[发明专利]一种高强灰口铸铁材料及制备方法

说明书

技术领域

    本发明属于金属材料领域，涉及一种高强灰口铸铁材料及其制备方法。

背景技术

在金属材料领域中, 灰口铸铁作为结构材料一直受到普遍重视。

CN200510016878.5号申请涉及一种新型微合金化高强度灰铸铁。它通过优化合金成分设计与加入V、N等元素进行微合金化处理，最终获得具有优良抗拉性能与加工性能的新型微合金化高强度灰铸铁。其重量百分比成分为：C：2.92～3.48；Si：1.52～ 2.36；Mn：0.22～0.78；P：0.011～0.048；S：0.03～0.15；Cr： 0.15～0.50；Cu：0.3～0.78；Sn：0.011～0.098；V：0～0.100； N：0～0.100。该发明突破了目前世界上为提高强度加钼、镍等元素进行合金化的问题。但是灰口铁增加N的难度大。尽管采取添加V、 Cu、Sn等元素，然而对提高材料的强度也是有限的。

发明内容

本发明的目的就是针对上述技术缺陷，提供一种高强灰口铸铁材料，该材料具有良好的性能。

本发明的另一目的是提供一种高强灰口铸铁材料的制备方法，该制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种高强灰口铸铁材料，其特征在于：该材料以灰口铸铁为基体，在基体中分布着由低碳钢丝形成的金属丝团，所用低碳钢丝直径为1-2mm，金属丝团的直径为10-15cm，低碳钢丝占材料的体积百分比为5-35%；

所述灰口铸铁基体的化学成分的重量百分含量：C为2.7%～4.0%，Si为1.4%～2.5%, Mn为0.5-1.4%, Zr为0.5-2%, P<0.08%, S<0.25%,其余为Fe； 

所述低碳钢丝的化学成分的重量百分含量为：C为0.05%～0.12%，Si为0.09%～0.3%, Mn为0.25-0.5%, P<0.05%,S <0.045%,其余为Fe。

基体中还分布着化合物Ni3C和Ni3Si颗粒。

一种高强灰口铸铁材料的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：

镀镍低碳钢丝的准备：取直径为1-2mm、成分重量百分含量：C为0.05%～0.12%、Si为0.09%～0.3%、Mn 0.25-0.5%、P<0.05%、S <0.045%、其余为Fe的低碳钢丝，控制低碳钢丝占材料的体积百分比为5-35%；按常规方法在其表面镀镍，镀镍层的厚度为50-500微米；

按清洁球生产的常规方法将上述镀镍低碳钢丝制成金属丝团，金属丝团直径为10-15cm，将若干金属丝团放入铸型下型型腔中，金属丝团的松紧程度由低碳钢丝占材料的体积百分比决定，保证金属丝团正好放满铸型；布置完毕后，将铸型的上型盖于下型上，合箱完毕后等待铁水浇注；

灰口铸铁材料基体的准备：按重量百分含量C为2.7%～4.0%、Si为1.4%～2.5%、Mn为0.5-1.4%、Zr为0.5-2%、P<0.08%、S <0.25%、其余为Fe的灰口铸铁进行配料，灰口铸铁材料在感应电炉中熔化，熔化温度为1450-1480℃；

将上述灰口铸铁铁水浇入装有镀镍低碳金属丝团的干砂铸型；液态铁水将镀镍低碳钢丝包围，然后冷却凝固，形成以白口铸铁为基的其中分布有金属丝团的材料。

    本发明相比现有技术的有益效果如下：

1、本发明的低碳钢丝自身具有相当的强度和较高的韧性。钢丝和灰口铁的基体都是铁。因此钢丝和灰口铁很容易结合起来，形成很好的冶金结合。这样，低碳钢丝分布在脆性灰口铁中，对材料具有很好的增强增韧作用。

2、当铁水进入铸型型腔与钢丝表面的镍接触后，钢丝表面的镀镍层Ni熔于铁水，铁水中的C和 Si与钢丝表面的Ni反应形成比渗碳体硬度更高的C和Ni的特殊化合物Ni3Si和Ni3C，分布在基体中。这些特殊化合物进一步提高了材料的强度。

3、本发明材料中的Zr对灰口铁的组织具有显著细化的作用，对于灰口铁的增韧有重要的作用。另外C和Zr也会形成C 和Zr化合物（ZrC），分布在材料的基体中有助于材料强度的提高。P、S为材料中的杂质，控制在允许的范围。

4、本发明的材料不用贵重稀土元素，材料成本低，制备工艺简便，生产成本低，因为采取丝和化合物颗粒混杂增强方式，所生产的合金材料强度高、韧性好，而且非常便于工业化生产。

本发明的材料性能见表1。

附图说明