含铌贝氏体球铁材料及其生产工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种含铌贝氏体球铁及其生产工艺，属金属材料技术领域。材料配方（wt%）：C3.5～3.8，Si2.4～2.8，Mn1.5～2.2，Mo0.2～0.5，Cu0.5～0.8，Nb0.2～0.6。组织特征为贝氏体+马氏体+奥氏体+碳化物和球状石墨，力学特征为HRC47～49，Ak13～15J/cm2。其生产工艺包括：（1）铸造工艺，按配方配料后熔炼；出炉温度为1450～1500℃，浇注温度为1400±20℃；采用冲入法球化，球化剂为FeSiMg8RE7，用量为1.8wt%；采用75SiFe孕育，用量为1.0wt%；（2）热处理工艺，900℃奥氏体化，保温3h，空冷到300℃进行中温转变，保温2h。本材料用于耐磨性铸件，生产成本低，生产工艺简单易行，采用铌的合金化后提高了材料的力学性能和耐磨性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种含铌贝氏体球铁及其生产工艺，属金属材料

技术介绍
贝氏体球墨铸铁是一种优良的抗磨材料，在性能上具有较高的硬度和冲击韧度及抗冲击疲劳性能，综合性能较高。贝氏体球铁拥有的优异的综合力学性能使其具有非常广泛的用途，如用在耐磨、耐冲击、高强度、高韧性和耐疲劳的场合。在抗磨零件如衬板、磨段、 锤头、棒球、板锤等具有广阔的应用前景。贝氏体球墨铸铁有三种生产方法。一是等温淬火工艺。该工艺首先将球铁进行奥氏体化，然后迅速淬入一定温度的盐浴中保温适当的时间，随后出炉空冷至室温。这种工艺这种工艺耗能、耗时严重，对铸件尺寸大小和形状也有种种限制。二是连续冷却淬火工艺。该工艺是将高温奥氏体化后的铸件立即淬入特定的淬火介质中，经连续冷却获得奥-贝组织的生产方法。这工艺适合性能要求不高的贝氏体球铁铸件。三是合金化铸态工艺。该工艺要求铸件在冷却过程中避开珠光体转变鼻子温度，以防转变成珠光体，然后又能连续地通过贝氏体区，使之形成贝氏体。通常加入的合金元素有3. 0% 4. 0 %镍和0.6 % 1. 0 %钼等。这种工艺加入大量合金元素，生产成本高。
技术实现思路
本专利技术的目的利用铌合金化的经热处理得到贝氏体球铁，开发具有良好性价比的含铌贝氏体球墨铸铁，提供一种优异性能的耐磨性材料，适合冶金、矿山、建材、电力等工业领域的应用。本专利技术的目的通过下述技术方案来实现。1、一种含铌贝氏体球铁材料，其主要化学成分(wt%) :C3. 5 3. 8，Si2. 4 2. 8， Mnl. 5 2. 2，MoO. 2 0. 5，CuO. 5 0. 8，NbO. 2 0. 6，余量为Fe。经过热处理后组织特征为贝氏体+马氏体+奥氏体+碳化物和球状石墨，力学特征为HRC47 49，Akl3 15J/ cm2。铌元素增强奥氏体稳定性，促进贝氏体组织的形成，并能细化组织，提高材料的硬度和冲击韧性。2、一种含铌贝氏体球铁生产工艺，包括铸造工艺和热处理工艺。(1)铸造工艺采用铸造生铁、废钢、硅铁、锰铁、钼铁、纯铜、铌铁为原材料，按质量百分比(wt%) C3. 5 3. 8，Si2. 4 2. 8，Mnl. 5 2. 2，MoO. 2 0. 5，CuO. 5 0. 8，NbO. 2 0. 6，余量为狗进行配料，在中频感应炉中熔炼。出炉前进行化学成分检测，炉料全部熔化后，在1400°C 取适量铁液浇成Φ45Χ4πιπι的光谱试样，用光谱仪分析以调整铁液化学成分。出炉温度为 1450 1500°C，浇注温度为1400士20°C。采用冲入法球化，球化剂为FeSiMg8RE7,用量为1.8wt%,将球化剂破碎成小块，放入处理包底部，然后在球化剂上面覆盖孕育剂、珍珠岩集渣剂，冲入1/2 2/3铁液，待铁液沸腾结束时，再冲入其余铁液。处理完毕后加集渣剂彻底扒渣。采用75SWe孕育，用量为1. 0wt%，在球化处理时将一半的孕育剂覆盖在球化剂上， 另一半孕育剂在加铁水时放入。(2)热处理工艺将铸件加热到900°C奥氏体化，保温3h，空冷到300°C进行中温转变，保温2h，空冷至室温，使其发生贝氏体转变。对于性能要求不高的铸件，可以利用铸造余热，在900°C左右高温落砂，空冷至300°C进行中温转变。铌在奥氏体中形成有限固溶，使过冷奥氏体的稳定性提高，从而提高其淬透性。铌具有强孕育的作用，同时可以促进球化，使晶粒细化、共晶团尺寸减小，使碳脱溶时扩散距离缩短，有利于降低奥氏体碳浓度，从而有利于贝氏体的形核和长大。还能形成NbC弥散在基体中，有效防止金属变形过程中晶间滑移，阻碍裂纹的扩展。因此，用铌来替代镍生产贝氏体球墨铸铁，并利用合适的热处理工艺，可以降低材料的成本。与目前普遍使用的贝氏体球铁工艺相比，在球墨铸铁中加入铌合金化，热处理得到的贝氏体球铁，具有优异的性能。铌增强奥氏体稳定性，使贝氏体转变温度降低，延长贝氏体转变的孕育期，增大转变过冷度，促进贝氏体组织的形成，并能细化组织，从而提高材料的硬度和冲击韧性。铌改变C曲线，使珠光体转变曲线右移，从而在奥氏体组织在空冷条件下避开珠光体高温转变，从而节省了热处理的成本。本专利技术的特点一利用铌的合金化的得到贝氏体球铁，提高奥氏体的稳定性从而提高其淬透性。铌在奥氏体中形成有限固溶，还能形成NbC硬质相，提高基体的硬度。铌使晶粒细化，从而有利于贝氏体的形核和长大。二采用空冷加回火的热处理工艺，生产工艺简单易行，生产成本低。附图说明图1为不含铌贝氏体球铁组织。图2为含铌0. 25wt%贝氏体球铁组织。具体实施例方式以下结合技术方案和附图详细叙述本专利技术的具体实施例。实施例1含铌贝氏体球铁材料化学成分(wt%) :C3. 6，Si2. 5，Mn2. 0，MoO. 3，CuO. 5，NbO. 25，余量为狗。在中频感应炉熔炼，出炉前进行化学成分检测，炉料全部熔化后，在1400°C取适量铁液浇成Φ45Χ4πιπι的光谱试样，用光谱仪分析以调整铁液化学成分。出炉温度为1500°C，浇注温度为1400°C。采用冲入法球化，球化剂为FeSiMg8RE7,用量为1. 8wt%,将球化剂破碎成小块，放入处理包底部，然后在球化剂上面覆盖孕育剂、珍珠岩集渣剂，冲入1/2 2/3铁液，待铁液沸腾结束时，再冲入其余铁液，处理完毕后加集渣剂彻底扒渣。采用75SWe孕育，用量为1. 0wt%，在球化处理时将一半的孕育剂覆盖在球化剂上，另一半孕育剂在加铁水时放入。铸件经900°C奥氏体化，保温3h，空冷到300°C进行中温转变，保温2h，空冷至室温。其组织特征为贝氏体+马氏体+奥氏体+碳化物和球状石墨，力学特征为HRC48. 3，Akl3. 6J/cm2。与同成分不含铌的材料力学特征为HRC45. 2，Akl2. 2J/cm2相比，硬度和冲击韧性都有所提高。从组织对比，如图1和图2所示，加入铌后，贝氏体组织增多，且组织细化。权利要求1.一种含铌贝氏体球铁材料，其特征在于该球铁材料的化学成分为C3. 5 3. 8wt%, Si2. 4 2. 8wt%, Mnl. 5 2. 2wt%, MoO. 2 0. 5wt%, CuO. 5 0. 8wt%, NbO. 2 0. 6wt%,余量为Fe ；经过热处理后组织特征为贝氏体+马氏体+奥氏体+碳化物和球状石墨，力学性能为 HRC47 49，Akl3 15J/cm2。2.一种含铌贝氏体球铁材料的生产工艺，其特征在于该生产工艺具有以下的工艺过程(1)铸造工艺熔炼工艺采用铸造生铁、废钢、硅铁、锰铁、钼铁、纯铜、铌铁为原材料，按C3. 5 3. 8wt%, Si2. 4 2. 8wt%, Mnl. 5 2. 2wt%, MoO. 2 0. 5wt%, CuO. 5 0. 8wt%, NbO. 2 0. 6wt%，余量为i^e进行配料，在中频感应炉熔炼；出炉前进行化学成分检测，炉料全部熔化后，在1400°C取适量铁液饶成Φ45Χ4πιπι的光谱试样，用光谱仪分析以调整铁液化学成分； 出炉温度为1450 1500°C，浇注温度为1400士20°C ；球化工艺采用冲入法球化，球化剂为FeSiMg8RE7，用量为1. 8wt%，将球化剂破碎成小块，放入处理包底部，然后在球本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种含铌贝氏体球铁材料，其特征在于该球铁材料的化学成分为：Ｃ３．５～３．８ｗｔ％，Ｓｉ２．４～２．８ｗｔ％，Ｍｎ１．５～２．２ｗｔ％，Ｍｏ０．２～０．５ｗｔ％，Ｃｕ０．５～０．８ｗｔ％，Ｎｂ０．２～０．６ｗｔ％，余量为Ｆｅ；经过热处理后组织特征为贝氏体＋马氏体＋奥氏体＋碳化物和球状石墨，力学性能为ＨＲＣ４７～４９，Ａｋ１３～１５Ｊ／ｃｍ２。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：翟启杰，孙小亮，闫永生，华勤，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：31