專利名稱：一種鑄造用鎳釩鈦合金生鐵及制法和用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種冶金產(chǎn)品鑄造用鎳釩鈦合金生鐵及其制造方法。同時(shí)還涉及其高鎳高釩低鈦稀土合金球墨鑄鐵內(nèi)燃機(jī)曲軸、低鎳釩鈦稀土合金半球半蠕鑄鐵車輛制動(dòng)(離合)元件、中鎳釩鈦稀土合金蠕墨鑄鐵內(nèi)燃機(jī)缸體等三種用途發(fā)明。
目前機(jī)械制造業(yè)中，大都采用Ni-Cr-Mo合金鑄鐵來制造各種結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壁薄或壁的厚薄很不均勻，強(qiáng)度和剛度要求很高，耐磨性、耐疲勞性、耐熱性、耐熱疲勞性、耐蝕性，要求很高的這類高級(jí)鑄件，如各種大型高精度機(jī)床床身，內(nèi)燃機(jī)缸體及缸蓋，汽輪機(jī)機(jī)體，巨型注塑機(jī)油缸等等。但由于Ni-Cr-Mo合金鑄鐵的制造方法，都是在普通優(yōu)質(zhì)生鐵的重熔過程中加入電解鎳、鉬鐵、鉻鐵等昂貴的純金屬和合金，從而使得這些零件的成本和價(jià)格昂貴，難于接受。同時(shí)，Ni-Cr-Mo合金鑄鐵件的耐磨性、熱強(qiáng)性、耐蝕性等方面，也還不如V-Ti合金鑄鐵件。
本發(fā)明的目的，就是在于提供一種低成本的、適合于大工業(yè)生產(chǎn)的、能綜合利用礦產(chǎn)資源的、更加節(jié)省能源的、主要用于改善球墨鑄鐵件半球半蠕鑄鐵件蠕墨鑄鐵件壁厚敏感性和使用性能的鑄造用鎳釩鈦合金生鐵的配方及其制造方法，并應(yīng)用這種生鐵來生產(chǎn)各種Ni-V-Ti高級(jí)合金鑄鐵件，代替Ni-Cr-Mo合金高級(jí)鑄鐵件。
本發(fā)明的鑄造用鎳釩鈦合金生鐵含有下列成份(重量百分比):C 3.3-4.2％,Si 0.2-3.6％,Mn0.3-1.0％,P＜0.1％,S＜0.05％ Ni 0.2-3.0％,V 0.2-1.5％,Ti 0.04-0.6％,余為Fe及總量小于0.3％的Cr、Cu、Co等微量元素。
制造本發(fā)明的鑄造用鎳釩鈦合金生鐵的工藝方法為采用含鎳硫酸渣做原料，經(jīng)細(xì)磨、焙燒、選礦工藝處理，獲得含硫量低于0.3％，含鐵量高于50％、含鎳量高于0.2％的含鎳硫酸渣精礦，再按鎳釩鈦合金生鐵成份比例要求，將這種含鎳硫酸渣精礦與釩鈦磁鐵精礦混合配料燒結(jié)(焙燒)成為自熔性混合燒結(jié)(焙燒球團(tuán))礦，再將該自熔性混合燒結(jié)(焙燒球團(tuán))礦投入冶煉含釩生鐵的高爐冶煉即得產(chǎn)品。
所述的含鎳、硫酸渣精礦可以用粗制堿式碳酸鎳粉[3Ni(OH)2·2NiCO3]取代，其加入量則根據(jù)該粗制堿式碳酸鎳粉的實(shí)際含鎳量，按鑄造用鎳釩鈦合金生鐵的成分比例確定。
所述的自熔性混合燒結(jié)(焙燒球團(tuán))礦，也可以采用自熔性釩鈦磁鐵精礦燒結(jié)(焙燒球團(tuán))礦加粗制鎳鐵的機(jī)械混合物取代；還可以由自熔性普通鐵精礦燒結(jié)(焙燒球團(tuán))礦加粗制鎳鐵和釩渣的機(jī)械混合物所取代。對(duì)于冶煉普通鑄造生鐵的小高爐而言，允許用普通富鐵塊礦加石灰石來代替上述自熔性普通鐵精礦燒結(jié)(焙燒球團(tuán))礦。
鑄鐵是工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的金屬材料之一，但普通灰鑄鐵存在著強(qiáng)度低，沖擊韌性差的問題。多少年來提高鑄鐵強(qiáng)度和韌性就成為鑄鐵合金化的首要任務(wù)，Ni-Cr-Mo合金鑄鐵就是其最佳成果，但成本高。自從球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵、特別是奧貝球墨鑄鐵問世之后，人們找到了一種不用合金化，而只要改善鑄鐵件的石墨結(jié)構(gòu)就能成倍提高鑄鐵強(qiáng)度的方法，且成本低。今天高強(qiáng)度的球墨鑄鐵件、蠕墨鑄鐵件尚存的主要問題是質(zhì)量效應(yīng)大，與鋼件相比，還不能說鑄鐵件的質(zhì)量穩(wěn)定性已十分可靠，薄壁復(fù)雜件最大問題是“壁厚敏感性大”。因此本發(fā)明所提出的鑄鐵Ni-V-Ti合金化，和鑄鐵Ni-Cr-Mo合金化有著本質(zhì)區(qū)別。Ni-V-Ti合金化的目的就主要在于改善球墨鑄鐵件、蠕墨鑄鐵件的“壁厚敏感性”和某些產(chǎn)品特別需要的“使用性能”，比如鑄件壁薄或壁的厚薄很不均勻、壁與壁間結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜(如內(nèi)燃機(jī)缸體、機(jī)床床身等)的情況下，也能得到鑄件成品率很高、鑄件組織處處均勻、質(zhì)量穩(wěn)定可靠的鑄件，同時(shí)鑄造產(chǎn)品還具有很高的耐疲勞強(qiáng)度以及特殊的高耐磨性，高熱強(qiáng)性、耐蝕性等等。
因此對(duì)本發(fā)明的鑄造用鎳釩鈦合金生鐵最具創(chuàng)造性、新穎性、實(shí)用價(jià)值的用途發(fā)明當(dāng)推如下三項(xiàng)一種高鎳高釩低鈦稀土奧貝球鐵曲軸(高Ni-高V-低Ti-RE奧貝球墨鑄鐵內(nèi)燃機(jī)曲軸)，其特征在于(1)“選擇”含Ni 1.0-3.0％,V 0.5-1.5％,Ti＜0.1％的鑄造用鎳釩鈦合金生鐵做原料(注意這種“選擇”非發(fā)明人是難于實(shí)現(xiàn)的，這是因?yàn)楸景l(fā)明人為了制造這種理想的曲軸，進(jìn)行了多年的實(shí)驗(yàn)研究和原料調(diào)查才找到制造這種理想成分生鐵的制造方法。要實(shí)現(xiàn)這種“選擇”，即使采用本發(fā)明的方法實(shí)際上也只能專門制造)，因而該曲軸始終具有本發(fā)明的鑄造用鎳釩鈦合金生鐵的遺傳特性；(2)該曲軸具有下列化學(xué)成分，C 3.0-3.8％,Si 2.0-2.8％,Mn 0.2-0.5％,P＜0.04％,S＜0.02％,Ni 0.8-3.0％,V 0.4-1.4％,Ti 0.02-0.08％,Cr 0.05-0.3％,RE 0.04-0.1％，余為Fe及總量小于Cr、Co、Cu等0.2％的微量元素。(3)該曲軸原料經(jīng)熔化過后，用低鈦稀土球化劑球化處理，再孕育后鑄出，鑄件經(jīng)奧貝等溫淬火和精細(xì)機(jī)械加工而成。鑄件為貝氏體與奧氏體(20％-40％)的混合組織，石墨球化率為85％以上，抗拉強(qiáng)度αb＞1200MPa，延伸率δ＞10％，沖擊值αk＞110J/cm2。
一種低鎳釩鈦稀土合金(低Ni-V-Ti-RE)半球半蠕鑄鐵車輛制動(dòng)(離合)元件(如火車閘瓦塊，汽車制動(dòng)鼓、制動(dòng)盤、離合器壓板等)，其特征在于(1)“選擇”含Ni0.12-0.3％,V0.25-0.5％Ti 0.04-0.6％的鑄造用鎳釩鈦合金生鐵做原料，經(jīng)熔化并用低鈦稀土合金作變質(zhì)處理澆鑄而成，具有鑄造用鎳釩鈦合金生鐵的遺傳特性；(2)具有下列成分C 3.5-4.0％,Si 2.2-3.0％,Mn 0.2-0.8％,P＜0.1％,S＜0.05％,Ni 0.1-0.3％,V0.2-0.5％Ti 0.03-0.16％,RE 0.03-0.1％，余為Fe及總量＜0.2％的Cr,Co,Cu等微量元素；(3)該元件為珠光體鐵素體混合基體，球化率20-50％，蠕化率80-50％；(4)該元件耐磨性和耐熱疲勞開裂損壞性能分別是普通灰鑄鐵元件的2-5倍和1-3倍。
一種中鎳釩鈦稀土(中Ni-V-Ti-RE)合金蠕墨鑄鐵內(nèi)燃機(jī)缸體(缸蓋、缸套、機(jī)床構(gòu)件)，其特征在于(1)“選擇”含Ni 1.0-2.0％,V 0.3-0.6％,Ti 0.04-0.6％的鑄造用鎳釩鈦合金生鐵做原料，經(jīng)熔化并采用低鈦稀土合金蠕化劑作蠕化處理再經(jīng)孕育后澆鑄而成，具有鑄造用鎳釩鈦合金生鐵遺傳特性；(2)具有下列成分C 3.0-3.8％,Si 2.0-2.8％,Mn 0.2-0.6％,P＜0.06％,S＜0.02％,Ni 1.0-2.0％,V0.3-0.6％,Ti 0.04-0.14％,RE 0.02-0.06％，余為Fe及總量小于0.2％的Cr,Co,Cu等微量元素；(3)該鑄件具有鐵素體珠光體混合基體,蠕化率＞75％；(4)該鑄件具有高的組織均勻性和低廢品率，其耐磨性，耐熱裂滲漏性能和耐海水腐蝕性能是普通鑄鐵件的1-3倍。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于(1)所采用的普通鐵礦、釩鈦磁鐵礦、鎳工業(yè)邊界品位的含鎳硫鐵礦、硅鎂鎳礦等礦源豐富，不與鎳工業(yè)爭(zhēng)原料；(2)所采用的普通高爐冶煉法、釩鈦生鐵高爐冶煉法，技術(shù)成熟、設(shè)備現(xiàn)成、能源消費(fèi)少、成本低；(3)產(chǎn)品性能優(yōu)異、用途廣泛、市場(chǎng)廣闊。
實(shí)施例1取含鎳為0.47％，含鐵為44.3％，含硫?yàn)?8.4％的含鎳硫鐵礦，送硫酸廠焙燒制酸，得到含鎳0.58％，含鐵56.1％，含硫2.6％的含鎳硫酸渣，再將該含鎳硫酸渣經(jīng)球磨機(jī)細(xì)磨到-200目，加入8％的焦粉，2％的皂土，6％左右的水分，混合制粒(2-6mm)，送燒結(jié)機(jī)高溫?zé)Y(jié)，再將燒結(jié)料破碎后進(jìn)行重選和磁選，獲得一種含硫?yàn)?.28％，含鐵為61.3％，含鎳為0.57％的含鎳硫酸渣精礦。將這種含鎳硫酸渣精礦以15％的比例混入釩鈦磁鐵精礦燒結(jié)礦配料組分中，燒結(jié)成堿度為1.73左右的自熔性混合燒結(jié)礦，最后按含釩生鐵冶煉工藝，通過釩鈦煉鐵高爐制得鑄造用鎳釩鈦合金生鐵。其成分為C 4.12％,Si 0.42％,Mn 0.47％,P 0.06％,S 0.04％,Ni 1.19％,V 0.38％,Ti 0.27％,Cr 0.12％,Co 0.008％,Cu 0.04％,W 007％,Nb 0.002％，余為鐵。
實(shí)施例2在冶煉普通鑄造生鐵小高爐的爐料中，按每煉一噸生鐵均勻分批加入含鎳量為12.4％的粗制鎳鐵214公斤，和含V2O527.7％的釩渣83公斤，其余按冶煉普通鑄造生鐵的配料和熔煉工藝，制得中鎳高釩低鈦鑄造用鎳釩鈦合金生鐵，其成分為C 3.92％,Si 2.81％,Mn 0.37％,P 0.057％,S 0.038％,Ni 2.49％,V 0.97％,Ti 0.04％,Cr 0.12％余為Fe。
實(shí)施例3，取含Ni 2.59％,V 0.97％,Ti 0.08％的鑄造用鎳釩鈦合金生鐵作原料，按常規(guī)方法加入廢鋼等在電爐中熔化、過熱、精確調(diào)配碳當(dāng)量、鐵液溫度達(dá)1490±20℃時(shí)扒渣出爐，用低鈦稀土鎂硅合金進(jìn)行球化處理(實(shí)際球化率達(dá)87％)，再用0.6％的鋁硅鈣合金進(jìn)行孕育處理后，用金屬模進(jìn)行澆鑄，然后對(duì)鑄件進(jìn)行不完全等高溫淬火處理獲得貝氏體與奧氏體(36％)的混合組織，再經(jīng)精細(xì)機(jī)械加工成為高鎳高釩低鈦奧貝球鐵曲軸。其疲勞強(qiáng)度、韌性、和鋼制曲軸接近，而耐磨性，減震性更好，成本卻大大降低。
實(shí)施例4取含Ni 0.26％,V 0.23％,Ti 0.25％的鑄造用鎳釩鈦合金生鐵做原料，只須按常規(guī)方法調(diào)配碳、硅量在沖天爐中進(jìn)行熔化，用低鈦稀土硅鐵合金對(duì)鐵水進(jìn)行變質(zhì)處理后進(jìn)行澆鑄，鑄件經(jīng)機(jī)械加工制得低鎳釩鈦合金半球半蠕鑄鐵制動(dòng)鼓，該制動(dòng)鼓的耐磨性和耐熱疲勞開裂損壞性能是現(xiàn)有普通鑄鐵制動(dòng)鼓的2.8和1.3倍。該鑄件為鐵素體珠光體混合基體，含有40.8％的球狀石墨。
實(shí)施例5取Ni 1.47％,V 0.44％,Ti 0.28％的鑄造用鎳釩鈦合金生鐵進(jìn)入電爐熔煉，按常規(guī)方法精確調(diào)配碳硅含量，鐵液在1480±20℃出爐用低鈦稀土硅鎂合金進(jìn)行蠕化處理并用0.5％的硅鐵進(jìn)行孕育，澆鑄成鑄件后進(jìn)行時(shí)效處理，獲得中鎳釩鈦合金蠕墨鑄鐵(蠕化率為88.3％)內(nèi)燃機(jī)缸體鑄件。
權(quán)利要求
1．一種鑄造用鎳釩鈦合金生鐵，其特征在于所述的鎳釩鈦合金生鐵含有以下成分(重量百分比)C 3.3-4.2％,Si 0.20-3.6％,Mn 0.3-1.0％,P＜0.1％,S＜0.05％,Ni 0.2-3.0％,V 0.2-1.5％,Ti0.04-0.6％，余為Fe及總量小于0.3％的Cr、Cu、Co等微量元素。
2．一種制造如權(quán)利要求1所述的鑄造用鎳釩鈦合金生鐵的方法，其特征在于所述的方法包括采用含鎳硫酸渣做原料，經(jīng)細(xì)磨、焙燒、選礦工藝處理，獲得含硫量低于0.3％，含鐵量高于50％，含鎳量高于0.2％的含鎳硫酸渣精礦，再按所述鑄造用鎳釩鈦合金生鐵成份比例要求，與釩鈦磁鐵精礦混合配料燒結(jié)(焙燒)成為自熔性混合燒結(jié)(焙燒球團(tuán))礦，再將該自熔性混合燒結(jié)(焙燒球團(tuán))礦投入冶煉含釩生鐵的高爐中冶煉即得產(chǎn)品。
3．如權(quán)利要求2所述的鎳釩鈦合金生鐵的制造方法，其特征在于所述的含鎳硫酸渣精礦可以用粗制堿式碳酸鎳粉[3Ni(OH)2·2NiCO3]代替。
4．如權(quán)利要求2所述的鎳釩鈦合金生鐵的制造方法，其特征在于所述的自熔性混合燒結(jié)(焙燒球團(tuán))礦可用自溶性釩鈦磁鐵精礦燒結(jié)(焙燒球團(tuán))礦與粗制鎳鐵的機(jī)械混合物所取代。
5．如權(quán)利要求2所述的鎳釩鈦合金生鐵的制造方法，其特征在于所述的自熔性混合燒結(jié)(焙燒球團(tuán))礦，用自熔性普通鐵精礦燒結(jié)(焙燒球團(tuán))礦加粗制鎳鐵和釩渣的機(jī)械混合物所取代。
6．如權(quán)利要求5所述的鎳釩鈦合金生鐵的制造方法，其特征在于所述的自熔性普通鐵精礦燒結(jié)(焙燒球團(tuán))礦用普通富鐵塊礦加石灰石所取代。
7．一種用鑄造用鎳釩鈦合金生鐵制造的高Ni-高V-低Ti-RE合金奧貝球墨鑄鐵內(nèi)燃機(jī)曲軸，其特征在于所述的曲軸是選用含Ni 1.0-3.0％,V0.5-1.5％,Ti＜0.1％的鑄造用鎳釩鈦合金生鐵做原料，在熔鑄過程中用低鈦稀土球化劑作球化處理(球化率＞85％)孕育后澆鑄，并經(jīng)奧貝等溫淬火及精細(xì)機(jī)械加工而成，所述的曲軸具有鑄造用鎳釩鈦合金生鐵的遺傳特性，其主要合金成分為C 3.0-3.8％,Si2.0-2.8％ Mn:0.2-0.5％,P＜0.04％,S＜0.02％,Ni 0.8-3.0％,V 0.4-1.4％,Ti 0.02-0.08％ Cr 0.05-0.3％,RE 0.04-0.1％，余為Fe及總量小于0.2％的Cr.Co.Cu等微量元素。
8．一種由鑄造用鎳釩鈦合金生鐵制成的低Ni-V-Ti-RE合金半球半蠕鑄鐵車輛制動(dòng)(離合)元件，其特征在于①.該種車輛制動(dòng)(離合)元件是選用含Ni 0.12-0.3％ V 0.25-0.5％ Ti 0.04-0.6％的鑄造用鎳釩鈦合金生鐵做原料熔煉并加入低Ti稀土合金變質(zhì)處理后澆鑄而成；②該種車輛制動(dòng)(離合)元件具有鑄造用鎳釩鈦合金生鐵遺傳特性，其主要合金成分為C 3.5-4.0％,Si 2.2-3.0％,Mn 0.2.0.8％,P＜0.1％,S＜0.05％,Ni 0.1-0.3％,V 0.2-0.5％,Ti 0.03-0.16％,RE 0.03-0.1％，余為Fe及總量小于0.2％的Cr,Co,Cu等微量元素。③該車輛制動(dòng)(離合)元件具有珠光體鐵素體混合基體和20-50％的球狀石墨和80-50％的蠕蟲狀石墨，即“半球半蠕”石墨結(jié)構(gòu)。
9．一種由鑄造用鎳釩鈦合金生鐵所制成的中Ni-V-Ti-RE合金蠕墨鑄鐵內(nèi)燃機(jī)缸體(缸蓋、缸套、機(jī)床構(gòu)件)，其特征在于①該種內(nèi)燃機(jī)缸體(缸蓋、缸套、機(jī)床構(gòu)件)是選用含Ni 1.0-2.0％,V 0.3-0.6％,Ti 0.04-0.6％的鑄造用鎳釩鈦合金生鐵做原料，并加入低鈦稀土蠕化劑蠕化并經(jīng)孕育處理后澆鑄而成；②該種內(nèi)燃機(jī)缸體(缸蓋、缸套、機(jī)床構(gòu)件)具有鑄造用鎳釩鈦合金生鐵的遺傳特性，其主要合金成分為C 3.0-3.8％,Si 2.0-2.8％,Mn 0.2-0.6％,P＜0.06％,S＜0.02％,Ni 1.0-2.0％,V 0.3-0.6％,Ti 0.04-0.14％,RE 0.02-0.06％，余為Fe及總量小于0.2％的Cr,Co,Cu等微量元素。③該種內(nèi)燃機(jī)缸體(缸蓋、缸套、機(jī)床構(gòu)件)，具有鐵素體珠光體混合基體蠕化率＞75％。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種冶金產(chǎn)品——鑄造用鎳釩鈦合金生鐵及其高鎳高釩低鈦稀土合金球墨鑄鐵內(nèi)燃機(jī)曲軸、低鎳釩鈦稀土合金半球半蠕鑄鐵車輛制動(dòng)(離合)元件、中鎳釩鈦稀土合金蠕墨鑄鐵內(nèi)燃機(jī)缸體等三種用途。該合金生鐵的成分為:C3.3－4.2%,Si0.2－3.6%,Mn0.3－1.0%,P< 0.1%,S< 0.05%,Ni0.2－3.0%,V0.2－1.5%,Ti0.04－0.6%,余為Fe及總量< 0.3%的Cr、Co、Cu等微量元素。其制法為:含鎳硫酸渣精礦加釩鈦磁鐵精礦制成自熔性混合燒結(jié)礦,通過釩鈦煉鐵高爐冶煉而得產(chǎn)品。優(yōu)點(diǎn)為:原料易得、設(shè)備現(xiàn)成、能源消費(fèi)少、成本低、用途廣。
文檔編號(hào)C22C37/00GK1219602SQ9611774
公開日1999年6月16日 申請(qǐng)日期1996年10月16日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月16日
發(fā)明者樊顯理, 樊樺 申請(qǐng)人:樊顯理