[发明专利]等温淬火贝氏体球墨铸铁及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及贝氏体球墨铸铁领域，尤其是涉及等温淬火贝氏体球墨铸铁及其应用，本等温淬火贝氏体球墨铸铁特别适用于泵类配件和拉丝机配件。

背景技术

等温淬火贝氏体球墨铸铁(Austempered Ductile Iron简称ADI)是具有优良综合性能的新型金属材料，它兼有高强度和高塑韧性，而且具有高耐磨性、耐冲击性和较好的耐腐蚀性等特性，将其应用在适当的领域可以有效延长产品的使用寿命、降低成本。在二十世纪七、八十年代，世界上包括芬兰、中国在内的少数国家对此进行了研究和开发。随着深入研究和应用，这种材料在工程技术领域引起专家们的浓厚兴趣和极大关注，被称为近四十年来铸铁冶金方面的重大成就之一。九十年代以后在日本、美国、欧洲逐步得到了广泛的推广和应用，并相继发布实施了相关的国家标准。根据基体组织的控制和化学成分的不同，等温淬火贝氏体球墨铸铁具有不同的性能，且制作的成本和难度也会有所不同。

为了获得性能优良、成本低廉、且易于制造的贝氏体球墨铸铁，人们进行了长期的探索，提出了各种各样的改进方案。例如，中国专利文献公开了一种贝氏体球墨铸铁等温淬火工艺[申请号：200510044091.X]，它解决了目前等温淬火贝氏体球墨铸铁工艺中采用盐浴不利加工，还会造成污染，加入合金元素后使成本增加的问题，采用水做为介质的加工工艺，具有无污染，所得产品组织、性能可以控制，质量可靠等优点。其工艺为：a.将球墨铸铁加热到奥氏体区保温；b.在水中进行冷却；c.放入等温炉中冷却；d.等温好的工件出炉冷却即可。还有人发明了一种贝氏体球墨铸铁磨球及其生产工艺[申请号：200610048751.6]，该球墨铸铁磨球的成分重量比(wt.％)为：C：3.4～3.8％；Si：2.8～3.3％；Mn：2.9～3.4％；Mg：0.03～0.05％；Re：0.03～0.05％；P≤0.1％；S≤0.04％；余为Fe。其生产工艺是利用中频感应电炉熔炼结合真空实型铸造制备出球墨铸铁磨球；然后采用控制冷却热处理工艺对磨球进行热处理以获得贝氏体复相组织；最后进行低温回火。所制备的磨球组织主要为针状贝氏体及少量马氏体和残余奥氏体，磨球的表面平均硬度HRC56～58，平均体积硬度HRC50～55，冲击韧性αk值在16～20J/cm2，落球次数＞20000次，具有非常好的综合力学性能、耐磨性和冲击疲劳寿命。上述方案虽然在一定程度上提高了产品性能，但是仍然没有从根本上解决现有技术存在的问题。

泵类产品，尤其是船用泵和矿用泵配件，长期在海水和各类恶劣环境中工作，需要优良的耐腐蚀性能、耐磨性能以及良好的强度和塑韧性。目前主要采用高铬铸铁制造泵体，加工困难、价格高、塑韧性差、耐腐蚀性能和使用寿命不理想；而用铜合金制造叶轮由存在价格昂贵的缺陷。此外，拉丝机配件如滚轮等产品，用于生产汽车用金属杆件，为易耗件，需要有优良的耐磨性能。目前所采用的材料，不是难以满足使用所需，使用寿命较短，就是成本较高，难以推广应用。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种具有优良综合性能，易于加工制造，成本较低的等温淬火贝氏体球墨铸铁。

本发明的另一目的是针对上述问题，提供一种使用寿命长，制造成本低，具有优良的耐腐蚀性能、耐磨性能以及良好的强度和塑韧性的泵类配件。

本发明的另一目的是针对上述问题，提供一种使用寿命长，制造成本低，具有优良的耐腐蚀性能、耐磨性能以及良好的强度和塑韧性的拉丝机配件。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：本等温淬火贝氏体球墨铸铁，其特征在于，该等温淬火贝氏体球墨铸铁的成分重量比(wt％)为：3.50～3.8％C，2.2～2.7％Si，0.2～0.5％Mn，≤0.07％P，≤0.03％S，0.03～0.06％Mg，0.01～0.04％Re，0.45～0.75％Cu，余量为Fe。

本发明创造性选用上述成分及重量比，能够达到下述目的：等温淬火前得到铸态珠光体球墨铸铁(P含量＞50％)，以取消一般的正火工序、提高生产效率；确保等温淬火后的基体组织和力学性能，获得优良的产品质量，以满足使用要求。要获得铸态珠光体球铁，其化学成分要求一般应该是：高碳、低硅、高锰、加合金；要确保等温淬火后的基体组织和力学性能应该是：中锰、加合金。综合二者需要，并考虑批量生产的经济性，确定产品的化学成分要求为：高碳、低硅、中锰、加微量合金。其中采用适量的常规合金Cu，以取代价格昂贵的Mo、Ni等合金元素，降低了成本，有利于提高等温淬火效果，而且还弥补了Mn量的降低(等温淬火后性能要求)对获取铸态珠光体造成的影响。