專利名稱：一種改善鑄鐵高速切削性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶煉技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種改善鑄鐵高速切削性能的方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，為保證機(jī)件的生產(chǎn)效率和加工精度，通常采用如下兩方面的技術(shù)手段一方面是不斷提高機(jī)床主軸的轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行高速切削，如精鏜汽車缸體缸孔時(shí)，需要機(jī)床的轉(zhuǎn)數(shù)高達(dá)兩萬轉(zhuǎn)；另一方面是不斷增加不換刀一次加工的零件數(shù)量。 上述的技術(shù)手段對(duì)鑄鐵材料的高速切削加工性能提出了更加苛刻的要求。對(duì)于鑄鐵材料本身而言，由于其耐磨性等使用性能和高速切削加工性是相互矛盾的，保證耐磨性則加工性差，保證加工性則耐磨性差，解決這樣的矛盾至關(guān)重要。鑄鐵的高速切削加工性能主要由加工時(shí)斷屑情況和鑄鐵的組織決定。加工時(shí)斷屑情況良好時(shí)可以滿足高速切削加工性能，S元素是影響斷屑的主要元素，當(dāng)S元素含量低于0. 09%時(shí)加工時(shí)不易斷屑，滿足不了高速切削加工的要求，現(xiàn)有技術(shù)中只控制鑄鐵中S元素的上線，不控制下線。組織中決定高速切削加工性能好壞的是組織中硬質(zhì)點(diǎn)形態(tài)、大小、分布、數(shù)量，影響它們的主要是雜質(zhì)元素的種類和含量，現(xiàn)有技術(shù)中的控制方法是分別獨(dú)立控制每一個(gè)元素的含量，不讓他們生成硬質(zhì)點(diǎn)。但是，為保證高速切削加工性能，各元素允許存在的含量非常低，對(duì)鑄鐵材料來說這樣低的量根本達(dá)到，只有選用高純材料，即使選用高純的材料達(dá)到了要求，生產(chǎn)成本也非
常高無法生產(chǎn)?，F(xiàn)有技術(shù)中還沒有一種將鑄鐵中的各元素看作一個(gè)整體，綜合利用它們之間的交互作用，控制讓其生成能改善加工性的特殊化合物，或不讓生成影響加工性的化合物，從而改善鑄鐵高速切削性能的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種改善鑄鐵高速切削性能的方法，該方法通過利用鑄鐵各元素之間的交互作用，控制讓其生成能改善加工性的特殊化合物，或不讓生成影響加工性的化合物，從而改善鑄鐵高速切削性能。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種改善鑄鐵高速切削性能的方法，其特征在于，包括以下步驟
步驟一、控制鑄鐵C、Si、Mn、P、S以外的其他元素的總量不超過鑄鐵的0. 7% ；
步驟二、分析鑄鐵各元素的成分，分別確定Cr、Mo、Ti、N、S元素的含量；
步驟三、計(jì)算Cr和Mo的比值，Ti和N的比值；
步驟四、判斷Cr和Mo的比值是否大于2，Ti和N的比值是否在0. 5%至I. 5%的范圍，S元素的含量是否低于0. 09% ；
步驟五、如果步驟四的條件全部滿足，則澆鑄鑄件；如果步驟四的條件沒有全部滿足，則采用如下方式的一種或多種，使鑄鐵滿足步驟四的全部條件
(I )、Cr和Mo的比值小于等于2時(shí)，則增加Cr量使Cr和Mo的比值大于2 ；
(2)、Ti和N的比值小于等于0.5時(shí)， 則增加Ti量使Ti和N比值落在0. 5%至I. 5%的范圍；
(3)、Ti和N的比值大于I.5時(shí)，則增加N量使Ti和N比值落在0. 5%至I. 5%的范圍；
(4)、S元素的含量低于0.09%時(shí)，則增加FeS將S量提高至大于0. 09%，但最高不得超過 0. 12%。本發(fā)明利用鑄鐵各元素之間的交互作用，不必刻意控制材料中微量元素存在的量，放寬對(duì)材料中微量元素的要求，不需用高純凈材料即可保證高速切削加工性能，可節(jié)約資源、擴(kuò)大了材料的使用范圍，顯著地降低成本。
具體實(shí)施例方式鑄鐵的高速切削加工性能主要由加工時(shí)斷屑情況和鑄鐵的組織決定。從鑄鐵元素交互作用的角度，整體考慮元素存在的范圍，則可以將其控制在較大的范圍。當(dāng)Cr: Mo的比值大于2時(shí)，Cr、Mo可以高出獨(dú)立控制量很高的含量存在，但其高速切削加工性能卻非常好，是因?yàn)樗麄冃纬蓮?fù)雜結(jié)構(gòu)的碳化物，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜它們不易擴(kuò)散，析出非常困難，故只能在原位彌散析出，不易形成較大尺寸的硬質(zhì)點(diǎn)，則對(duì)高速切削加工性能不產(chǎn)生影響。當(dāng)Cr: Mo的比值小于2時(shí)，Cr,Mo則形成簡單結(jié)構(gòu)的碳化物，他們的顯微硬度HV達(dá)2500以上，由于結(jié)構(gòu)簡單很容易擴(kuò)散析出，在晶界或凝固較慢結(jié)晶偏析的地方形成，相當(dāng)于在軟的基體上布上了硬的質(zhì)點(diǎn)，高速切削加工時(shí)對(duì)刀具產(chǎn)生抗力增加刀具的磨損。同樣，合金中的Ti、N相遇可生成TiN氮的化合物，TiN的顯微硬度則高達(dá)HV3000，熔點(diǎn)也高。結(jié)晶時(shí)，如果生成TiN它們可作為鑄鐵組織的外來晶核，起到細(xì)化組織消除碳化物的作用，有利于改善機(jī)械加工性能。TiN化合物的生成與他們的相對(duì)含量有關(guān)，兩者含量相近則易生成TiN化合物，即他們兩者的比值在0. 5-1. 5的范圍則易生成TiN化合物，這時(shí)Ti、N不起壞作用有利于提高機(jī)械性能,材料的高速切削加工性能也能滿足要求。當(dāng)兩者含量相差懸殊時(shí)，則不易生成TiN化合物，Ti就會(huì)和鑄鐵中的C反應(yīng)生成TiC,而TiC則是高硬度的硬質(zhì)點(diǎn)，HV高達(dá)3600，易以塊狀形式析出這種情況下對(duì)高速切削加工性能影響很大。本發(fā)明的一種改善鑄鐵高速切削性能的方法，把鑄鐵中的各元素看作一個(gè)整體，綜合它們之間的交互作用，利用它們交互特性，控制讓其生成能改善加工性的特殊化合物，或不讓生成影響加工性的化合物，消除它們影響機(jī)械加工性能的作用，這樣各元素允許存在的范圍則要比獨(dú)立控制放寬許多。即采用對(duì)鑄鐵中存在各種元素，不是單獨(dú)限制它的含量，而是共同控制它及和它有關(guān)別的元素量的比例的方法，滿足生成能改善加工性的特殊化合物，或不生成影響加工性的化合物所需要的含量，以保證不影響高速切削加工性能。
本發(fā)明的方法不需要將每個(gè)元素的控制在最低，如果鑄鐵中的元素含量不滿足這樣的條件，則人為地添加某一種或兩種微量元素，滿足它們生成改善加工性特定化合物或不生成影響加工性化合物的需求，達(dá)到控制獲得良好機(jī)械加工性能的目的。這樣就不必刻意要求控制材料中微量元素存在的量，放寬對(duì)材料中微量元素的要求可大大降低成本。各元素整體控制的規(guī)范是
1.C、Si、Mn、P、S以外元素的總量不能超過0. 7% ;
2.Cr: Mo的比值應(yīng)大于2;
3.Ti :N兩者的比值落在0.5-1. 5的范圍；
4.S含量不得低于0. 09%。 下面對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。實(shí)施例I :
缸體鑄鐵的成分分析Cr、Mo、Ti、N、S元素的各自含量為，CrO. 15%、MoO. 1%、TiO. 01%、NO. 005%、S0. 07%, Cr: Mo 小于 2，加 Cr 鐵將 Cr 量增加至 0. 21% ;Ti :N 大于 I. 5，加 MnN 將 N量增加至0. 01% ；S量小于0. 09%，加FeS將S量增加至0. 1%，成分分析滿足要求后出爐，澆
注鑄件。實(shí)施例2
缸體鑄鐵的成分分析Cr、Mo、Ti、N、S元素的各自含量為，CrO. 05%、MoO. 075%、TiO. 005%, NO. 015%, S0. 09%, Cr: Mo 小于 2，加 Cr 鐵將 Cr 量增加至 0. 0. 16% ;Ti:N 大于 I. 5，加Ti鐵將Ti量增加至0. 008%，成分分析滿足要求后出爐，澆注鑄件。采用上述實(shí)施例方法所澆鑄的鑄鐵，無須保證鑄鐵中單一元素的含量，通過調(diào)整各個(gè)元素的比例來改善鑄鐵高速切削性能。最后需要說明的是，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，而不是對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的限定，任何對(duì)本發(fā)明技術(shù)特征所做的等同替換或相應(yīng)改進(jìn)，仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種改善鑄鐵高速切削性能的方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟一、控制鑄鐵C、Si、Mn、P、S以外的其他元素的總量不超過鑄鐵的0. 7% ； 步驟二、分析鑄鐵各元素的成分，分別確定Cr、Mo、Ti、N、S元素的含量； 步驟三、計(jì)算Cr和Mo的比值，Ti和N的比值； 步驟四、判斷Cr和Mo的比值是否大于2，Ti和N的比值是否在0. 5%至I. 5%的范圍，S元素的含量是否低于0. 09% ； 步驟五、如果步驟四的條件全部滿足，則澆鑄鑄件；如果步驟四的條件沒有全部滿足，則采用如下方式的一種或多種，使鑄鐵滿足步驟四的全部條件 (I )、Cr和Mo的比值小于等于2時(shí)，則增加Cr量使Cr和Mo的比值大于2 ； (2)、Ti和N的比值小于等于0.5時(shí)，則增加Ti量使Ti和N比值落在0. 5%至I. 5%的范圍；(3)、Ti和N的比值大于I.5時(shí)，則增加N量使Ti和N比值落在0. 5%至I. 5%的范圍； (4)、S元素的含量低于0.09%時(shí)，則增加FeS將S量提高至大于0. 09%，但最高不得超過 0. 12%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種改善鑄鐵高速切削性能的方法，包括以下步驟步驟一、控制鑄鐵C、Si、Mn、P、S以外的其他元素的總量不超過鑄鐵的0.7%；步驟二、分析鑄鐵各元素的成分，分別確定Cr、Mo、Ti、N、S元素的含量；步驟三、計(jì)算Cr和Mo的比值，Ti和N的比值；步驟四、判斷Cr和Mo的比值是否大于2，Ti和N的比值是否在0.5%至1.5%的范圍，S元素的含量是否低于0.09%；步驟五，通過增加Cr、Mo、Ti或N的量滿足上述條件。本發(fā)明利用鑄鐵各元素之間的交互作用，不必刻意控制材料中微量元素存在的量，放寬對(duì)材料中微量元素的要求，不需用高純凈材料即可保證高速切削加工性能，可節(jié)約資源、擴(kuò)大了材料的使用范圍，顯著地降低成本。
文檔編號(hào)C22C33/08GK102618777SQ20121011559
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月19日
發(fā)明者周宏 , 王義強(qiáng), 王龍山, 鄭堤 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院