0.5-0.6％、Cu0.7-0.8％。优选地，该耐热疲劳蠕墨铸铁按质量百分比包括以下化学成分：C3.6-3.8％、Si1.9-2.0％、Mn0.5-0.6％、P<0.05％、S<0.015％、Mo0.5-0.6％、Cu0.7-0.8％、Ca0.007-0.032％、RE0.015-0.017％、Mg0.0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐热疲劳蠕墨铸铁，其特征在于，该耐热疲劳蠕墨铸铁按质量百分比由以下化学成分组成：C3.5‑3.9％、Si1.6‑2.0％、Mn0.5‑0.7％、P<0.05％、S<0.015％、Mo0.3‑0.6％、Cu0.6‑0.8％、Ca0.005‑0.032％、RE0.015‑0.018％、Ti0‑0.008％，Mg0‑0.03％，余量为Fe和不可避免的杂质；碳当量CE＝4.3‑4.6％，其中碳当量的计算公式为：CE＝[C+0.3(Si+P)+0.4S‑0.03Mn]％，该公式中各元素分别代表相应元素在该耐热疲劳蠕墨铸铁中的质量百分比。

【技术特征摘要】
1.一种耐热疲劳蠕墨铸铁，其特征在于，该耐热疲劳蠕墨铸铁按质量百分比由以下化学成分组成：C3.5-3.9％、Si1.6-2.0％、Mn0.5-0.7％、P<0.05％、S<0.015％、Mo0.3-0.6％、Cu0.6-0.8％、Ca0.005-0.032％、RE0.015-0.018％、Ti0-0.008％，Mg0-0.03％，余量为Fe和不可避免的杂质；碳当量CE＝4.3-4.6％，其中碳当量的计算公式为：CE＝[C+0.3(Si+P)+0.4S-0.03Mn]％，该公式中各元素分别代表相应元素在该耐热疲劳蠕墨铸铁中的质量百分比。2.根据权利要求1所述的耐热疲劳蠕墨铸铁，其特征在于，所述耐热疲劳蠕墨铸铁中，按质量百分比计，Mo的含量为0.5-0.6％、Cu的含量为0.7-0.8％。3.根据权利要求1所述的耐热疲劳蠕墨铸铁，其特征在于，该耐热疲劳蠕墨铸铁按质量百分比由以下化学成分组成：C3.6-3.8％、Si1.9-2.0％、Mn0.5-0.6％、P<0.05％、S<0.015％、Mo0.5-0.6％、Cu0.7-0.8％、Ca0.007-0.032％、RE0.015-0.017％、Mg0.005-0.01％、余量为Fe和不可避免的杂质；或者C3.6-3.8％、Si1.9-2.0％、Mn0.5-0.6％、P<0.05％、S<0.015％、Mo0.5-0.6％、Cu0.7-0.8％、Ca0.005-0.032％、RE0.016-0.018％、Ti0.002-0.008％、余量为Fe和不可避免的杂质。4.制备权利要求1至3中任一项所述的耐热疲劳蠕墨铸铁的方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)配料：按照权利要求1-3任一所述的C、Si、Mn质量百分比选取生铁和Q235废钢，其中生铁占80％-90％，Q235废钢占10％...

【专利技术属性】
技术研发人员：许磊，霍晓阳，王有超，历长云，王丽梅，米国发，左善超，王狂飞，魏娟娟，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南;41