一种钒钛蠕墨铸铁
阅读：1019发布：2020-11-21
专利汇可以提供一种钒钛蠕墨铸铁专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种 钒 钛 蠕墨 铸 铁 ，其按重量百分比计由如下成分组成：3.4～3.8％的 碳 、2.1～2.5％的 硅 、0.3～0.7％的锰、0.10～0.30％的钒、0.10～0.20％的钛、0.03~0.07%的锑、0.03~0.07%的铬、0.01～0.035％的残留镁、0.02～0.045％的残留稀土、0.07-0.17％的磷、不超过0.07％的硫，余量为铁；其中，在钒钛蠕墨 铸铁 中珠光体的含量为＞60％，蠕化率＞60％。本发明所述钒钛蠕墨铸铁具有良好的机械性能、高温抗热疲劳性能、抗热裂性、 耐磨性 和导热性能，可用于制备 汽车 的 制动 鼓 、汽车 制动盘 、 发动机 缸体缸盖、排气 歧管 等。，下面是一种钒钛蠕墨铸铁专利的具体信息内容。
1.一种钒钛蠕墨铸铁的制备方法，其特征在于，所述钒钛蠕墨铸铁按重量百分比计由如下成分组成：3.4～3.8％的碳、2.1～2.5％的硅、0.3～0.7％的锰、0.10～0.30％的钒、0.10～0.20％的钛、0.03~0.07%的锑、0.03~0.07%的铬、0.01～0.035％的镁、0.02～
0.045％的稀土、0.07-0.17％的磷、不超过0.07％的硫，余量为铁；其中，在钒钛蠕墨铸铁中珠光体的含量为＞60％，蠕化率＞60％；
所述的钒钛蠕墨铸铁的制备方法，包括以下步骤：
（1）制备原料，将原料按重量百分比配置为以下组分：3.4～3.8％的碳、2.1～2.5％的硅、0.3～0.7％的锰、0.10～0.30％的钒、0.10～0.20％的钛、0.03~0.07%的锑、
0.03~0.07%的铬、0.01～0.035％的残留镁、0.02～0.045％的残留稀土、0.07-0.17％的磷、不超过0.07％的硫，余量为铁和不可避免的杂质；
（2）将钒钛磁铁矿熔化后获得的1320℃～1350℃高温铁水直接转入中频炉进行熔炼，熔炼温度大于1500℃；
（3）铁水出炉前，将浇注处理包在350～450℃进行烘烤，然后将蠕化剂、孕育剂和覆盖剂和金属锑、铬置于包底；
（4）铁水炉前成分化验合格后，于1450℃～1480℃出炉，采用冲入法将铁水倒入浇注处理包进行蠕化处理、孕育处理、浇注，即得本发明所述的钒钛蠕墨铸铁。
2.如权利要求1所述的钒钛蠕墨铸铁，其特征在于碳当量CE为4.1％～4.7％，其中，CE＝C+1/3(Si+P)。
3.如权利要求1所述的钒钛蠕墨铸铁的制备方法，其特征在于，所述蠕化剂为稀土镁硅铁和稀土硅铁的混合物，且所述蠕化剂的加入量为铁水重量的1.2％～1.8％，其中稀土硅铁的重量百分比为50％～70％；稀土硅铁和稀土镁硅铁以细小颗粒状加入，稀土硅铁颗粒的粒度为5～10mm，稀土镁硅铁颗粒的粒度为10～15mm。
一种钒钛蠕墨铸铁
技术领域
背景技术
[0002] 目前国内外生产汽车制动鼓的材质主要有普通灰铸铁、合金灰铸件二类。灰铸铁具有一定的硬度，但是灰铸铁制动鼓的物理力学性能、机械强度、耐低温性能及抗热疲劳性能在汽车实用过程中难以令人满意，且在使用过程中容易出现热裂纹和磨损快的现象，造成一定的安全隐患。
[0003] 为了提高铸铁的强度和耐热性，避免使用过程中出现的热裂现象，世界各国先后开发了各种合金铸铁，加入的合金元素主要有Ni, Mo, Cu, Cr等。Ni, Mo可以稳定材料的高温组织，可以进一步提高制动鼓在磨擦时产生的高热对耐磨性的影响，延长制动鼓寿命。Cu, Cr能稳定和细化珠光体组织，提高材料的强度。如英美等国主要采用高C低合金V、Mo灰铸铁，俄罗斯等国主要采用Cr、Ni、Mo合金灰铸铁。
[0004] 铸铁中的石墨形态有片状、蠕虫状和球状。蠕虫状石墨是介于片状石墨和球状石墨之间的一种中间形态石墨。光学显微镜下观察时，在视场中大部分是互不连续的石墨短片。经深度腐蚀后用扫描电镜观察，可以看到它们在共晶团内部是互相连接的。这一点和片状石墨相似，不同的是蠕墨铸铁的长厚比较小，致密度高。同时，在扫描电镜下可看见蠕墨铸铁的端部较圆钝，有的就呈球状结构，和球状石墨十分相似。
[0005] 这些特性决定了蠕墨铸铁拥有优良的综合性能。蠕墨铸铁的抗拉强度明显高于灰铸铁，略低于球墨铸铁，特别是在高温下有较高的强度。此外，蠕墨铸铁拥有优良的耐磨性、导热性能、抗氧化、抗热生长性和抗热疲劳特性。优良的综合性能使得蠕墨铸铁成为结构件和耐热、耐磨零件的理想材料，现已经在汽车制动鼓、汽车制动盘、发动机缸体缸盖和排气歧管上应用。
发明内容
[0007] 本发明的目的在于提供一种钒钛蠕墨铸铁，该蠕墨铸铁的机械性能、热疲劳性能和耐磨性能比灰铸铁高，导热率减震性又优于球铁，且蠕墨铸铁的比重比灰铸铁小。
[0008] 为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0009] 一种钒钛蠕墨铸铁，其特征在于，含有如下重量百分比计的成分：碳3.4～3.8％、硅2.1～2.5％、锰0.3～0.7％、钒0.10～0.30％、钛0.10～0.20％、锑0.03~0.07%、铬0.03~0.07%、镁0.01～0.035％、0.02～0.045％稀土（稀土本身就含有各种稀有金属，此处定义不清楚）、磷0.07-0.17％、硫0—0.07％，余量为铁；其中，在钒钛蠕墨铸铁中珠光体的含量为＞60％，蠕化率＞60％。
[0010] 上述所述本发明的钒钛蠕墨铸铁，其中，所述碳当量CE为4.1～4.7％，其中CE＝C+1/3(Si+P)。
[0011] 上述所述本发明的钒钛蠕墨铸铁可用于制备汽车的制动鼓、汽车制动盘、发动机缸体缸盖、排气歧管中的任意一种或多种。
[0012] 本发明所用原料中含有0.30％左右的V和0.20％左右的Ti，这有效地细化、稳定珠光体，同时V和Ti与碳、氮均有高的亲和力而形成显微硬度极高的硬化相钒钛碳氮化合物，提高强度、耐磨性能和耐热疲劳性能。另外，V、Ti增加了白口倾向，属于干扰元素即反球化元素，可以适当拓宽蠕化范围，有利于蠕化处理，因此本发明中钒的含量为0.10～0.30％，钛的含量为0.10～0.20％。若钒钛含量低于0.10％，形成的碳氮化合物很少，起不到提高强度和耐磨性的作用。当钒钛含量高于上限时，形成的钒钛碳氮化合物过多，强度硬度值过高，不易加工，且反球化作用强，不利于蠕化处理。
[0013] 锑是一个强烈促进珠光体的金属元素，主要起强化铸铁机体组织、细化晶粒的作用，用以提高铸铁的硬度和耐磨性，然而当锑的含量超过0.07%时，蠕墨会发生变态，周围会出现分解、细小分枝。同时加入的锑元素还可以和磷形成低熔点的共晶体，在共晶团之间最后析出，形成含锑的磷共晶组织。锑金属形成的珠光体，可以稳定钒钛质点和磷共晶体，使得硬度和耐磨性显著提高，故对于耐磨件可适当提高磷的含量。
[0014] 铬无论共晶、共析过程均阻碍石墨化，促进珠光体生成，由于铬元素和铁元素均为体心立方结构，Cr原子半径与α-Fe的原子半径非常接近，无论在室温还是较高温度下，Cr在α-Fe中的溶解度均较高，使Cr能固溶入铁基体中，置换铁元素，起到固溶强化作用；此外，Cr还可形成高硬度复杂的Fe-Cr-C化合物，对基体起到弥散强化作用。
[0015] 本发明钒钛蠕墨铸铁中的C和Si都是促进石墨化的元素。C、Si含量越高，蠕墨铸铁中石墨化过程越容易进行，蠕墨铸铁组织中石墨数量就多。对于生产耐热耐磨性要求较高的制动鼓，组织中要求有一定数量的石墨，即要求较高碳当量CE，CE＝C+1/3(Si+P)。适当的碳当量有助于减小白口倾向，但碳当量CE过高会导致石墨多而粗大，基体组织中的珠光体数量不足，铁素体含量增加，使力学性能(强度和硬度)降低，本发明所述蠕墨铸铁的碳当量CE含量为：4.1～4.7％。在本发明中，碳的含量控制在3.4～3.8％的范围内，碳含量在该范围内铁水流动性好，易补缩，收缩小，可获得优良的铸造性能。
[0016] 硅含量对基体影响十分显著，主要用来防止白口，控制基体中珠光体含量。随着硅量增加，基体中珠光体量逐渐减少，铁素体量逐渐增加。为了获得较高的性能要求，且得到珠光体基体的蠕墨铸铁，可以适当减少硅量。本发明将硅的最终含量控制在2.1～2.5％。终硅量低于2.1％时，基体中珠光体含量过多，硬度过高，影响铸态制动鼓机加工性能。终硅量高于2.5％时，基体中珠光体过少，强度、硬度达不到要求。
[0017] 锰在蠕墨铸铁中起稳定珠光体的作用，在常规含量内对石墨蠕化无影响。为了使钒钛蠕墨铸铁基体中珠光体含量在60％以上，本发明控制锰含量为0.3～0.7％。若锰含量小于0.3％，则易获得铁素体基体的钒钛蠕墨铸铁，由于基体中珠光体含量少，强度和硬度达不到要求。但若锰含量大于0.7％，则钒钛蠕墨铸铁基体中的珠光体量较高，使其强度和硬度值过高，加工困难，且塑性差，降低了热疲劳性能。
[0018] 硫和所有蠕化元素(主要包括镁和稀土元素)都有很大亲和力，蠕化元素加入铁液中首先消耗于脱硫和脱氧，将铁液中硫降至小于0.03％，剩余蠕化元素才使石墨蠕化。原铁液含硫越多，消耗蠕化剂也越多。蠕化剂加入量越多，形成的硫化夹渣也越多，既不经济，又危害材质的性能，加速蠕化衰退。这是硫对蠕墨铸铁有害的方面。但是，硫在一定范围内有扩大蠕化剂加入量的作用，即在较宽的蠕化剂加入量范围内均可获得蠕墨铸铁，这是硫对蠕墨铸铁生产有利的一方面。因此，本发明控制硫含量为不超过0.07％。
[0019] 稀土和镁元素对铁液而言都是强烈的变质元素。镁是一种强烈的球化元素，在铁液中先让铁液脱硫，再让石墨球化，残留的镁量过低只能生成片状石墨，残余镁量过高则生成球状石墨，而铁液中含有干扰元素钛及锑、铬时，残留镁量范围加宽。稀土元素具有很强的中和干扰元素的能力，稀土加入到铁液中首先与硫等元素反应，使铁液净化，铁液净化后残留稀土对石墨起变质作用，单独使用稀土处理铸铁溶液时稀土残留量在0.045～0.075％即可得到蠕虫状石墨，稀土价格相对较高，一般采用稀土合金进行蠕化处理，而采用稀土和镁的合金进行蠕化处理，稀土和镁在比较宽的配比范围内，都可以得到蠕虫状石墨。
[0020] 本发明还提供了一种钒钛蠕墨铸铁的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）制备原料，将原料按重量百分比配置为以下组分：3.4～3.8％的碳、2.1～2.5％的硅、0.3～0.7％的锰、0.10～0.30％的钒、0.10～0.20％的钛、0.03~0.07%的锑、0.03~0.07%的铬、0.01～0.035％的残留镁、0.02～0.045％的残留稀土、0.07-0.17％的磷、不超过
0.07％的硫，余量为铁；
0.07％的硫，余量为铁；
[0023] （4）铁水炉前成分化验合格后，于1450℃～1480℃出炉，采用冲入法将铁水倒入浇注处理包进行蠕化处理、孕育处理、浇注，即得本发明所述的钒钛蠕墨铸铁。
[0024] 其中，上述所述蠕化剂为稀土镁硅铁和稀土硅铁的混合物，且所述蠕化剂的加入量为铁水重量的1.2％～1.8％，其中稀土硅铁的重量百分比为50％～70％；稀土硅铁和稀土镁硅铁以细小颗粒状加入，稀土硅铁颗粒的粒度为5～10mm，稀土镁硅铁颗粒的粒度为10～15mm。
[0025] 上述所述的孕育剂为75SiFe，且所述孕育剂的加入量为铁水重量的0.6％～1.5％。
[0026] 上述所述覆盖剂为聚渣覆盖剂或草木灰。
[0027] 本发明可直接利用钒钛磁铁矿熔炼后的高温铁水(1320℃～1350℃)经电炉调整成分获得钒钛蠕墨铸铁，避免了二次熔炼过程，节约了能源。
[0028] 本发明的有益效果：本发明利用富含V、Ti元素的原料，加入少量的锑、铬合金元素，使钒钛蠕墨铸铁的强度、耐磨性能和抗热疲劳性能都优于加入Ni、Mo合金元素的合金灰铸铁和钒钛灰铸铁，大大降低了成本。
具体实施方式
[0029] 本发明将通过以下的实施例作进一步的说明。
[0030] 试样的制备
[0031] 将原料按重量百分比配置为以下组分：3.4～3.8％的碳、2.1～2.5％的硅、0.3～0.7％的锰、0.10～0.30％的钒、0.10～0.20％的钛、0.03~0.07%的锑、0.03~0.07%的铬、0.01～0.035％的残留镁、0.02～0.045％的残留稀土、0.07-0.17％的磷、不超过
0.07％的硫，余量为铁和不可避免的杂质。将钒钛磁铁矿熔化后获得的1320℃～1350℃高温铁水直接转入中频炉进行熔炼，熔炼温度大于1500℃；铁水出炉前，将浇注处理包在
350～450℃进行烘烤，然后将蠕化剂、孕育剂和覆盖剂和金属锑、铬置于包底；铁水炉前成分化验合格后，于1450℃～1480℃出炉，采用冲入法将铁水倒入浇注处理包进行蠕化处理和孕育处理，蠕化处理时先将炉内铁水的2/3倒入浇注处理包，待搅拌处理均匀后再将剩余的铁水倒入浇注处理包，同时将剩余的1/3孕育剂随流加入，之后加入聚渣覆盖剂或者草木灰于铁水表面，蠕化孕育完成后静置2-3 min后舀取铁水制取三角试样，三角试块的白口宽口为5-8mm为孕育合格，孕育合格后浇注30*300的试棒，以备制备抗拉强度试样、硬度试样、导热试样、耐磨试样和金相试样。
0.07％的硫，余量为铁和不可避免的杂质。将钒钛磁铁矿熔化后获得的1320℃～1350℃高温铁水直接转入中频炉进行熔炼，熔炼温度大于1500℃；铁水出炉前，将浇注处理包在
350～450℃进行烘烤，然后将蠕化剂、孕育剂和覆盖剂和金属锑、铬置于包底；铁水炉前成分化验合格后，于1450℃～1480℃出炉，采用冲入法将铁水倒入浇注处理包进行蠕化处理和孕育处理，蠕化处理时先将炉内铁水的2/3倒入浇注处理包，待搅拌处理均匀后再将剩余的铁水倒入浇注处理包，同时将剩余的1/3孕育剂随流加入，之后加入聚渣覆盖剂或者草木灰于铁水表面，蠕化孕育完成后静置2-3 min后舀取铁水制取三角试样，三角试块的白口宽口为5-8mm为孕育合格，孕育合格后浇注30*300的试棒，以备制备抗拉强度试样、硬度试样、导热试样、耐磨试样和金相试样。
[0032] 实施例1-3
[0033] 按照本发明具体实施方式中的制备方法，制备3 炉在本发明规定成分范围内不同成分组合的钒钛蠕墨铸铁试棒（编号1,2,3）。
[0034] 对比材料：
[0035] 普通钒钛灰铸铁试样（编号4）；
[0037] 表1，各材料化学成分(wt％) ：
[0038]编号 C Si Mn P S V Ti Cr Sb
1 3.53 2.23 0.56 0.08 0.052 0.20 0.15 0.03 0.05
2 3.66 2.31 0.49 0.12 0.049 0.22 0.16 0.04 0.06
3 3.55 2.28 0.63 0.11 0.062 0.26 0.15 0.05 0.05
4 3.54 1.88 0.77 0.12 0.061 0.35 0.30 0 0
5 3.58 2.25 0.64 0.09 0.07 0.20 0.15 0 0
1 3.53 2.23 0.56 0.08 0.052 0.20 0.15 0.03 0.05
2 3.66 2.31 0.49 0.12 0.049 0.22 0.16 0.04 0.06
3 3.55 2.28 0.63 0.11 0.062 0.26 0.15 0.05 0.05
4 3.54 1.88 0.77 0.12 0.061 0.35 0.30 0 0
5 3.58 2.25 0.64 0.09 0.07 0.20 0.15 0 0
[0039] 拉伸实验在CMT5305A C300kN)型电子万能材料实验机(深圳新二思有限公司生产)上进行。实验测定各试样的抗拉强度和伸长率，每一炉测定三个试样，最后取其平均值；布氏硬度测定在HBRVU-187.5型布洛维光学硬度计上进行，共测定四个试样，每个试样上测定1个点，最后取其平均值，结果如表2所示。
[0040] 表2. 各材料力学性能测试结果
[0041]编号 抗拉强度（Mpa） 平均抗拉强度（Mpa）HBS 平均HBS
1 380-450 420 220-290 265
2 390-440 425 230-290 246
3 400-460 418 230-300 272
4 240-280 255 210-230 215
5 350-380 365 210-260 245
1 380-450 420 220-290 265
2 390-440 425 230-290 246
3 400-460 418 230-300 272
4 240-280 255 210-230 215
5 350-380 365 210-260 245
[0042] 导热性能测试仪器为激光热常数仪(日本真空理工株式会社)，型号为TC-7000H ， 测试时，测试每个试样在25℃,180℃, 300℃, 500℃, 600℃等温度点的热扩散系数和比热，再根据下式求钒钛蠕墨铸铁和灰铸铁的导热系数:
[0043] γ=α*Cp*ρ
[0044] 式中:γ-材料导热系数；α-材料热扩散系数； Cp-材料比热；ρ-材料密度，其3 3
中钒钛蠕墨铸铁为7.25 g/cm,钒钛灰铸铁为7.35 g/cm 。
中钒钛蠕墨铸铁为7.25 g/cm,钒钛灰铸铁为7.35 g/cm 。
[0045] 通过计算，得到各炉次钒钛蠕墨铸铁和灰铸铁在不同温度点的导热系数，结果如表3。
[0046] 表3.各材料不同温度下的导热系数
[0047]编号 25℃ 180℃ 300℃ 500℃ 600℃
1 41.5208 42.3351 44.4734 45.9456 44.2836
2 44.4505 45.3692 47.3562 49.0081 48.2538
3 37.7308 40.4235 44.5052 46.9036 46.0145
4 47.1526 57.5836 50.0086 43.3624 27.8986
5 34.4405 36.8821 40.2282 41.1305 38.3451
1 41.5208 42.3351 44.4734 45.9456 44.2836
2 44.4505 45.3692 47.3562 49.0081 48.2538
3 37.7308 40.4235 44.5052 46.9036 46.0145
4 47.1526 57.5836 50.0086 43.3624 27.8986
5 34.4405 36.8821 40.2282 41.1305 38.3451
[0048] 耐磨性能测试仪器为HSR-2M型往复摩擦磨损试验机(兰州中科凯华科[0049] 技开发有限公司生产)。测试时，运行方式为往复式，在试样上施加的载荷P=35N，电机运行速度为200rpm,摩擦时间为t=6min,磨头的运行速度为V=l0mm/s,磨头材料为GCr 15钢，实验结果如表4所示
[0050] 表4. 各材料的耐磨性结果
[0051]编号 1 2 3 4 5
耐磨性 0.523mg/h 0.541mg/h 0.517mg/h 0.913mg/h 0.702mg/h
耐磨性 0.523mg/h 0.541mg/h 0.517mg/h 0.913mg/h 0.702mg/h
[0052] 由上面的表2-4 可知，根据本发明的钒钛蠕墨铸铁各项性能指标已经超过了由对比材料的性能指标。本发明的蠕墨铸铁的机械性能、热疲劳性能和耐磨性能比灰铸铁和已有钒钛蠕墨铸铁高，性能更加优越。
[0053] 拉伸试验完成后在拉伸试样上切取各材料金相试样，将试样磨平，抛光，不需腐蚀直接用XJP-6A型金相显微镜观察石墨形态，放大倍数为100倍，观察石墨形态后，用4%的HNO:酒精腐蚀试样，然后再用XJP-6A型金相显微镜观察各试样基体组织，观察倍数为100倍，结果如表5所示
[0054] 表5. 各材料金相结果（%）
[0055]编号 蠕墨 珠光体 铁素体
1 80 80 17
2 90 80 17
3 85 85 18
4 0 0 100
5 70 60 38
1 80 80 17
2 90 80 17
3 85 85 18
4 0 0 100
5 70 60 38
[0056] 从上面的分析可知，锑（Sb）和铬（Cr）合金元素加入显著提高了材料的综合力学性能，表现为室温强度、硬度的提高， 500 ℃和600 ℃时强度具有较高的保持率，这主要是因为基体组织中珠光体和铁素体量的改变和各种强化作用共同影响的。铁素体的强度、硬度不高，但具有良好的塑性与韧性，而珠光体是铁素体与渗碳体的机械混合物，其强度，硬度较高，但塑性和韧性相对较差，因此珠光体含量的增加提高了强度，降低了塑性、韧性。且珠光体含量的增加增大了位错运动的阻力，而这是通过固溶强化、细晶强化及位错的钉扎强化共同作用实现的，铬（Cr）固溶强化珠光体中的铁素体；锑（Sb）能稳定并细化珠光体，导致铁素体与渗碳体的相界面增多，断裂时位错不易滑移，使强度增加；富集于石墨-基体界面的锑（Sb）对二者有很强的附着力，起到钉扎强化的作用，减小应力集中效应，同样也
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
分析报告
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
排气歧管热门专利
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈