[发明专利]无磁蠕墨铸铁材料

说明书

技术领域

本发明涉及铸铁材料领域，具体涉及一种无磁蠕墨铸铁材料。

背景技术

在军事上，多数磁防护水平高的舰船的船体、主机设备及武器装备，为了避免产生感应磁场，提高军事设施的安全性，大多采用无磁材料来制造，尤其是现代扫雷艇上的无磁发动机，所有零部件均采用无磁材料制造。在工业中，各类大型的发电机组、变压器、电力输送等设备中都设有防磁的结构零件，如果这些零件磁导率高，就会在零件内部产生很大的涡流，消耗大量电能，并使零部件温度升高而损坏，因此这些零件需要选用磁导率比较低的金属材料制得，一般要求相对磁导率小于3.5 h/m。

在无磁铸铁（锰系和镍系）材料中，无磁铸铁良好的性能（磁导率小于3.5 h/m），在各类防磁结构零部件中被应用，部分替代了铝、铜等有色金属及其合金，取得了良好的经济和社会效益。然而，锰系无磁铸铁（ZL200610042044.6）和Mn系无磁球墨铸铁（ZL200910020800.9），其典型的基体组织分别是“奥氏体+片状石墨+渗碳体（5%）”和“奥氏体+球状石墨+渗碳体（3%）”，均因硬度太高（布什硬度260-290HB），机械加工性能差，只能用在不加工或粗加工零部件上；镍系无磁铸铁，虽然硬度较低，但易产生加工硬化现象，难以在须精细加工的无磁零部件上使用，而且由于资源稀缺造价昂贵，限制了材料的应用。同时，上述材料的基体组织的高温稳定性较差，在工作温度超过300℃时，组织易发生分解和氧化，使材料的磁导率升高，尺寸变化等问题，丧失了无磁材料的应有性能。

发明内容

针对现有无磁铸铁材料的诸多问题与不足，本发明提供了一种新型的无磁蠕墨铸铁材料，该材料的金相组织为：蠕虫状石墨+奥氏体+渗碳体（<2%），力学性能为：抗拉强度300-420MPa，延伸率3.0-6.0%，布什硬度180-240HBW，物理性能为：相对磁导率<1.5h/m，电阻率 1.0-1.4μΩm；该材料硬度低，加工性能好，磁导率低，热稳定性高，抗氧化、抗生长能力强，适于电磁场环境下，工作温度大于300℃以上，需要精细加工的无磁零部件上应用。

本发明采用的具体技术方案是：无磁蠕墨铸铁材料，其特征是：各组分及其重量百分比为：C2.8-3.5%，Si3.5-4.2%，Ni3.0-5.0%，Mn6.O-8.0％，Cu3.0-4.0%，Al0.4-0.7%，Mg（残余）0.01-0.018%，Re（残余）0.01-0.02%，杂质（S、P等）总量≤0.2%，其余为Fe。

所属的无磁蠕墨铸铁材料，在Mn6.O-8.0％时，Si/ Mn=0.52-0.59, Ni/ Mn=0.5-0.63，Cu/Mn=0.46-0.5。

所述材料选择C2.8-3.5%，Si3.5-4.2%，在于碳硅的合理配合，使合金按照稳定系进行结晶，促进合金中碳的石墨化，避免产生白口，碳、硅过低或过高会分别带来石墨化不足和石墨形态恶化或奥氏体区域缩小等问题。

选择Ni3.0-5.0%，Mn6.O-8.0％，Cu3.0-4.0%，在于三者的合理搭配和联合协同作用，来改变合金的结晶条件，扩大奥氏体区，把高温状态下的奥氏体组织保持到室温，使高导磁率的铁素体、珠光体混合基体组织转变成无磁的奥氏体组织。其中，Ni-Mn元素联合作用，主要是扩大奥氏体区，把高温状态下的奥氏体组织保持到室温，同时获得硬度适中的基体（单独的Ni，可以达到上述目的，但解决不了加工硬化的问题；单独的Mn，同样可以达到上述目的，但因硬度太高，加工难度增加）；Ni-Cu的联合作用，主要是提高基体组织的稳定性，抑制奥氏体的分解；Si-Mn的联合作用，主要是可以有效抑制在高Si情况下的石墨漂浮问题。经大量正交试验，发明人发现，在Mn6.O-8.0％时，只有Si/ Mn=0.52-0.59, Ni/ Mn=0.5-0.63，Cu/Mn=0.46-0.5，才能获得稳定的基体组织，既达到降低磁导率、硬度的目的，又保证了加工性能。偏离上述比例，会分别产生白口，磁导率增大，硬度提高，加工性能恶化，组织不稳定，以及造成成本提高和贵重金属资源的浪费等问题。