[发明专利]含铌贝氏体球铁材料及其生产工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种含铌贝氏体球铁及其生产工艺，属金属材料技术领域。

背景技术

贝氏体球墨铸铁是一种优良的抗磨材料，在性能上具有较高的硬度和冲击韧度及抗冲击疲劳性能，综合性能较高。贝氏体球铁拥有的优异的综合力学性能使其具有非常广泛的用途，如用在耐磨、耐冲击、高强度、高韧性和耐疲劳的场合。在抗磨零件如衬板、磨段、锤头、棒球、板锤等具有广阔的应用前景。

贝氏体球墨铸铁有三种生产方法。一是等温淬火工艺。该工艺首先将球铁进行奥氏体化，然后迅速淬入一定温度的盐浴中保温适当的时间， 随后出炉空冷至室温。这种工艺这种工艺耗能、耗时严重，对铸件尺寸大小和形状也有种种限制。二是连续冷却淬火工艺。该工艺是将高温奥氏体化后的铸件立即淬入特定的淬火介质中，经连续冷却获得奥-贝组织的生产方法。这工艺适合性能要求不高的贝氏体球铁铸件。三是合金化铸态工艺。该工艺要求铸件在冷却过程中避开珠光体转变鼻子温度，以防转变成珠光体, 然后又能连续地通过贝氏体区，使之形成贝氏体。通常加入的合金元素有3. 0 %～4. 0 %镍和0. 6 %～1. 0 %钼等。这种工艺加入大量合金元素，生产成本高。

发明内容

本发明的目的利用铌合金化的经热处理得到贝氏体球铁，开发具有良好性价比的含铌贝氏体球墨铸铁，提供一种优异性能的耐磨性材料，适合冶金、矿山、建材、电力等工业领域的应用。

本发明的目的通过下述技术方案来实现。

1、一种含铌贝氏体球铁材料，其主要化学成分（wt%）：C3.5～3.8，Si2.4～2.8，Mn1.5～2.2，Mo0.2～0.5，Cu0.5～0.8，Nb0.2～0.6，余量为Fe。经过热处理后组织特征为贝氏体+马氏体+奥氏体+碳化物和球状石墨，力学特征为HRC47～49，Ak13～15J/cm2。铌元素增强奥氏体稳定性，促进贝氏体组织的形成，并能细化组织，提高材料的硬度和冲击韧性。

2、一种含铌贝氏体球铁生产工艺，包括铸造工艺和热处理工艺。

（1）铸造工艺

采用铸造生铁、废钢、硅铁、锰铁、钼铁、纯铜、铌铁为原材料，按质量百分比（wt%）C3.5～3.8，Si2.4～2.8，Mn1.5～2.2，Mo0.2～0.5，Cu0.5～0.8，Nb0.2～0.6，余量为Fe进行配料，在中频感应炉中熔炼。出炉前进行化学成分检测，炉料全部熔化后，在1400℃取适量铁液浇成φ45×4mm的光谱试样，用光谱仪分析以调整铁液化学成分。出炉温度为1450～1500℃，浇注温度为1400±20℃。采用冲入法球化，球化剂为FeSiMg₈RE₇，用量为1.8wt%，将球化剂破碎成小块，放入处理包底部，然后在球化剂上面覆盖孕育剂、珍珠岩集渣剂，冲入1/2～2/3铁液，待铁液沸腾结束时，再冲入其余铁液。处理完毕后加集渣剂彻底扒渣。采用75SiFe孕育，用量为1.0wt%，在球化处理时将一半的孕育剂覆盖在球化剂上，另一半孕育剂在加铁水时放入。

（2）热处理工艺

将铸件加热到900℃奥氏体化，保温3h，空冷到300℃进行中温转变，保温2h，空冷至室温，使其发生贝氏体转变。对于性能要求不高的铸件，可以利用铸造余热，在900℃左右高温落砂，空冷至300℃进行中温转变。

铌在奥氏体中形成有限固溶，使过冷奥氏体的稳定性提高，从而提高其淬透性。铌具有强孕育的作用，同时可以促进球化，使晶粒细化、共晶团尺寸减小，使碳脱溶时扩散距离缩短，有利于降低奥氏体碳浓度，从而有利于贝氏体的形核和长大。还能形成NbC弥散在基体中，有效防止金属变形过程中晶间滑移，阻碍裂纹的扩展。因此，用铌来替代镍生产贝氏体球墨铸铁，并利用合适的热处理工艺，可以降低材料的成本。

与目前普遍使用的贝氏体球铁工艺相比，在球墨铸铁中加入铌合金化，热处理得到的贝氏体球铁，具有优异的性能。铌增强奥氏体稳定性，使贝氏体转变温度降低，延长贝氏体转变的孕育期，增大转变过冷度，促进贝氏体组织的形成，并能细化组织，从而提高材料的硬度和冲击韧性。铌改变C曲线，使珠光体转变曲线右移，从而在奥氏体组织在空冷条件下避开珠光体高温转变，从而节省了热处理的成本。

本发明的特点：一利用铌的合金化的得到贝氏体球铁，提高奥氏体的稳定性从而提高其淬透性。铌在奥氏体中形成有限固溶，还能形成NbC硬质相，提高基体的硬度。铌使晶粒细化，从而有利于贝氏体的形核和长大。二采用空冷加回火的热处理工艺，生产工艺简单易行，生产成本低。

附图说明