[发明专利]一种高强度灰铸铁强化剂及其强化处理工艺

说明书

技术领域

新材料-本发明“一种高强度灰铸铁强化剂”涉及一种提高灰铸铁强度所用的新型强化剂，特别是涉及一种高强度灰铸铁的制备技术。 

背景技术

灰铸铁具有耐磨、耐热、耐氧化、耐腐蚀、耐酸碱及好的减震性。同时，与其它合金相比具有熔点低、充型性好、加工性好、生产设施和成型过程简单以及成本低廉的优势。因此，长期以来灰铸铁在铸铁件中占非常大的比重(灰铸铁件曾经占世界铸铁件产量的70％左右)。但由于其极限强度较低，其应用范围受到限制。为了保持灰铸铁在铸铁件中的主导地位，必须提高其极限强度。因此，提高灰铸铁强度一直是世界铸铁界的重大理论与技术难题。 

世界铸铁界的广大科研工作者和工程技术人员一直致力于提高灰铸铁的强度，在优化灰铸铁成分设计、微合金化元素组成等方面开展了大量研究工作(主要是通过加入一定量的铬、钼、铜、镍、钒和稀土等合金元素)，使灰铸铁的强度不断提高，目前，世界上报道的微合金化灰铸铁在潮模砂型中浇注出的直径30毫米、长度280毫米的标准试棒的抗拉强度最高值已达到395兆帕，详见发明专利“微合金化高强度灰铸铁”(专利号：2005100168785)，还没达到400兆帕以上。当前，公认的提高灰铸铁强度的主要途径有如下四个方面：(1)增加初生奥氏体枝晶的个数；(2)细化珠光体片间距；(3)细化石墨、使石墨弯曲和钝化；(4)细化共晶团。 

钒、钛具有增加初生奥氏体枝晶个数；细化珠光体片间距；细化石墨、使石墨弯曲、钝化和细化共晶团的作用。同时，国家发改委在《钒钛资源综合利用和产业发展“十二五”规划》中指出，目前，钒钛资源综合利用和产业发展的主要问题是：钒钛产业仍然存在资源开发粗放、利用水平不高，深度加工不足、未形成集聚优势，产品档次较低、创新能力不强，工艺装备落后、环境污染严重等问题；发展形势从国际看，世界其他国家钒钛产品生产消费量基本保持稳定，发达国家在尖端技术对我国实行封锁，亟需在高端产品研发、生产和应用上有所突破。从国内看，经济结构转型对产品质量提出更高要求，迫切要求钒钛产业加快转变方式、实现产业升级。 

技术内容 

本发明的目的在于满足现代质量的要求，提供一种高强度灰铸铁强化剂及其强化处理工艺，所述的强化剂是一种新型的含钒、钛的强化剂，将本发明强化剂加入到灰铸铁铁水中，使灰铸铁获得等轴的网络框架结构的初生奥氏体枝晶，且枝晶细小、个数增多；珠光体团簇的层片厚度变薄、片间距减小，且交错排布；石墨个数增多、细小、弯曲、尖角钝化；共晶团尺寸减小的组织，使灰铸铁的强度的到了显著提高，标准试棒的抗拉强度达到了400兆帕。 

本发明的上述目的是这样实现的：发明一种重量百分比化学成分为：V：10-19；Ti：6-8；N：8-9；RE：3-5；Ca：3-5；其余为Si的高强度灰铸铁强化剂。将本发明强化剂加入到含有C、Si、Mn、P、S、Cr、Cu、Sn的灰铸铁铁水中，强化剂中的元素溶入到灰铸铁的铁水中，得到了一种高强度灰铸铁。 

采用本发明强化剂处理的高强度灰铸铁的铸态组织与目前世界的主流技术-采用硅铁孕育处理的加Mo合金化高强度灰铸铁(含有C、Si、Mn、P、S、Cr、Cu、Sn元素)相比，初生奥氏体由普通的粗大、非等轴枝晶(参阅图1(a)所示)转变为等轴网络框架结构枝晶，且枝晶细小、个数增多(参阅图1(b)所示)；珠光体由大片间距、厚的铁素体和渗碳体层片(参阅图2(a)所示)转变为小片间距和薄的铁素体与渗碳体层片(参阅图2(b)所示)，且两个珠光体团簇晶界处的层片由按大角排布(参阅图2(a)所示)转变为小角排布(参阅图2(b)所示)；石墨由个数少、粗大、平直、尖角尖锐(参阅图3(a)所示)转变为个数增多、细小、弯曲、尖角钝化(参阅图3(b)所示)；共晶团由个数少、尺寸大(参阅图4(a)所示)转变为个数多、尺寸小(参阅图4(b)所示)。组织的转变使灰铸铁的强度得到了意想不到的提高，标准试棒的抗拉强度达到了400兆帕。 

本发明强化剂具有的主要技术优点是：使灰铸铁的组织发生了意想不到的转变，初生奥氏体由普通的粗大、非等轴枝晶转变为等轴网络框架结构枝晶，且枝晶细小、个数增多；珠光体由大片间距、厚的铁素体和渗碳体层片转变为小片间距和薄的铁素体与渗碳体层片，且两个珠光体团簇晶界处的层片由按大角排布转变为小角排布；石墨由个数少、粗大、平直、尖角尖锐转变为个数多、细小、弯曲、尖角钝化；共晶团由个数少、尺寸大转变为个数多、尺寸小。