一种采用微合金化工程提高高铬铸铁合金耐磨性的方法技术

本发明专利技术公开了一种采用微合金化工程提高高铬铸铁合金耐磨性的方法，将0.10％～0.25％的铝、1.0％的铜锌合金以及稀土合金作为变质剂，经650℃保温5小时的预珠光体化处理与920℃保温2小时和950℃保温8～10小时的奥氏体化‑微合金化的热处理制度处理，细化共晶碳化物的元素，改善铸态共晶碳化物形态，提高产品成品率，解决了高铬铸铁合金的铸件脆性大的问题；并对晶界分布进行优化，获得以小角度晶界Σ1板条马氏体，从而提高本合金的耐磨性，在晶界优化过程中增加基体中二次碳化物的析出量，降低奥氏体含碳量，增加板条马氏体转变量，增加材料的韧性，显著地提高材料的耐磨性。

【技术实现步骤摘要】
一种采用微合金化工程提高高铬铸铁合金耐磨性的方法
本专利技术涉及冶金铸造
，特别涉及一种采用微合金化工程提高高铬铸铁合金耐磨性的方法。
技术介绍
Cr15高铬铸铁最先为美国克莱麦克斯(Climax)钼业公司开发的Cr15高铬铸铁，其成分中的Mo含量为3％，成为最著名的Cr15Mo3抗磨白口铸铁，该铸铁牌号在我国最早是上世纪80年代由沈阳铸造研究所和石家庄水泵厂应用，将其应用于制造杂质泵过流部件。但是Cr15Mo3抗磨白口铸铁成分中，因Mo含量较高，合金的成本也较高，所以开始以锰代钼的Cr15高铬铸铁的技术方案被相继研究，这方面研究较早是俄罗斯，在其特殊性能的合金铸铁件标准(гост7769-1982)的牌号чх22中，Mn含量为1.5％～2.5％，当Cr含量为13％～16％时，Mo含量为2.0％～1.5％，在国内研究以锰代钼较早成果较突出的是西安交通大学，添加2.0％～3.0％锰代替大部分钼，将Mo含量降低至0.7％，同时为消除因增加锰含量引起的残余奥氏体增加，降低基体显微硬度，降低合金硬度，应用了由中南矿业学院研究出的预珠光体化处理高铬铸铁的新工艺，降低残余奥氏体量，提高了合金的硬度，并将以锰代钼的Cr15高铬铸铁应用于杂质泵过流部件的制造。并且在其研究过程中表明了预处理淬火降低残余奥氏体量的机理，在于预处理淬火后，锰的分布不均匀主要是由预处理引起的，预处理后的组织主要是珠光体，呈片层状分布，锰主要聚集在渗碳体区，铁素体中碳含量相对较低。淬火时，众多的低锰区域使Ms点提高，从而导致了残余奥氏体降低。随着高铬铸铁件市场的竞争，对降低高铬铸铁的成本的提出更高的要求，于是开始研究不含钼的Cr15高铬铸铁，在这方面桑野正司等人对1.69～3.40C-15Cr-1.0～3.0Mn-1.0～2.0Cu合金，在1000℃保温360ks，然后淬火，研究了Mn、Ni、Cu对MS点的影响；汤崇熙等人从合金淬透性的角度出发，证明了Cr15高铬铸铁中以6.0％锰完全可以代钼。在实际应用方面，无钼的Cr15高铬铸铁应用于球磨机衬板和破碎机牙板。以锰代钼的Cr15合金，虽然通过热处理解决了残余奥氏体多的问题，即从硬度方面基本能够达到Cr15Mo3的水平，但是在工艺性方面还存在一定的问题；工艺性方面存在的问题主要是铸态组织中奥氏体较粗大，生成含锰的共晶碳化物(Fe,Cr,Mn)7C3。而共晶碳化物(Fe,Cr,Mn)7C3比Cr15Mo3的共晶碳化物(Fe,Cr)7C3生长较快，方向性强，形成片较长的连接性强的共晶碳化物(Fe,Cr,Mn)7C3，导致铸态时材料的脆性较大，容易产生开裂缺陷。解决工艺性差的问题的方法，是选择好的变质剂，改善凝固条件，细化初晶奥氏体，细化共晶碳化物(Fe,Cr,Mn)7C3。对于无钼Cr15Mn系列的高铬铸铁，变质剂选择V、Ti、RE、Zn等元素进行变质处理，取得了较好的效果。在以前的文献中，关于微合金化元素对高铬铸铁的研究，多限于高铬铸铁的合金化、变质等方面，主要是改善共晶碳化物形态，而对于采用微合金化工程提高高铬铸铁耐磨性的研究未见。尽管共晶碳化物(Fe,Cr,Mn)7C3的显微硬度比共晶碳化物(Fe,Cr)7C3的低，但在使用过程中影响耐磨性的因素，除了共晶碳化物的显微硬度而外，还与基体的显微硬度有很大的关系。因此，如何提供一种方法提升基体的显微硬度从而改善高铬合金整体的耐磨性是本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种利用微合金化工程提高高铬铸铁合金耐磨性的方法，在高铬铸铁的铁水中添加微合金化元素，在铸件凝固过程中具有孕育变质作用，在高铬铸铁奥氏体化过程中，微合金化元素发挥特殊的作用，促进二次碳化物从奥氏体中弥散析出，降低奥氏体中含碳量，提升马氏体转变量，从而改善共晶碳化物形态，提高基体显微硬度，提高高铬铸铁的耐磨性。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种利用微合金化工程提高高铬铸铁合金耐磨性的方法，包括以下步骤：(1)按化学成分比例需求称取原料置于感应电炉中，加热升温至原料全部融化，去除杂质，得到铁水；(2)将铝、铜锌合金和稀土合金混合为变质剂；(3)将所述步骤(2)中的变质剂加入至浇包内后将所述步骤(1)中的铁水倒入浇包内搅拌、打渣，准备浇注，浇注温度控制在1380～1410℃；(4)将浇注后的物料分段保温处理13～15h。优选的，所述步骤(1)中的铁水化学成分比例按照BTMCr2、BTMCr8、BTMCr15、BTMCr20或BTMCr25需求的化学成分进行原料配置。优选的，所述步骤(1)中的铁水化学成分比例按照BTMCr15需求化学成分进行原料配置，具体包括以下组分2.7～2.9wt％C，0.4～0.7wt％Si，2.4～3.0wt％Mn，15～18wt％Cr，0.9～1.1％Cu，<0.06wt％S，<0.10wt％P，0.07wt％B，余量为Fe。优选的，所述步骤(2)中以铁水为计量基准，加入0.1～0.25wt％的铝，1.0wt％的铜锌合金，所述铜锌合金中铜为87wt％，锌为13wt％，加入的所述稀土合金为0.4wt％的YBZW-4合金和0.2wt％的2号稀土硅铁合金的混合物或0.13wt％～0.18wt％的YBZW-2合金。上述优选技术方案的有益效果是：Al与Y能形成熔点1480℃的Al2Y金属间化合物，或者Al与Ce形成的高熔点Al4Ce金属间化合物可作为奥氏体的形核质点，细化奥氏体；Zn是一种表面活性元素，碳化物结晶形核后，Zn聚集在碳化物的前沿液相周围或者紧靠晶核表面，造成碳化物前沿生长部位的自由能增加，导致碳化物的生长速度受阻，尖角圆钝。优选的，所述步骤(4)中的保温热处理过程为：650℃保温5h，之后升温至920℃保温2h，最后升温至950℃保温8～10h。上述优选技术方案的有益效果是：650℃保温5小时为预珠光体化，其目的是将铸态残余奥氏体转变为珠光体，铸态残余奥氏体在奥氏体化时成分改变不大，所含的碳较多，当奥氏体化后向马氏体转变时，容易产生残余奥氏体，降低基体的显微硬度；而珠光体在奥氏体化时，再结晶为奥氏体组织，使得奥氏体的成分比较均匀化，在奥氏体向马氏体转变时会减少残余奥氏体数量；920℃保温2小时与950℃保温8～10小时为微合金化工程步骤，具体原理如下：①在微合金化工程中，固溶于奥氏体中Al元素，因其熔点较低，在该热处理温度下，其原子的自由能较高，容易产生空位，Al原子按空位扩散机制，在奥氏体中进行扩散，而Al元素是强烈的石墨化元素，其在晶内扩散途中，促使碳原子偏聚，偏聚的C原子有利于形成M7C3型二次碳化物，增加二次碳化物数量，并使二次碳化物在晶界及晶内呈弥散分布；②在微合金化工程中，固溶于奥氏体中Zn元素，因其沸点(910℃)低于该热处理温度，其原子的自由能很高，容易产生空位，Zn按空位扩散机制，容易偏聚于晶界及位错、层错处，偏聚于层错处的Zn原子，形成铃木气团，降低奥氏体层错能；...

【技术保护点】
1.一种采用微合金化工程提高高铬铸铁合金耐磨性的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)按化学成分比例需求称取原料置于感应电炉中，加热升温至原料全部融化，去除杂质，得到铁水；/n(2)将铝、铜锌合金和稀土合金混合为变质剂；/n(3)将所述步骤(2)中的变质剂加入至浇包内后将所述步骤(1)中的铁水倒入浇包内搅拌、打渣，准备浇注，浇注温度控制在1380～1410℃；/n(4)将浇注后的物料分段保温处理13～15h。/n

【技术特征摘要】
1.一种采用微合金化工程提高高铬铸铁合金耐磨性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按化学成分比例需求称取原料置于感应电炉中，加热升温至原料全部融化，去除杂质，得到铁水；
(2)将铝、铜锌合金和稀土合金混合为变质剂；
(3)将所述步骤(2)中的变质剂加入至浇包内后将所述步骤(1)中的铁水倒入浇包内搅拌、打渣，准备浇注，浇注温度控制在1380～1410℃；
(4)将浇注后的物料分段保温处理13～15h。


2.根据权利要求1所述的一种采用微合金化工程提高高铬铸铁合金耐磨性的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的铁水化学成分比例按照BTMCr2、BTMCr8、BTMCr15、BTMCr20或BTMCr25需求的化学成分进行原料配置。


3.根据权利要求1所述的一种采用微合金化工程提高高铬铸铁合金耐磨性的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的铁水化学成分比例按照BTMCr15需求化学成分进行原料配置。


4.根据权利要求3所述的一种采用微合金化工程提高高铬铸铁合金耐磨性的方法，其特征在于，所述铁水包括以下组分2.7～2.9wt％C，0.4～0.7wt％Si，2.4～3.0wt％Mn，15～18wt％Cr，0.9～1.1％Cu，<...

【专利技术属性】
技术研发人员：张山纲，
申请(专利权)人：河北高新泵业有限公司，
类型：发明
国别省市：河北;13