[发明专利]一种含碳化物的等温淬火球墨铸铁及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于球墨铸铁，尤其涉及一种含碳化物的等温淬火球墨铸铁及其制备方法。

背景技术

含碳化物的等温淬火球墨铸铁(Carbidic Aus tempered Duct ile Iron，简称CADI)是近几年来由ADI派生出的一种新型的球铁材料。CADI不但继承了ADI的许多优越性能，还表现出比ADI更加卓越的耐磨性，更适用于要求优良的耐磨性能和足够韧性的工况条件，是一种应用前景较广的优良工程材料。虽然CADI的耐磨性较ADI明显改善，但其韧性却有所下降，如何控制CADI的组织使其耐磨性和韧性俱佳是该材料发展的重要挑战。

CADI比第五和第六级ADI更耐磨，且具有较高的韧度。在成本方面，CADI比w(Cr)为18%的白口铸铁更便宜，能够以同等甚至更低廉的价格取代锰钢，也能够与某些高合金耐磨铸铁相抗衡。目前国内有不少研究学者对CADI耐磨性做了一些研究，指出在奥氏体化温度和奥氏体化时间相同的条件下，CADI的硬度值随着等温淬火温度的升高逐渐降低，冲击韧度随等温淬火温度的升高而增大。但是研究的角度要么仅仅是促进碳化物元素铬的作用，要么仅仅是等温淬火的工艺参数，而且得到的CADI试样要么冲击韧性较高、硬度太低，要么硬度较高、韧性太差，从而限制了CADI的应用领域。CADI组织中若含有数量适宜、硬度相当高、在具有较高韧性的基体上弥散分布着团块状的合金碳化物，那么相信它在相同的工况下会比ADI更耐磨。

专利申请号200910069173.8公开了一种含碳化物奥铁体球墨铸铁磨球及其制造方法，其特征在于：该磨球化学元素组成的质量百分比为:3.3～3.7%C、2.4～3.3%Si、2.5～3.6%Mn、0.6～1.5%Cr、P<0.08%、S<0.025%、0.03～0.05%Mg、0.02～0.04%Re和其余为Fe,其制备方法是:(1)原料配制和熔炼,(2)球化处理和孕育处理,(3)等温淬火热处理。该方法利用覆砂金属型铸造工艺,在磨球铸态组织中形成一定数量的碳化物和石墨球,然后,通过等温淬火工艺,获得综合力学优良的奥铁体基体,由于奥铁体基体中分布着一定数量的碳化物,因此,含碳化物奥铁体球墨铸铁磨球具有高的耐磨性和韧性。本发明所述的含碳化物奥铁体球墨铸铁就是大家熟知的“含碳化物等温淬火球墨铸铁（CADI）”。该专利在用CADI制做磨球时利用覆砂金属型铸造工艺，通过调整覆砂层的厚度和第一步配制原料中所用Cr和Si的质量百分比两者之间的配合来控制其碳化物含量。其结果是提高了硬度，降低了韧性。最高冲击韧性才到12.5J/cm²。该项专利仅涉及到一般铸造工艺的改进和简单的成分调整。

目前，大多研究的角度要么仅仅是促进碳化物元素铬的作用，要么仅仅是等温淬火（包括铸造）的工艺参数，而且得到的CADI试样要么冲击韧性较高、硬度太低，要么硬度较高、韧性太差，从而限制了CADI的应用领域。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术的不足，提供一种含碳化物的等温淬火球墨铸铁及其制备方法，通过在材料中引入纳米改性剂，可以在纳米尺度上控制材料，以利使材料的性能潜力得到更有效地发挥，解决了现有球墨铸铁硬度和韧性低的问题。通过纳米改性剂使等温淬火球墨铸铁的强度、硬度、韧性和耐磨性同时提高。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种含碳化物的等温淬火球墨铸铁，其特征是：其化学元素组分的质量百分比为：

C3.3～3.7％、Si2.4～3.3%、Mn0.2～0.5％、Cr0.5～1％、

Cu0.5～0.8%、P＜0.08％、S＜0.025％、Mg0.03～0.05％、

RE0.02～0.04％、纳米改性剂0.02～0.18%，其余为Fe。

所述含碳化物的等温淬火球墨铸铁的金相组织主要由奥铁体、碳化物和石墨球组成。

一种含碳化物等温淬火球墨铸铁的制备方法，其特征是：通过下列步骤实现，

一、原料配制和熔炼：按化学元素组成的质量百分比为C3.3～3.7％、Si2.4～3.3%、Mn0.2～0.5％、Cr0.5～1％、Cu0.5～0.8%、P＜0.08％、S＜0.025％、Mg0.03～0.05％、纳米改性剂0.02～0.18％，其余为Fe配置原料；其中原料选用Q12生铁、电解铜（含铜量99.9%），将配制的原料放入中频感应电炉中，在1480～1520℃下熔炼15～25min得到CADI原铁液；