含钛铬耐磨铸铁及其热处理工艺制造技术

含钛铬耐磨铸铁，其组成和重量百分比是：Ｃ：２．０～３．５％；Ｔｉ：１．５～５．０％；Ｃｒ：１１．０～１４．０％；Ｍｎ：≤１．０％；Ｓｉ：０．６～１．８％；Ｐ≤０．０６％；Ｓ≤０．０５％；其余为Ｆｅ和不可避免的杂质。优化方案有：１、当Ｔｉ＞４．０％时，Ｓｉ＞１．５％。２、含钛铬耐磨铸铁的组分中还可加入：Ｍｏ，０．５～１．５％（重量百分数）。３、含钛铬耐磨铸铁的组分中还可加入：Ｒｅ，其重量百分数：０．０３～０．０５％。本发明专利技术提供的热处理工艺是：加热至淬火温度１０４０℃～１０６０℃，保温一段时间（５～１５分钟），空冷至室温。本发明专利技术具有比高铬白口铸铁高得多的耐磨性和冲击韧性。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种含钛铬耐磨铸铁，以及这种含钛铬耐磨铸铁的热处理工艺。钛是一种强碳化物形成元素，所形成的TiC碳化物显微硬度(Hv3200)比Cr7C3碳化物硬度(Hv1200～1800)高的多。在耐磨铸铁和耐磨铸钢中，少量的钛(0.05-0.6％)就具有细化晶粒、产生弥散强化等作用，提高耐磨性。专利号为8710553.7的中国专利技术专利申请文献公开了一种磷铜钛多元素中锰耐磨铸铁，其具体化学成分(重量百分数)如下C3.0-4.0％，Si3.0-4.5％，Mn4.0-7.0％，P0.4-0.08％，S＜0.03％，Cu0.4-0.9％，V0.02-0.12％，Ti0.07-0.15％，Re0.005～0.02％，Mg0.005-0.02％，余量为铁。其中的钛一方面与钒元素形成钒钛碳氮化合物，具有很高的显微硬度呈弥散状态分布于铸铁基体中，提高了铸铁的强度和硬度，一方面有利于石墨化并细化石墨，提高了耐磨性，但其平均硬度仅为HRC45，组织中的钒钛碳氮化合物仅占极少量，难以起到抵抗坚硬磨料刮擦、磨削的支撑点作用，耐磨性仍然不佳。专利申请号为89104726.3的文献公开了一种耐磨高铬铸铁，其具体化学成分(重量百分数)如下C2.9～3.2％，Mo1.2～2.0％，Cr18.0～20.0％，V4.0～5.0％，Si0.4～0.8％，Mn0.4～1.0％，Cu0.8～1.2％，Re0.05～0.5％，S≤0.05％，P≤0.08％，其余为铁。该材质不含钛元素，而是在高铬白口铸铁的基础上增加钒的含量，形成了高硬度VC碳化物，提高了材质耐磨性。其材质的组织特征及性能特点也基本与高铬白口铸铁相同，耐磨性虽然提高了约30％，但其性能价格比并不比高铬白口铸铁高，不易在市场推广应用。本专利技术的技术方案是含钛铬耐磨铸铁，其组成和重量百分比如下C 2.0～3.5％Ti1.5～5.0％Cr11.0～14.0％ Mn≤1.0％Si0.6～1.8％P≤0.06％S≤0.05％其余为Fe和不可避免的杂质。进一步改进本专利技术的上述配方组成，可得到以下优化方案1、Ti＞4.0％时，Si＞1.5％。2、含钛铬耐磨铸铁的组分中还可加入Mo，0.5～1.5％(重量百分数)。3、含钛铬耐磨铸铁的组分中还可加入Re，其重量百分数为0.03～0.05％。本专利技术含钛铬耐磨铸铁的化学成分限定范围理由如下 (1)碳C是碳化物的形成元素，而在耐磨铸铁中，碳化物的组成、形态、分布及数量是决定其性能的关键因素。在亚共晶范围内，随含碳量增加，产生碳化物的数量相应增加，硬度提高，但脆性增加，韧性下降。含碳量过低时材质中碳化物减少，对铸铁的耐磨性不利。兼顾考虑碳量控制在2.0～3.5％；(2)钛Ti含量在1.5％以上。含量过低，所析出的TiC碳化物量少，材料的性能仍会以Cr7C3型碳化物特性为主，只有当TiC碳化物量达10％以上时，其作用才会显著。但钛合金价格较高，含量高成本也相应增加较多，因此其最高含量不超过5.0％；(3)铬组织中仅有TiC碳化物是不足以抵抗硬磨料的磨损的，还需加入一定量Cr，以形成显微硬度较高的Cr7C3型碳化物，作为对碳化物总含量的补充。铬含量与碳含量有关，即Cr/C值，考虑材质碳化物总含量范围，铬含量控制在11.0～14.0％，Cr/C值控制在3.5以上；(4)锰Mn主要起脱氧除气作用，含量过高会产生大量残余奥氏体，对材料耐磨性不利，应控制在1.0％以下。(5)硅Si能改善铸铁的铸造性能，且有利于铁水脱氧除气，还能使碳化物团块化。但含硅量过高会增加材质的脆性。试验证明，Si和Ti同时加入比单独加入相同含量的Ti或Si能获得更好的耐磨性，且若Ti＞4.0％，则Si＞1.5％。因而其最高含量控制在0.6-1.8％以内；(6)磷、硫P、S是随炉料或合金化过程中混入的有害杂质，应越低越好；(7)钼Mo是显著提高淬透性元素，既可固溶于铁素体或奥氏体，又可形成碳化物及复杂的多元碳化物，Mo分布在共晶碳化物和基体间，能细化碳化物和晶粒。但含量过高会使脆性碳化物量增加，提高材料成本，故其含量控制在0.5～1.5％；(8)稀土Re在本专利技术中是以变质剂加入的。它能细化晶粒、净化晶界、改善碳化物形态和分布，促使碳化物呈孤立状均匀分布，对韧性、抗弯强度、硬度的提高均有益处。加入量少时效果不明显，加入量过多又会生成稀土夹杂物，降低材质的韧性，恶化性能。合适的稀土残余量为0.03～0.05％。本专利技术的工艺流程为配料—熔炼—调整成分—加变质剂—出炉—浇注—热处理。其中热处理工艺为是针对本专利技术设计的。含钛铬耐磨铸铁的热处理工艺，其步骤是加热至淬火温度1040℃～1060℃，保温5～15分钟以均匀化组织，空冷至室温。本专利技术优点(与高铬白口铸铁相比)是通过加入一定量的钛元素，使组织中出现微观尺寸的富钛碳化物颗粒，均匀弥散分布于基体中。由于TiC碳化物显微硬度极高，且呈弥散圆形颗粒状分布，对基体的割裂作用很小，大幅度提高材料耐磨性，其耐磨性是高铬白口铸铁的2-3倍，而成本与其基本相当，且制造工艺简便，是一种新型高性能耐磨材料。根据以上重量百分数，其工艺步骤是将生铁、废钢、铬铁、钼铁放入炉内加热熔化，将钛铁放在加热炉内预热至500℃左右。炉内铁水升温至1550℃～1600℃左右时，插铝充分脱氧后分批加入钛铁。出炉前5min内加入硅铁、锰铁。温度升至1500℃左右时再次插铝脱氧后出炉。采用包内冲入法加入稀土变质。用砂型铸造，浇注温度1430～1450℃，浇注破碎机板锤，每块重约150公斤。板锤冷却后，清理。热处理将板锤加热至1050℃，保温3小时，空冷至室温。热处理后的机械性能为硬度＝HRC 63，冲击韧性αK值＝7.5-9J/cm2。金相组织为马氏体+残余奥氏体+碳化物。装机考核证明，本专利技术材质板锤的使用寿命是原KmTBCr20Mo高铬白口铸铁材质板锤的2.3倍。实施例2熔炼条件与实施例1相同，化学成份(重量百分比)为 C 3.2％ Ti 2.6％ Cr 13.0％Mn 0.85％Si 0.75％Re残余量0.03％其余为Fe和不可避免的杂质。熔炼过程基本同实施例1。浇注破碎机喷射口衬板，每块重约8公斤。衬板冷却后，清理。热处理工艺同实施例1。热处理后的机械性能为硬度＝HRC 64.5，冲击韧性αK值＝6-8J/cm2。金相组织为马氏体+残余奥氏体+碳化物。经装机考核证明，本专利技术材质喷射口衬板的使用寿命是原KmTBCr15Mo3高铬铸铁材质衬板的2.7倍。实施例3，与实施例1基本相同，但各组分比例为C 2.0％ Ti1.5％ Cr 14.0％Mn0.85％Si0.60％Re残余量0.05％其余为Fe和不可避免的杂质。实施例4，与实施例1基本相同，但各组分比例为C 3.5％ Ti 5.0％ Cr 11.0％Mn0.85％Si 1.80％Re残余量0.04％其余为Fe和不可避免的杂质。实施例5，与实施例1基本相同，但其中Mo为0.5％。实施例6，与实施例1基本相同，但其中Mo为1.5％。权利要求1.一种含钛铬耐磨铸铁，其组成和重量百分比如下C 2.0～3.5％ Ti 1.5～5.0％Cr11.0～14.0％Mn ≤1.0％Si0.6～1.8％ 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含钛铬耐磨铸铁，其组成和重量百分比如下：Ｃ： ２．０～３．５％ Ｔｉ： １．５～５．０％Ｃｒ： １１．０～１４．０％ Ｍｎ： ≤１．０％Ｓｉ： ０．６～１．８％ Ｐ≤０．０６％ Ｓ≤０．０５％其余为Ｆｅ和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：丁丽，宋润泽，刘怀钧，沈卫东，谢平，
申请(专利权)人：江苏省机电研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]