專利名稱：一種耐熱蠕墨鑄鐵材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，涉及一種耐熱蠕墨鑄鐵材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
在金屬材料領(lǐng)域中，耐熱鑄鐵作為低成本耐熱材料一直受到普遍重視。CN201010128379.6號(hào)申請(qǐng)公開一種合金蠕墨鑄鐵材料，其以重量百分比計(jì)， 其化學(xué)組成為碳3. 1-3. 6 %，硅2. 1-2. 85%，錳0. 91-1. 25%, If 1. 05-1. 45 %，鉬 0. 10-0. 25%，鈦0. 10-0. 20%，鎂0. 01-0. 04%，磷< 0. 05%，硫< 0. 07%，余為鐵。CN200810139616. 1號(hào)申請(qǐng)公開一種焦?fàn)t護(hù)爐鐵件專用高性能蠕墨鑄鐵，屬于蠕墨 鑄鐵鑄造領(lǐng)域?；瘜W(xué)組成為(重量百分比)碳C 3. 5 3.7%、硅Si 2. 2 2.9%、錳Mn ^ 0. 2% MP <0.08%、硫 S <0.04%、鉻 Cr 0.4 0.6%、鈦 Ti 0.2 0.3%。與現(xiàn) 有蠕墨鑄鐵相比，蠕化率穩(wěn)定在60% 80%之間?？估瓘?qiáng)度達(dá)到455. 6-489MPa，延伸率達(dá) 到3. 46-3. 88%，而當(dāng)試樣在240°C 690°C進(jìn)行熱循環(huán)時(shí)，產(chǎn)生最早裂紋的循環(huán)次數(shù)達(dá)到 480-520次，明顯優(yōu)于普通蠕墨鑄鐵，是灰鑄鐵的兩倍半，是普通蠕墨鑄鐵的1. 5倍。但是這些鑄鐵的韌性較差，因此也就影響了耐熱性能的提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對(duì)上述技術(shù)缺陷，提供一種耐熱蠕墨鑄鐵材料，該材料具有 良好的性能。本發(fā)明的另一目的是提供一種耐熱蠕墨鑄鐵材料的制備方法，該制備方法工藝簡 單，生產(chǎn)成本低，適于工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
一種耐熱蠕墨鑄鐵材料，該材料以蠕墨鑄鐵為基體，在基體中分布著由鐵絲形成的金 屬絲團(tuán)，所用鐵絲直徑為l_2mm，金屬絲團(tuán)的直徑為10-15cm，鐵絲占材料的體積百分比為 5-40% ；
蠕墨鑄鐵基體的化學(xué)成分的重量百分含量C為3. 2% 3. 6%，Si為3. 3% 3. 5%, Mn 為 0. 1-0. 4%, Dy 為 0. 4-0. 7%, Gd 為 0. 4-0. 7%, Ρ<0· 03%, S <0. 025%,其余為 Fe。鐵絲的化學(xué)成分的重量百分含量為C為0. 08-0. 1%，Si為0. 2% 0. 3%, Mn為 0. 35-0. 45%, P<0. 02%, S <0. 02596，其余為 Fe。所述基體中還分布有Ni3C、Ni3Si、Cr3Si和Cr23C6顆粒。一種耐熱蠕墨鑄鐵材料的制備方法，其特征在于它包括以下步驟
鍍鉻鐵絲和鍍鎳鐵絲的準(zhǔn)備取直徑為l_2mm、成分重量百分含量C為0. 08-0. 1%，Si 為0. 2% 0. 3%, Mn為0. 35-0. 45%, Ρ<0· 02%, S <0. 025%,其余為Fe的鐵絲，控制鐵絲占 材料的體積百分比為5-40% ；
按常規(guī)方法取一半鐵絲表面鍍鉻，另一半鐵絲表面鍍鎳；分別形成的鍍鉻鐵絲和鍍鎳 鐵絲；鍍層的厚度為100-500 μ m ；形成的鍍鉻鐵絲和鍍鎳鐵絲的長度相當(dāng)；按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法將上述鍍鉻鐵絲和鍍鎳鐵絲各取一根絲形成球狀的混合雙 絲金屬絲團(tuán)，金屬絲團(tuán)直徑為10-15cm，將若干金屬絲團(tuán)放入鑄型下型型腔中，金屬絲團(tuán)的 松緊程度由鐵絲占材料的體積百分比決定，保證金屬絲團(tuán)正好放滿鑄型；布置完畢后，將鑄 型的上型蓋于下型上，合箱完畢后等待鐵水澆注；
蠕墨鑄鐵材料基體的準(zhǔn)備按重量百分含量C為3. 2% 3. 6%，Si為3. 3% 3. 5%, Mn 為 0. 1-0. 4%, Dy 為 0. 4-0. 7%, Gd 為 0. 4-0. 7%, P<0. 03%, S <0. 025%,其余為 Fe 的螺墨鑄 鐵進(jìn)行配料；其中部分Si、Dy和Fe以后續(xù)方式加入；蠕墨鑄鐵原料在感應(yīng)電爐中熔化成鐵 水，澆注溫度為1420-1460°C ；澆注前，在澆包中依次加入鐵水質(zhì)量的0. 6-0. 8%的75硅鐵 孕育劑和0. 4-0. 6%的含Dy稀土蠕化劑，采用沖入法順流沖入火包中，稀土蠕化劑中，按重 量百分含量Dy為25%，硅為25%，其余為鐵；蠕墨鑄鐵材料中其它的Dy量，采用含Dy50%鏑 鐵補(bǔ)充；蠕墨鑄鐵材料中的Gd量，采用含Dy50%釓鐵方式加入；
將上述蠕墨鑄鐵鐵水澆入裝有金屬絲團(tuán)的干砂鑄型，液態(tài)鐵水將鍍鉻鐵絲和鍍鎳鐵絲 包圍，然后冷卻凝固，形成以蠕墨鑄鐵為基的其中分布有金屬絲團(tuán)的材料。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)的有益效果如下
1、本發(fā)明材料中的鐵絲自身具有相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和較高的韌性。鐵絲和蠕墨鑄鐵的基體都 是鐵。因此鐵絲和蠕墨鑄鐵很容易結(jié)合起來，形成很好的冶金結(jié)合。這樣，鐵絲分布在脆性 蠕墨鑄鐵中，對(duì)材料具有很好的增強(qiáng)增韌作用。2、制備過程中，當(dāng)鐵水進(jìn)入鑄型型腔與鐵絲接觸，鐵絲表面鍍層中的Ni和Cr熔于 鐵水，鐵水中的C、Si和鐵絲表面的Ni和Cr反應(yīng)形成Ni3Si、Cr3Si、Ni3C和Cr23C6特殊 化合物，促進(jìn)鐵水中的C以碳化物的形式析出，這些反應(yīng)物比滲碳體硬度更高。形成的這種 特殊化合物進(jìn)一步提高了材料的耐熱性。3、材料中的Dy具有反石墨球化作用，對(duì)形成蠕墨有決定作用。另外對(duì)蠕墨鑄鐵的 組織具有顯著細(xì)化的作用，對(duì)于蠕墨鑄鐵的增韌有重要的作用。另外C和Dy也會(huì)形成化合 物Dy3C，有助于材料耐熱性的提高。Gd對(duì)蠕墨鑄鐵的組織具有顯著細(xì)化的作用，C和Gd 也會(huì)形成化合物Gd，有助于材料耐熱性的提高。4、本發(fā)明的材料不用貴重稀土元素，主要合金元素由鐵絲帶入，鐵絲材料成本低， 制備工藝簡便，生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)的合金材料性能好，而且非常便于工業(yè)化生產(chǎn)。適合用于 制造許多耐熱件，如機(jī)械制動(dòng)盤等。本發(fā)明的材料性能見表1。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例一制得的耐熱蠕墨鑄鐵材料的金相組織。圖1可以看到在蠕墨鑄鐵與鐵絲結(jié)合良好。
具體實(shí)施例方式以下各實(shí)施例僅用作對(duì)本發(fā)明的解釋說明，其中的重量百分比均可換成重量g、kg 或其它重量單位。以下鐵絲均為市購，鍍層自制。實(shí)施例一
鍍鉻鐵絲和鍍鎳鐵絲的準(zhǔn)備取直徑為1mm、成分重量百分含量C為0. 08%, Si為0. 2%, Mn為0. 35%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余為Fe的鐵絲，控制鐵絲占材料的體積百分比為5%。按常規(guī)方法在一半鐵絲表面鍍鉻，另一半鐵絲表面鍍鎳；分別形成的鍍鉻鐵絲和 鍍鎳鐵絲；鍍層的厚度為100 μ m ；兩種鍍層鐵絲總體長度相當(dāng)。按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法將上述鍍鉻鐵絲和鍍鎳鐵絲各取一根絲形成球狀的混 合雙絲金屬絲團(tuán)(兩根絲同時(shí)成型，形成雙絲金屬絲團(tuán)，成型可按洗碗用的清潔球或稱鋼絲 球的方法)，金屬絲團(tuán)直徑為15cm，將若干金屬絲團(tuán)放入鑄型下型型腔中，金屬絲團(tuán)的松緊 程度由鐵絲占材料的體積百分比決定，保證金屬絲團(tuán)正好放滿鑄型；布置完畢后，將鑄型的 上型蓋于下型上，合箱完畢后等待鐵水澆注；
蠕墨鑄鐵材料基體的準(zhǔn)備按重量百分含量C為3. 2%，Si為3. 3%, Mn為0. 1%, Dy為 0. 4%, Gd為0. 4%, P<0. 03%, S <0. 025%,其余為!^e的蠕墨鑄鐵進(jìn)行配料；其中部分Si、Dy 和狗以后續(xù)方式加入；蠕墨鑄鐵原料在感應(yīng)電爐中熔化成鐵水，澆注溫度為1435-1440°C ； 澆注前，在澆包中依次加入鐵水質(zhì)量的0. 6%的75硅鐵孕育劑和0. 4%的含Dy稀土蠕化 劑，采用沖入法順流沖入火包中；稀土蠕化劑中，按重量百分含量Dy為25%，硅為25%，其余 為鐵；蠕墨鑄鐵材料中其它的Dy量，采用含Dy50%鏑鐵補(bǔ)充；蠕墨鑄鐵材料中的Gd量，采用 含Dy50%R釓鐵方式加入；
將上述蠕墨鑄鐵鐵水澆入裝有金屬絲團(tuán)的干砂鑄型，液態(tài)鐵水將鍍鉻鐵絲和鍍鎳鐵絲 包圍，然后冷卻凝固，形成以蠕墨鑄鐵為基的其中分布有金屬絲團(tuán)的材料。實(shí)施例二
蠕墨鑄鐵材料基體成分的重量百分含量C為3. 6%，Si為3. 5%, Mn為0. 4%, Dy為 0. 7%, Gd 為 0. 7%，P<0. 03%, S <0.025%,其余為 Fe。鐵絲成分的重量百分含量為C為0. 1%，Si為0. 3%, Mn為0. 45%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余為狗。鐵絲直徑為2mm。鐵絲占材料的體積百分比為40%。按常規(guī)方法取上述一半鐵絲表面鍍鉻，另一半鐵絲表面鍍鎳；分別形成鍍鉻鐵絲 和鍍鎳鐵絲；鍍鎳和鍍鉻層的厚度為500 μ m。兩種鍍層鐵絲總體長度相當(dāng)。按清潔球生產(chǎn) 的常規(guī)方法制作帶鍍層的兩種金屬絲混合的雙絲金屬絲團(tuán)，金屬絲團(tuán)直徑為10cm。制備中，在澆包中依次加入占鐵水質(zhì)量的0. 8%的75硅鐵孕育劑和0. 6%的含Dy 稀土蠕化劑，其余制備過程同實(shí)施例一。實(shí)施例三
蠕墨鑄鐵材料基體成分的重量百分含量C為3. 4%，Si為3. 4%, Mn為0. 15%, Dy為 0. 5%, Gd 為 0. 5%, Ρ<0· 03%, S <0. 025%,其余為 Fe。鐵絲成分的重量百分含量為C為0. 09%, Si為0. 25%, Mn為0. 4%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余為狗。鐵絲直徑為1.5mm。鐵絲占材料的體積百分比為20%。按常規(guī)方法取上述一半鐵絲表面鍍鉻，另一半鐵絲表面鍍鎳；分別形成鍍鉻鐵絲 和鍍鎳鐵絲；鍍鎳和鍍鉻層的厚度為200 μ m。兩種鍍層鐵絲總體長度相當(dāng)。按清潔球生產(chǎn) 的常規(guī)方法制作帶鍍層的兩種金屬絲混合的雙絲金屬絲團(tuán)，金屬絲團(tuán)直徑為15cm。制備中，在澆包中依次加入占鐵水質(zhì)量的0. 7%的75硅鐵孕育劑和0. 5%的含Dy 稀土蠕化劑，其余制備過程同實(shí)施例一。對(duì)比實(shí)施例四原料配比不在本發(fā)明范圍內(nèi)的實(shí)例蠕墨鑄鐵材料基體成分的重量百分含量C為3. 1%，Si為3. 1%, Mn為0. 05%, Dy為 0. 3%, Gd 為 0. 3%, Ρ<0· 03%, S <0. 025%,其余為 Fe。鐵絲成分的重量百分含量為C為0. 07%, Si為0. 1%, Mn為0. 3%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余為狗。鐵絲表面不鍍鉻和鎳。鐵絲直徑為0. 5mm。鐵絲占材料的體積百分比 為4%。按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法制作雙絲(二股鐵絲)金屬絲團(tuán)，金屬絲團(tuán)直徑為15cm。制備中，在澆包中依次加入占鐵水質(zhì)量的0. 7%的75硅鐵孕育劑和0. 5%的含Dy 稀土蠕化劑，制備過程同實(shí)施例一。對(duì)比實(shí)施例五原料配比不在本發(fā)明范圍內(nèi)的實(shí)例
蠕墨鑄鐵材料基體成分的重量百分含量C為39%，Si為3. 9%, Mn為0. 5%, Dy為0. 9%, Gd 為 0. 9%, P<0. 03%, S <0. 025%,其余為 Fe。鐵絲成分的重量百分含量為C為0.2%，Si為0.4 Mn為0. 5 P<0. 02%, S <0. 025%,其余為狗。鐵絲表面鍍鉻。鐵絲直徑為3mm。鐵絲占材料的體積百分比為45%。按常規(guī)方法取上述鐵絲表面全部鍍鉻，形成的鍍鉻鐵絲；鍍鉻層的厚度為 600 μ m0按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法制作雙絲(兩股鍍鉻鐵絲)金屬絲團(tuán)，金屬絲團(tuán)直徑為 IOcm0制備中，在澆包中依次加入占鐵水質(zhì)量的0. 7%的75硅鐵孕育劑和0. 5%的含Dy 稀土蠕化劑，制備過程同實(shí)施例一。
權(quán)利要求
1.一種耐熱蠕墨鑄鐵材料，該材料以蠕墨鑄鐵為基體，在基體中分布著由鐵絲形成的 金屬絲團(tuán)，所用鐵絲直徑為l-2mm，金屬絲團(tuán)的直徑為10-15cm，鐵絲占材料的體積百分比 為 5-40% ；蠕墨鑄鐵基體的化學(xué)成分的重量百分含量C為3. 2% 3. 6%，Si為3. 3% 3. 5%, Mn 為 0. 1-0. 4%, Dy 為 0. 4-0. 7%, Gd 為 0. 4-0. 7%, Ρ<0· 03%, S <0. 025%,其余為 Fe ；鐵絲的化學(xué)成分的重量百分含量為C為0. 08-0. 1%，Si為0. 2% 0. 3%, Mn為 0. 35-0. 45%, P<0. 02%, S <0.025%,其余為 Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐熱蠕墨鑄鐵材料，其特征在于所述基體中還分布有M3C、 Ni3Si、Cr3Si 和 Cr23C6 顆粒。
3.一種耐熱蠕墨鑄鐵材料的制備方法，其特征在于它包括以下步驟鍍鉻鐵絲和鍍鎳鐵絲的準(zhǔn)備取直徑為l_2mm、成分重量百分含量C為0. 08-0. 1%，Si 為0. 2% 0. 3%, Mn為0. 35-0. 45%, Ρ<0· 02%, S <0. 025%,其余為Fe的鐵絲，控制鐵絲占 材料的體積百分比為5-40% ；按常規(guī)方法取一半鐵絲表面鍍鉻，另一半鐵絲表面鍍鎳；分別形成的鍍鉻鐵絲和鍍鎳 鐵絲；鍍層的厚度為100-500 μ m ；形成的鍍鉻鐵絲和鍍鎳鐵絲的長度相當(dāng)；按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法將上述鍍鉻鐵絲和鍍鎳鐵絲各取一根絲形成球狀的混合雙 絲金屬絲團(tuán)，金屬絲團(tuán)直徑為10-15cm，將若干金屬絲團(tuán)放入鑄型下型型腔中，金屬絲團(tuán)的 松緊程度由鐵絲占材料的體積百分比決定，保證金屬絲團(tuán)正好放滿鑄型；布置完畢后，將鑄 型的上型蓋于下型上，合箱完畢后等待鐵水澆注；蠕墨鑄鐵材料基體的準(zhǔn)備按重量百分含量C為3. 2% 3. 6%，Si為3. 3% 3. 5%, Mn 為 0. 1-0. 4%, Dy 為 0. 4-0. 7%, Gd 為 0. 4-0. 7%, P<0. 03%, S <0. 025%,其余為 Fe 的螺墨鑄 鐵進(jìn)行配料；其中部分Si、Dy和Fe以后續(xù)方式加入；蠕墨鑄鐵原料在感應(yīng)電爐中熔化成鐵 水，澆注溫度為1420-1460°C ；澆注前，在澆包中依次加入鐵水質(zhì)量的0. 6-0. 8%的75硅鐵 孕育劑和0. 4-0. 6%的含Dy稀土蠕化劑，采用沖入法順流沖入火包中，稀土蠕化劑中，按重 量百分含量Dy為25%，硅為25%，其余為鐵；蠕墨鑄鐵材料中其它的Dy量，采用含Dy50%鏑 鐵補(bǔ)充；蠕墨鑄鐵材料中的Gd量，采用含Dy50%釓鐵方式加入；將上述蠕墨鑄鐵鐵水澆入裝有金屬絲團(tuán)的干砂鑄型，液態(tài)鐵水將鍍鉻鐵絲和鍍鎳鐵絲 包圍，然后冷卻凝固，形成以蠕墨鑄鐵為基的其中分布有金屬絲團(tuán)的材料。
全文摘要
本發(fā)明提供一種耐熱蠕墨鑄鐵材料及制備方法，該材料具有良好的性能。該制備方法工藝簡單，生產(chǎn)成本低，適于工業(yè)化生產(chǎn)。該材料以蠕墨鑄鐵為基體，在基體中分布著由鐵絲形成的金屬絲團(tuán)，所用鐵絲直徑為1-2mm，金屬絲團(tuán)的直徑為10-15cm，鐵絲占材料的體積百分比為5-40%。
文檔編號(hào)C22C121/02GK102071376SQ201110007470
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2011年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月14日
發(fā)明者王玲, 趙浩峰, 魯志強(qiáng) 申請(qǐng)人:南京信息工程大學(xué)