含钒贝氏体球铁材料及其生产工艺制造技术

含钒贝氏体球铁材料及其生产工艺。本发明专利技术属金属材料技术领域。本发明专利技术提供了一种含钒贝氏体球铁材料，其主要化学成分（％）为：Ｃ２．５～３．８、Ｓｉ１．５～３．５、Ｍｎ２．０～４．０、Ｖ０．２～０．６，其组织特征为贝氏体＋石墨＋少量马氏体＋少量残余奥氏体，性能特征为σ↓［ｂ］≥３５０ＭＰａ，ＨＲＣ≥４５，ａ↓［ｋ］≥８Ｊ／ｃｍ↑［２］。本材料可用于生产较高强度和耐磨性的铸件，其优点在于贝氏体显著细化，提高了力学和耐磨性能。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属材料
提供了一种含钒贝氏体球铁材料及其生产工艺。目前国内外生产贝氏体球铁的工艺主要有三种一种为采用通常的球墨铸铁生产工艺生产球墨铸铁，然后进行等温淬火得到贝氏体组织。这种方法生产的贝氏体球铁组织和性能稳定，但生产工艺较复杂，设备投入大。第二种是通过加入大量的镍、钼等合金元素(合金总量大于3％)，扩大贝氏体转变区域，从而在铸造状态下直接得到贝氏体组织。这种方法的优点在于取消了热处理工艺，缺点是由于加入了大量的合金元素，使铸件成本大幅度提高。第三种方法是通过适当调整硅锰含量，并加入少量合金元素适度扩大贝氏体转变区域，然后采用连续冷却淬火的方法得到贝氏体组织。这种方法生产工艺简单，材料成本较低，目前被广泛应用于生产形状简单要求不高的贝氏体球铁铸件。在贝氏体球铁的研究和生产中，目前还没有发现采用钒促进贝氏体转变和细化贝氏体组织的报导。本专利技术申请人联机采用球墨铸铁+贝氏体+钒(bainite+ductilecastiron+Vor vanadium)作为检索词检索了美国的《金属文摘》(Metals Abstracts)、美国的《工程文摘索引》(EI)、我国的《中国期刊网》和《维普中文期刊数据库》等科技文献索引，均没有发现相关文献。申请人检索了美国专利文摘和欧州专利文摘(EP&PCT)，也没有发现同类专利。在中国专利中，由北京市机电研究院铸造研究所黄其体等人申请(申请号86104863)的“具有铁素体和贝氏体双相组织的钒钛球墨铸铁”专利与本专利技术相关。但是该专利技术与本专利技术的区别有以下三点一是该专利技术的组织为铁素体和贝氏体双相组织，而本专利技术的组织中没有铁素体组织，因此本专利技术材料的硬度更高，耐磨性更好。二是该专利技术的生产工艺采用等温淬火，而本专利技术材料连续冷却淬火，因此本专利技术生产工艺更加简单。三是该专利技术用于生产齿轮、曲轴等滑动摩擦零件，而本专利技术则用于生产球墨机磨球、泥浆泵壳体等大载荷冲击及磨料磨损条件，其耐磨性更好。本专利技术与目前普遍采用的贝氏体球铁生产技术相比，一方面合理利用了我国钒钛生铁资源，二是其贝氏体组织明显细于普通贝氏体球铁，因而其性能更好。本专利技术的目的在于结合我国资源特点，提供一种高抗磨性、高强度的贝氏体球铁材料。该材料适合于在冶金、矿山、建材等行业用于大载荷冲击及磨料磨损等工作领域。本专利技术的构成为1.采用钒生产贝氏体球铁材料。其化学成分(％)为C2.5～3.8、Si1.5～3.5、Mn2.0～4.0、V0.2～0.6、RE0.02～0.03，此外还可以含有少量的Cr、Mo、Cu、Ni、Ti等元素。钒可以扩大球墨铸铁贝氏体转变温度区间，从而有利于贝氏体组织的形成。同时钒对贝氏体组织有显著的细化作用，从而使含钒贝氏体球铁中贝氏体组织比普通贝氏体球铁中的贝氏体组织细化一倍以上，从而有效地提高含钒贝氏体球铁的力学性能和耐磨性能。2.一种含钒贝氏体球铁材料的生产工艺，由铸造和热处理组成a.铸造生产工艺采用铸造生铁、废钢、硅铁合金、锰铁合金、钒铁合金和稀土合金等作为原材料，也可采用钒钛生铁替代普通铸造生铁和钒铁合金，当对材料的力学性能和组织要求较高时，可加入适量的钼、铜、镍等合金。采用冲天炉、中频感应炉或电弧炉熔炼铁液，铁液的化学成分(％)为C2.5～3.8、Si1.5～3.5、Mn2.0～4.0、V0.2～0.6、RE0.02～0.03。出炉温度为1430～1500℃，浇注温度为1350～1450℃。适当提高锰含量可以扩大球墨铸铁的奥氏体温度区间，从而有利于热处理加热时中得到奥氏体组织。硅在铁液凝固过程中促进石墨化，并在固态相变中提高贝氏体组织的硬度。钒促进贝氏体组织的形成并细化贝氏体组织。b.热处理工艺铸件加热至850～950℃，保温3～5小时，进行奥氏体化处理。然后由炉中取出浸入淬火池中进行淬火，以得到贝氏体组织。淬火完毕立即进行回火，以消除应力。回火温度控制在300～550℃温度范围，保温2小时，然后随炉冷却。对于质量要求不高的铸件，也可利用铸造余热进行淬火。附图可见普通贝氏体球铁组织(附附图说明图1)和本专利技术的含钒贝氏体球铁组织(附图2)。附图可以看出附图2含钒贝氏体球铁的组织明显细于附图1普通贝氏体球铁。本专利技术的优点在于1.钒促进贝氏体转变，细化贝氏体组织，从而提高了贝氏体球铁的性能。2.可以采用钒钛生铁生产，充分利用了我国的生铁资源特征，降低了贝氏体球铁的生产成本。3.采用连续冷却淬火，热处理工艺简单。含钒贝氏体球铁成分(％)C3.6、Si2.5、Mn2.8、V0.4、RE0.022，余量Fe。出炉温度为1520℃，浇注温度为1456℃。磨球凝固后，立即送淬火炉，并加热到930℃，保温2.5小时，由炉中取出进行淬火。然后立即进行回火，回火温度控制在450℃，保温2小时，随炉冷却。经检测，含钒贝氏体球铁磨球的组织为细贝氏体+球状石墨+少量碳化物+少量马氏体。其力学性能为硬度(HRC)53，冲击韧性12J/cm2。权利要求1.一种含钒贝氏体球铁材料。其化学成分(％)为C2.5～3.8、Si1.5～3.5、Mn2.0～4.0、V0.2～0.6、RE0.02～0.03，此外还可以含有少量的Cr、Mo、Cu、Ni、Ti等元素。其组织特征为贝氏体+球状石墨+少量马氏体+少量残余奥氏体。其性能特征为σb≥350MPa，HRC≥45，ak≥8J/cm2。2.一种含钒贝氏体球铁材料的铸造生产工艺，其特征在于采用铸造生铁、废钢、硅铁合金、锰铁合金、钒铁合金和稀土合金等作为原材料，电可采用钒钛生铁替代普通铸造生铁和钒铁合金，当对材料的力学性能和组织要求较高时，可加入适量的钼、铜、镍等合金。采用冲天炉、中频感应炉或电弧炉熔炼铁液，铁液的化学成分(％)为C2.5～3.8、Si1.5～3.5、Mn2.0～4.0、V0.2～0.6、RE0.02～0.03。出炉温度为1430～1500℃，浇注温度为1350～1450℃。3.一种含钒贝氏体球铁材料的热处理工艺，其特征在于铸件加热至850～950℃，保温3～5小时，由炉中取出浸入淬火池中进行淬火，淬火完毕立即进行回火，回火温度控制在300～550℃温度范围，保温2小时，然后随炉冷却。对于质量要求不高的铸件，也可利用铸造余热进行淬火。全文摘要含钒贝氏体球铁材料及其生产工艺。本专利技术属金属材料
本专利技术提供了一种含钒贝氏体球铁材料,其主要化学成分(%)为:C2.5～3.8、Si1.5～3.5、Mn2.0～4.0、V0.2～0.6,其组织特征为贝氏体+石墨+少量马氏体+少量残余奥氏体,性能特征为σ文档编号C22C37/00GK1361301SQ0013519公开日2002年7月31日 申请日期2000年12月28日 优先权日2000年12月28日专利技术者翟启杰, 朱玉龙, 邢长虎 申请人:上海大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含钒贝氏体球铁材料。其化学成分（％）为：Ｃ２．５～３．８、Ｓｉ１．５～３．５、Ｍｎ２．０～４．０、Ｖ０．２～０．６、ＲＥ０．０２～０．０３，此外还可以含有少量的Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ等元素。其组织特征为贝氏体＋球状石墨＋少量马氏体＋少量残余奥氏体。其性能特征为σ↓［ｂ］≥３５０ＭＰａ，ＨＲＣ≥４５，ａ↓［ｋ］≥８Ｊ／ｃｍ↑［２］。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：翟启杰，朱玉龙，邢长虎，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]