[发明专利]耐热疲劳蠕墨铸铁、铸铁模及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及铸造领域，具体设计一种耐热疲劳蠕墨铸铁，由该耐热疲劳蠕墨铸铁制造的铸铁模及其制备方法。

背景技术

模具通常在空气的氧化环境下服役，由于铸铁组织中的石墨颗粒的存在，模具表面氧化后，氧原子会以石墨缝隙、缩松和裂纹等缺陷作为通道，深入金属内部，导致内部金属基体的变化，从而引起材质不可逆的变化。灰铁虽然导热性较高，但是由于片状石墨对基体的割裂作用，导致灰铁的力学性能很差，在这样应力作用下便更早的出现裂纹。

从石墨形态来说，片状石墨比表面积大，共晶团之间相互联系形成了氧原子向组织内部扩散的通道，导致灰铁的抗氧化性较差；球状石墨的比表面积最小，并且相互被金属集体隔离，石墨颗粒不能成为氧原子的通道，氧化只能逐层进行氧化，这样的组织结构导致球墨铸铁的抗氧化性好。

蠕墨铸铁具有力学性能接近球墨铸铁，导热性与灰铁相近。蠕墨铸铁的石墨形态是介于片状和球状石墨之间的，通常情况下，蠕墨铸铁的抗氧化性也介于二者之间。为了适应更恶劣的工作环境，蠕墨铸铁的耐热疲劳性能还有待进一步加强。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐热疲劳蠕墨铸铁，由该耐热疲劳蠕墨铸铁制造的铸铁模及其制备方法，能够显著提高其在高温和激冷-激热的工作环境下的耐热疲劳性能，即能够实现在高温和激冷-激热的工作环境下长时间安全可靠的服役。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种耐热疲劳蠕墨铸铁，该耐热疲劳蠕墨铸铁按质量百分比由以下化学成分组成：C3.5-3.9％、Si1.6-2.0％、Mn0.5-0.7％、P<0.05％、S<0.015％、Mo0.3-0.6％、Cu0.6-0.8％、Ca0.005-0.032％、RE0.015-0.018％、Ti0-0.008％，Mg0-0.03％，余量为Fe和不可避免的杂质；碳当量CE＝4.3-4.6％，其中碳当量的计算公式为：CE＝[C+0.3(Si+P)+0.4S-0.03Mn]％，该公式中各元素分别代表相应元素在该耐热疲劳蠕墨铸铁中的质量百分比。

进一步地，在上述耐热疲劳蠕墨铸铁中，所述耐热疲劳蠕墨铸铁中，按质量百分比计，Mo的含量为0.5-0.6％、Cu的含量为0.7-0.8％。

进一步地，在上述耐热疲劳蠕墨铸铁中，该耐热疲劳蠕墨铸铁按质量百分比由以下化学成分组成：C3.6-3.8％、Si1.9-2.0％、Mn0.5-0.6％、P<0.05％、S<0.015％、Mo 0.5-0.6％、Cu 0.7-0.8％、Ca0.007-0.032％、RE0.015-0.017％、Mg0.005-0.01％、余量为Fe和不可避免的杂质；或者C3.6-3.8％、Si1.9-2.0％、Mn0.5-0.6％、P<0.05％、S<0.015％、Mo 0.5-0.6％、Cu 0.7-0.8％、Ca0.005-0.032％、RE0.016-0.018％、Ti0.002-0.008％、余量为Fe和不可避免的杂质。

另一方面，本发明还公开一种耐热疲劳蠕墨铸铁的方法，包括如下步骤：

(1)配料：按照上述C、Si、Mn质量百分比选取生铁和Q235废钢，其中生铁占80％-90％，Q235废钢占10％-20％；

(2)铜钼合金选取：按照权利要求1-3任一所述的合金元素的质量百分比选取铜钼合金；

(3)熔炼：将生铁、Q235废钢以及铜钼合金加入电炉中熔炼成铁液，然后将所述铁液转入精炼炉中进行精炼，精炼过程中，扒渣取样进行炉前成分分析，根据检测结果调整铁液中各成分符合要求，精炼后除渣，在1480℃-1550℃之间将铁液出炉进入蠕化处理；

(4)蠕化处理：使用包底冲入法工艺，将铁液转入底部放置蠕化剂的浇包中，蠕化剂选用稀土镁硅铁合金或稀土硅铁合金，蠕化剂的使用量为浇包中铁液总质量的0.5-0.9％；

(5)浇注：取样检测合格后，在1430℃-1480℃浇注。

进一步地，在上述方法中，在所述步骤(2)中，所述铜钼合金为氧化钼和黄铜。

进一步地，在上述方法中，在所述步骤(3)中，所述铁液出炉的温度为1480℃-1500℃。

进一步地，在上述方法中，在所述步骤(3)中，将生铁、Q235废钢以及1/2量的铜钼合金加入电炉中熔炼成铁液，然后将所述铁液转入精炼炉中并随钢流加入剩余1/2量的铜钼合金。