[发明专利]一种灰铸铁及其生产工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种铸铁材料，尤其是涉及一种灰铸铁及其生产工艺。

背景技术

含碳量大于2.11%的铁碳合金称为铸铁，常用铸铁的分类按碳存在的形式不同可分为灰铸铁、 球墨铸铁、蠕墨铸铁等。灰铸铁中的碳大部分或全部以自由状态的片状石墨形式存在，其断口呈暗灰色，有一定的力学性能和良好的被切削性能，普遍应用于工业中。灰铸铁基本上是由铁、碳和硅组成的共晶型合金，其中，碳主要以石墨的形态存在。若在浇注前向铁液中加入少量孕育剂，形成大量的、高度弥散的难熔质点，成为石墨的结晶核心，促进石墨的形核，得到细珠光体基体和细小均匀分布的片状石墨。这种方法称为孕育处理，孕育处理后得到的铸铁叫做孕育铸铁。生产高强度铸件，控制铸铁凝固时形成的石墨的形态和基体金属组织是至关重要的。

灰铸铁抗压强度比较高，有良好的吸振性、减震性和润滑性，有良好的导热性、切削加工型与铸造性，广泛的应用于机电产品中。但是现有铸造工艺在铸造圆周速度大于20m/s的带环、存在滑动摩擦等场合因其强度不能满足实际需求、易开裂等问题，以致限制了其使用范围。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有优良性能的灰铸铁及其生产工艺，以解决现有灰铸铁铸件强度不能满足实际需求、易开裂、使用范围受到限制等技术问题。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的： 一种灰铸铁，该灰铸铁由下列成分按质量百分比制成：

C2.7—3.0%，Mn0.9—1.2%，Ni1—1.5%，Cr0.3—0.5%，Sn 0.3—0.5%，包芯线1.6—2.0%， P≤0.1%,S≤0.1%，余量为铁和不可避免的杂质。

包芯线包括碳钢外皮和粉状内芯，所述粉状内芯中的元素组份及质量百分比为：Ca5－8%，Si35－40%，轻稀土16－20%、Zr2.1－3.5%，Ti3－5%，Ta3－5%，余量为铁和不可避免的杂质。

轻稀土的主要成分为Ce51%、La29%、Nd13%、Pr4.5%、Sm1.3%、Y1.2%。

在本发明化学成分中，碳是灰铸铁中的关键元素。它可增加灰铸铁中碳化物量,是石墨结晶核心的来源。碳元素能提高灰铸铁的硬度和强度。但是会降低其韧性和塑形。本发明中碳元素的含量为2.7—3.0%。

锰能提高灰铸铁的强度和硬度，并能推迟奥氏体冷却时铁素体的析出，有效地起到对铁素体固溶强化和细化晶粒作用。当灰铸铁中的含锰量在0.9—1.2%时，有利于生产出高强度的灰铸铁。

镍溶于液体铁及铁素体，在共晶期间促进石墨化，消除白口和游离渗碳体，细化石墨，细化并增加珠光体，还能提高铸铁的强度、硬度和冲击韧度。本发明中Ni的含量为1—1.5%。

铬在铸铁中使碳在奥氏体中的溶解度增加，因而阻碍铁素体生核成长，是很强的珠光体促成元素。本发明中的Cr含量控制在0.3—0.5%内，能有效地提高灰铸铁的性能，且不会出现碳化物。

锡元素有促成珠光体形成的作用。锡易于聚集在石墨-奥氏体界面上，阻止碳向石墨扩散，使碳固溶于奥氏体，从而促进形成珠光体。本发明中Sn的含量为0.3-0.5%。

硅是灰铸铁中必不可少的，极为重要的元素。如果没有硅的存在即使碳很高也很难获得游离体的铸铁组织。在灰铸铁中Si是强烈促进石墨化的元素，铁中只有C没有Si石墨化是很难完成的。Si元素含量低时，铸铁易出现白口组织，力学性能和铸造性能都较低：含量过高时，石墨片过多且粗大，甚至会出现过饱和碳，严重降低铸铁的机械性能和质量。

轻稀土加入铁水中，能起到精炼、脱硫、中和低熔点有害杂质的作用，并可以改善铸铁的加工性能,并提高铸铁室温及高温机械性能。

锆是常用的微合金化元素，它在铸铁中形成氮化物，有助于形成石墨核心，可以细化晶粒，抑制奥氏体晶粒的长大，从而提高铸铁的力学性能，特别是提高铸铁的抗裂纹扩展能力。

微量的钛能够促进石墨化，细化石墨和晶粒，减少白口和硬点，提高强度但是过量的钛会导致铸铁中形成D型石墨。

钽具有质地坚硬，熔点高，韧性强的特点，它能起到细化灰铸铁基体组织，提高抗拉强度、冲击韧性和硬度的作用。当与Ti、稀土金属配合后加入铁水中，可显著提高铸铁的耐高热腐蚀的能力。

硫、磷为杂质元素，应控制在合理范围内。磷能提高铸铁的抗拉强度和抗大气腐蚀能力，改善铸铁的切削加工性能，但是它会降低铸铁的塑形和韧性。因此硫、磷含量均≤0.1%。