专利名称:磷铜钛多元素中锰耐磨铸铁的制作方法
本发明属于金属耐磨材料技术领域：
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现行我国矿山、水泥、化工和电力等部门，每年因磨料磨损消耗的抗磨金属备件超过100万吨。为了提高其耐磨性能和使用性能，节约原材料消耗，国内外的研究正向合金钢、合金铸铁方向发展，如球磨机磨球和衬板、破碎机锤头等耐磨备件，除通常使用的普通锻钢、渗碳钢、高锰钢材料外，已有高耐磨性能的高铬合金钢、高铬铸铁、铬系、锰系等耐磨材料相继出现。
高铬合金钢、高铬铸铁、铬系耐磨材料，其耐磨性能比普通锻钢、渗碳钢、高锰钢好，使用寿命长。特别是铬系耐磨材料，如含铬2.7～7.0%，含钼0.2～0.7%，含铜0.3～0.8%，含锰0.5～1.5%的耐磨铸铁，具有良好的耐磨性能和综合机械性能，是一种较为理想的耐磨材料。但我国铬合金资源较缺，生产成本高，推广面受限。
锰系耐磨材料，目前国内应用较多的是含锰量为5～9.5%的中锰球墨铸铁，该材料具有良好的耐磨性能，而且我国锰合金资源丰富，价格较为便宜，但其生产工艺复杂，在推广运用上有其局限性。
上述各种耐磨材料，无论其耐磨性能如何，但都有一个共同点即材料中合金元素磷的含量均小于0.45%。
参考文献〔《铸铁手册》(机械工业出版社1979年版)〕中，介绍了磷铜钛耐磨铸铁(含磷0.35～0.6%，含铜0.6～1.0%，含钛0.09～0.15%)、磷稀土耐磨铸铁等高磷耐磨铸铁，因含磷量高(0.35～0.65%)，脆性大而只能用于在有润滑剂条件下工作的备件，如机床导轨、发动机缸套等。
我国云南省禄丰钢铁厂生产的禄丰生铁，长期以来由于含磷高而得不到广泛运用。禄丰生铁中还含有一定量的铜、钛、钒和微量的钼、铬、铌、硼、钨、稀土等元素，过去一直作为普通生铁和炼钢生铁使用(作为配料加入含磷低的生铁中)，对国家资源造成了极大浪费。
为开发利用禄丰高磷生铁(以下简称高磷生铁)，以高磷生铁为原料，曾试制了灰铸铁、球墨铸铁、中锰球墨铸铁磨球，其效果都不太理想。
为了寻求一种能充分利用天然资源-高磷生铁的有效途径，根据其生铁成分含量的特性特点，研制出一种耐磨性能好、使用寿命长、制造成本低的耐磨材料，为高磷生铁的推广运用开辟新的途径，特设计了本发明。
本发明是这样实现的，可以利用天然(也可以人为按比例要求配制)含磷、铜、钛、钒以及微量的钼、铬、铌、硼、钨、稀土等元素的生铁作为原料，适当提高锰、硅含量，用稀土镁中间合金进行微合金化处理，得到一种新的耐磨材料-磷铜钛多元素中锰耐磨铸铁，其化学成分为(重量百分比)C3.0～4.0%，Si3.0～4.5%、Mn4.0～7.0%、P0.4～0.8%、S＜0.03%、Cu0.4～0.9%、V0.02～0.12%、Ti0.07～0.15%、Re0.005～0.02%、Mg0.005～0.02%，余量为铁和其它微量元素。微量元素主要有Mo、Cγ、Nb、B、W、Re等，其微量元素的总含量为0.07～0.12%。
在铸铁中，当平均含磷量超过0.06～0.08%时，组织中就会形成二元或三元磷共晶，其性质硬而脆，能增加铸铁的硬度，但降低韧性。高磷生铁的磷含量为0.4～0.8%，若采取一定措施，如增加铸铁的冷却速度、采用孕育处理等措施，控制磷共晶的形成和分布，抑制三元磷共晶的形成，使之形成二元磷共晶並成断续网状均匀分布在铸铁中，就能发挥其耐磨的优点而减少磷的危害性。
当铸铁中的含铜量大于0.5%时，能促进並细化珠光体，显著提高珠光体的显微硬度，铜还能改善石墨使之细化和均匀分布，从而提高铸铁的强度、硬度以及耐磨性。但当铜含量大于1～1.5%时，会降低机械性能，特别是冲击韧性。高磷生铁天然含铜为0.4～0.9%，对提高铸铁的耐磨性很有利。
铸铁中的钒钛元素与碳氮亲合力很强，形成钒钛碳氮化合物，具有很高的显微硬度並呈弥散状态分布于铸铁基体中，提高了铸铁的强度和硬度。钛还有利于石墨化並细化石墨，钛在0.09～0.15%范围内，提高耐磨性很显著。高磷生铁天然含钛量为0.07～0.15%，对获得耐磨铸铁较为有利。
锰是一种稳定碳化物元素，並能降低奥氏体向珠光体转变温度，在连续冷却条件下对获得细密的珠光体、索氏体、马氏体组织非常有利。锰分别溶于基体组织及碳化物内，既强化了基体又增加了碳化物的弥散度和稳定性，对提高铸铁的耐磨性具有良好作用。在铸铁中适当加入锰合金，使锰含量控制在4.0～7.0%。
为配合锰含量的增加，控制碳化物含量，加入适量硅铁合金，使硅含量为3.0～4.5%。
用适量的稀土镁合金进行微合金化中间处理，使铸铁中的残余稀土量为0.005～0.02%，残余镁量小于0.02%，以细化石墨和基体组织，细化磷共晶並改善磷共晶的分布。
高磷生铁中天然含有的微量钼、铬、铌、硼、钨、稀土等元素，对提高铸铁的耐磨性能和综合机械性能都是有利的。
控制杂质硫的含量低于0.03%。
可用于生产磷铜钛多元素中锰耐磨铸铁的天然生铁-高磷生铁的化学成分为(重量百分比)C3.0～4.0%、Si1.25～2.5%、Mn0.5～1.3%、P0.4～0.8%、S＜0.06%、Cu0.4～0.9%、V0.02～0.12%、Ti0.07～0.15%，还含有微量的Mo、Cγ、Ni、B、W、Re等元素，且微量元素的总含量为0.07～0.12%。
本发明为合理利用天然资源开辟了新的途径，利用天然含磷、铜、钛等多元素的生铁(或其它生铁人为配制其成分)，生产得到的中锰耐磨铸铁，具有良好的耐磨性能和使用性能，产品成本低，生产工艺比中锰球墨铸铁简单。该材料可用于制造球磨机磨球和衬板、破碎机锤头、绞泥机衬套等各类机械耐磨备件。
实施例一用磷铜钛多元素中锰耐磨铸铁，生产出一批φ60～φ100的磷铜钛多元素中锰耐磨铸铁磨球。对磨球进行化学成分、金相组织以及机械性能检验，並进行装机试验，情况如下(一)采取随机取样方式，对φ80球进行全面分析，结果见表1。
(二)在云南省楚雄州水泥厂φ1.5×5.7矿渣水泥熟料磨内进行装机试验，结果见表2。
(三)高磷铁生产的各种磨球性能对比见表3。
实施例二用磷铜钛多元素中锰耐磨铸铁浇铸成PC88-单转子不可逆式破碎机锤头。锤重8公斤，其化学成分和金相组织同实施例一的磨球。平均硬度为(HRC)45，用于破碎石灰石，其使用寿命为45天(每天按24小时计)。
表权利要求
1.一种磷铜钛多元素中锰耐磨铸铁，其特征是该铸铁成分为(重量百分比)C3.0～4.0%、Si3.0～4.5%、Mn4.0～7.0%、P0.4～0.8%、S＜0.03%、Cu0.4～0.9%、V0.02～0.12%、Ti0.07～0.15%、Re0.005～0.02%、Mg0.005～0.02%，余量为铁。
2.由权力要求1所述的铸铁，其特征是该铸铁的成分为(重量百分比)C3.2～3.8%、Si3.2～4.0%、Mn5.0～6.0%、P0.4～0.7%、S＜0.03%、Cu0.5～0.9%、V0.05～0.1%、Ti0.09～0.15%、Re0.01～0.02%、Mg0.01～0.02%，余量为铁。
3.由权力要求1或2所述的铸铁，其特征是余量铁中还含有微量的Mo、Cγ、Nb、B、W、Re等元素，且微量元素的总含量为0.07～0.12%。
专利摘要
本发明属于金属耐磨材料技术领域：
。本发明提供了一种磷铜钛多元素中锰耐磨铸铁，其特征是该铸铁的成分为(重量百分比)C3.0～4.0％、Si3.0～4.5％、Mn4.0～7.0％、P0.4～0.8％、S＜0.03％、Cu0.4～0.9％、V0.02～0.12％、Ti0.07～0.15％、Re0.005～0.02％、Mg0.005～0.02％，余量为铁和其它微量元素。该铸铁具有良好的耐磨性能和使用性能等特点，产品成本低。
文档编号C22C37/10GK87105537SQ87105537
公开日1988年3月9日 申请日期1987年8月8日
发明者周玉书, 张兆康, 许光奎, 严思琪, 揭学周 申请人:云南省楚雄州禄丰钢铁厂, 冶金工业部攀枝花钢铁研究院导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan