[发明专利]含钒贝氏体球铁材料及其生产工艺

说明书

本发明属于金属材料技术领域。

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。本发明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”专利与本发明相关。但是该发明与本发明的区别有以下三点：一是该发明的组织为铁素体和贝氏体双相组织，而本发明的组织中没有铁素体组织，因此本发明材料的硬度更高，耐磨性更好。二是该发明的生产工艺采用等温淬火，而本发明材料连续冷却淬火，因此本发明生产工艺更加简单。三是该发明用于生产齿轮、曲轴等滑动摩擦零件，而本发明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。

本发明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。

本发明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。

本发明的构成为：

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(附图1)和本发明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。

本发明的优点在于：

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。

实施例