[发明专利]一种中硬度易切削的耐磨铸铁材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于工业技术领域，涉及一种中硬度易切削的耐磨铸铁材料，本发明还涉及该材料的制备方法。

背景技术

对于应用在摩擦场合下的钢铁材料而言，硬度与切削性能构成了一对难以调和的矛盾。为了高效廉价地制造量大面广的钢质标准件，材料科学工作者早已发明了易切削钢。但在易切削耐磨铸铁材料的研发上，多年来却进展甚微。已有的专利《一种高强度的易切削铸铁》（申请号：89101097.1，公开号：1045279，公开日：1990-09-12），是通过提高硅碳比、降低Mn含量而提高了材料强度，但是其铸件硬件却降低到HB160-210，不具备耐磨性能。而专利《高强度易切削加工灰铸铁》（申请号：201010543613，公开号：101962731A，公开日：2011-02-02），解决不了硬度与切削的矛盾。所查阅到的仅有的一篇专业论文——“易切削高硅铸铁新材料”（载于《新技术新工艺》1996年第3期），“介绍了含Ca易切削高硅铸铁新材料，闸明了微量元素Ca在高硅铸铁中的作用机理和效果。在高硅铸铁中加入微量稀土钙（Re－Ca）添加剂，可以降低硬度，改善切削加工性能”，可见仍然是以降低硬度、牺牲耐磨性为“易切削”的先决条件。

事实上，人们对铸铁材料所关注的，在一定的强度基础上，更多的是其（表面）硬度，因为正是硬度才与其减摩和耐磨性能直接相关。减摩耐磨的易切削铸铁、特别是空心形状的易切削耐磨铸铁材料更为装备制造业所急需。以内燃机气缸套为例，现在我国每年生产一千多万辆汽车，需要近亿只气缸套，车削加工量极大，如果能使其硬度保持较高而切削加工性能良好，其经济社会效益将十分可观。目前的主流技术是用离心铸造方法生产硼-磷铸铁管坯，经车削加工而成。加入B、P的目的是提高其耐磨性。所存在的问题是：

1、轻质的B、P元素在离心铸造时产生向心偏析，难以分布到管坯中心层中，而是聚集到内壁上，既难以在中心层形成足够多的磷共晶和硼化物，又增加了内壁层车削时的困难；

2、离心铸管的中心层必然存在缩松组织，而在车削掉坚硬的内壁层之后，中心层恰恰成了气缸套的滑动摩擦面；

3、离心铸管的外壁和棱边硬度往往超过HB250（按照制造企业的工艺规范，可到HB290），给车削加工造成困难，而中心层上的硬度约为HB200，不利于抵抗磨损。为了克服这一弊病，有些缸套制造企业增加了激光淬火等工艺，然而这样一来使制造成本大大增加。

发明内容

本发明的目的是提供一种中硬度易切削的耐磨铸铁材料，能够在不增加热处理退火的前提下，直接车削出中等硬度的环、套、筒形零件。

本发明所采用的技术方案是，一种中硬度易切削的耐磨铸铁材料，按照质量百分比由以下组分组成：C：3.2%-3.4%，Si：2.6%-2.8%，Mn：0.60%-0.90%，P：0.25%-0.35%，B：0.05%-0.1%，Ti：0.08%-0.12%，S≤0.1%，Fe为余量，以上各组分质量百分比总和为100%。

本发明的特点还在于，

该铸铁材料是由连续铸造方法获得的空心型材。

该铸铁材料金相组织的特征是：磷共晶和硼化物以细小的鱼骨状碎块的形式，弥散分布在珠光体基体上，呈非网状分布。

本发明的另一目的是提供一种上述的铸铁材料的制备方法，包括以下步骤：

1）按照质量百分比称取以下组分：C：3.2%-3.4%，Si：2.6%-2.8%，Mn：0.60%-0.90%，P：0.25%-0.35%，B：0.05%-0.1%，Ti：0.08%-0.12%，S≤0.1%，Fe为余量，以上各组分质量百分比总和为100%，并将以上材料熔化为铁水；

2）将化好的铁水从浇注杯浇入中频感应保温炉，调整中频感应保温炉的功率，使铁水始终保持在1350℃±10℃；

3）牵引辊夹持的引锭杆插入结晶器，使引锭杆带有倒锥形的引晶头的下端插入结晶器上部1/3深处，然后对结晶器进行通水冷却；

4）开启气压控制柜，使压缩空气进入炉膛，压下液面，铁水通过升液管进入结晶器，液面高度根据浇注杯中同时升高的液面来确定；然后给碳硅棒加热器通电，防止浇注杯杯口处铁水冷凝；