專利名稱：一種用于渣漿泵葉片的亞共晶高鉻鑄鐵及熱處理加工工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及渣漿泵葉片制造領域專用的亞共晶高鉻鑄鐵及熱處理加工工藝。
背景技術：
渣漿泵廣泛應用于電力、煤礦和冶金等行業，用來輸送含有硬質顆粒的固液混合物。渣漿泵產品中，大部分是離心式渣漿泵，其工作原理和離心式清水泵的工作原理是一樣的。渣漿泵的工作介質為含有一定粒徑、硬度和濃度的固體物料與水組成的固液混合物，如泥漿、礦漿和砂漿等，其過流件葉輪在這種高速運動的固液混合物的環境下工作，不但要承受物料的沖刷磨損，而且還要承受漿料的腐蝕作用，工況條件極為惡劣。磨損嚴重是渣漿泵長期存在的最大難題，也是國內外科研的主要方向。特別是對于較大粒徑具有尖角的硬質顆粒的工作介質，泵過流件的磨損更加突出，過流件的使用壽命十分短暫。以廣西車河選礦廠為例，渣漿泵葉輪的使用壽命只有一個星期左右，僅更換過流件，該廠每年的費用高達 200萬以上。目前國內外研究和開發的過流件耐磨材料種類很多，渣漿泵常用的耐磨材料主要有三類高鉻鑄鐵和鎳硬鑄鐵、橡膠和陶瓷材料以及復合材料。其中高鉻鑄鐵運用得最為廣泛，被譽為“第三代金屬抗磨材料”，具有優良的抗磨性能，多用于漿體中含有粗大且尖銳的選礦和礦石加工業。但是雖然普通高鉻白口鑄鐵有很高的耐磨性，但其韌性較差，在承受大顆粒固體顆粒高速沖刷時容易造成葉輪表面材料的脫落，在斷面上容易因腐蝕而形成凹坑。目前這種渣漿泵葉輪主要采用進口。比如華錫集團的車河選礦廠所用葉輪就是從澳大利亞WARMAN公司進口的高鉻鑄鐵葉輪。
發明內容
本發明的目的是提供一種渣漿泵葉片的亞共晶高鉻鑄鐵及熱處理加工工藝；該高鉻鑄鐵具有良好的耐磨性和沖擊韌性，可有效應用于2. 5mm以上直徑具有尖角的礦料及礦漿質量濃度超過30%質量比的工況條件，能完全取代進口的WARMAN泵葉片。本發明主要是研制出一種亞共晶高鉻鑄鐵及熱處理加工工藝，其成分的質量百分比組成C2. 6 2. 8%、Cr26 30%、Si0. 5 0. 7%,MnO. 3 0. 6%,NiO. 2 0. 4%,MoO. Γθ. 2%, CuO. 02 0. 04%,P ^ 0. 05%, S ( 0. 05%、余量為 Fe。該高鉻鑄鐵的熱處理加工工藝如下
1)熔煉先用廢棄鋼、硅含量較低的生鐵、高碳錳鐵、電解銅、純鎳加入到電爐中熔煉， 溫度升至1500 1600度。出爐溫度為1440 1480度。澆注溫度為1380 1420度。2)變質處理采用Re — V—Ti一Bi—Mg復合變質劑對鐵液進行復合變質。復合變質劑總質量分數為1. 2 2. 1%。其中Re占質量分數為0. 6 1. 0%，V占0. Γθ. 2%，Ti占 0. 2 0. 4%, Bi 占 0. Γθ. 2%, Mg 占 0. 2-0. 3%。由于含稀土和鎂的變質劑燒損問題比較突出。鐵液溫度較高，孕育和變質處理后鐵液離凝固間隔時間較久，都將使孕育劑和變質劑中稀土和鎂的燒損率提高，進而降低了變質效果。因此采用隨流法在澆注過程中加入。3)拋丸處理對葉片進行表面清理和強化。4)去應力退火20(Γ280度下進行去應力退火4小時。然后用機械加工方法加工出中心安裝孔。5)淬火+回火采用階梯加熱方式加熱到1050度進行淬火，保溫4飛小時。其中 200度1. 5小時，350度1. 5小時，450度1. 5小時，650度2小時，850度2小時，1050度4 6 小時，然后用275度6小時回火。采用水基有機高聚物作為淬火介質。最終得到馬氏體+ 彌散分布的團塊狀碳化物+少量殘余奧氏體。相對于以往常規采用的普通高鉻鑄鐵不同，本發明特點是采用了 Re — V—Ti一 Bi—Mg復合變質劑對鐵液進行復合變質。復合變質劑總質量分數為1. 2^2. 1%。其中Re占質量分數為 0. 6 1. 0%, V 占 0. Γ0. 2%, Ti 占 0. 2 0. 4%, Bi 占 0. Γθ. 2%, Mg 占 0. 2-0. 3%。其變質機理是①稀土為非碳化物形成元素，在凝固過程中通過溶質元素再分配而富集在碳化物結晶前沿的液體中，提高了碳化物的形核率。②稀土元素與鐵液中的S、O 均有較大的親和力，能凈化鐵液。③生成的大量稀土高熔點化合物及脫S去O形成的夾雜可作為初生碳化物的晶核基底，形成異質晶核，使晶核數增加，進而細化。④稀土元素會吸附在碳化物和奧氏體晶粒生長的前沿，在碳化物的不同晶面上進行選擇性吸附，優先吸附在位能較高及生長較快的晶面上，降低了碳化物在擇優長大方向的長大速度，使碳化物由長條狀有方向性的生長向短條狀、團塊狀無方向性排列轉化。釩、鈦等可以形成彌散分布的碳、氮化合物，能阻礙晶粒長大，從而細化晶粒。其中 V、Ti比例為1 :2。鉍的加入是提高變質劑表面活性。Mg的熔點低，是強烈的成分過冷元素，提高了碳化物的形核率，使初生碳化物細化。當變質劑加入之后，Mg首先會吸附在W001]面的孿晶溝槽和層錯中，抑制碳化物的長大，變質后初生碳化物尺寸急劇減少。Mg與S、O也有極大的親和力，可去除合金中的S和 0，有凈化鐵液的作用，避免了晶粒粗大。Mg還是表面活性元素，它偏聚于晶界或相界并能與 Cr、Mo等原子半徑相近的元素共同形成合金碳化物。這樣使得在鑄造過程中，由于變質劑可以細化基體，另外稀土元素偏聚、吸附在碳化物擇優長大的方向上，可使碳化物的形態由目前較多的長條形轉為彌散分布的團塊狀， 從而降低對基體材料的割裂作用，提高葉輪的沖擊韌性和耐磨性。對于具有主要是2. 5mm以上直徑及尖角的礦料，礦漿質量濃度超過30%質量比的工況條件，能完全取代進口的WARMAN泵葉片。下面結合實施例進一步說明本發明，而非限制本發明。實施例1
按質量百分比含量分別為組分的重量百分比為C2. 7%,Cr26. 5%,SiO. 6%,MnO. 4%, NiO. 3%,MoO. 15%,CuO. 03%, PO. 02%, SO. 02%、余量為 Fe。1)熔煉先用廢棄鋼、硅含量較低的生鐵、高碳錳鐵、電解銅、純鎳加入到電爐中熔煉，溫度升至1550度。出爐溫度為1460度。澆注溫度為1400度。2)變質處理采用Re_V_Ti—Bi—Mg復合變質劑對鐵液進行復合變質。復合變質劑總質量分數為1. 4%。其中Re占質量分數為0. 8%, V占0. l%，Ti占0. 2%,Bi占0. 1%， Mg占0. H變質劑采用隨流法在澆注過程中加入。
3)拋丸處理對葉片進行表面清理和強化。4)去應力退火220度下進行去應力退火4小時。然后用機械加工方法加工出中心安裝孔。5)淬火+回火采用階梯加熱方式加熱到1050度進行淬火，保溫5小時。其中 200度1. 5小時，350度1. 5小時，450度1. 5小時，650度2小時，850度2小時，1050度5小時，然后用275度6小時回火。采用水基有機高聚物作為淬火介質。最終得到馬氏體+彌散分布的團塊狀碳化物+少量殘余奧氏體。實施例2
按質量百分比含量分別為組分的重量百分比為C2. 6%、Cr28%, SiO. 5%, MnO. 3%, NiO. 2%, MoO. 1 %, CuO. 02%, P0. 03%, SO. 03%、余量為 Fe。1)熔煉先用廢棄鋼、硅含量較低的生鐵、高碳錳鐵、電解銅、純鎳加入到電爐中熔煉，溫度升至1500度。出爐溫度為1440度。澆注溫度為1380度。2)變質處理采用Re_V_Ti—Bi—Mg復合變質劑對鐵液進行復合變質。復合變質劑總質量分數為1. 2%。其中Re占質量分數為0. 6%, V占0. l%，Ti占0. 2%,Bi占0. 1%， Mg占0. 1。變質劑采用隨流法在澆注過程中加入。3)拋丸處理對葉片進行表面清理和強化。4)去應力退火200度下進行去應力退火4小時。然后用機械加工方法加工出中心安裝孔。5)淬火+回火采用階梯加熱方式加熱到1050度進行淬火，保溫4小時。其中 200度1. 5小時，350度1. 5小時，450度1. 5小時，650度2小時，850度2小時，1050度4小時，然后用275度6小時回火。采用水基有機高聚物作為淬火介質。最終得到馬氏體+彌散分布的團塊狀碳化物+少量殘余奧氏體。實施例3:
按質量百分比含量分別為組分的重量百分比為C2.8%、Cr30%, SiO. 7%, MnO. 6%, NiO. 4%,MoO. 2%,CuO. 04%, P0. 04%, SO. 04%、余量為 Fe。1)熔煉先用廢棄鋼、硅含量較低的生鐵、高碳錳鐵、電解銅、純鎳加入到電爐中熔煉，溫度升至1600度。出爐溫度為1480度。澆注溫度為1420度。2)變質處理采用Re_V_Ti—Bi—Mg復合變質劑對鐵液進行復合變質。復合變質劑總質量分數為2. 0%。其中Re占質量分數為0. 9%, V占0. 2%, Ti占0. 4%,Bi占0. 2%， Mg占0. 3%。變質劑采用隨流法在澆注過程中加入。3)拋丸處理對葉片進行表面清理和強化。4)去應力退火280度下進行去應力退火4小時。然后用機械加工方法加工出中心安裝孔。5)淬火+回火采用階梯加熱方式加熱到1050度進行淬火，保溫6小時。其中 200度1. 5小時，350度1. 5小時，450度1. 5小時，650度2小時，850度2小時，1050度5小時，然后用275度6小時回火。采用水基有機高聚物作為淬火介質。最終得到馬氏體+彌散分布的團塊狀碳化物+少量殘余奧氏體。
權利要求
1.一種用于渣漿泵葉片的亞共晶高鉻鑄鐵，其特征在于，由以下質量百分比含量組分組成C2. 6 2. 8%、Cr26 30%、SiO. 5 0. 7%、MnO. 3 0. 6%, NiO. 2 0. 4%、MoO. Γθ. 2%, CuO. 02 0. 04%,P ( 0. 05%, S ( 0. 05%、余量為 Fe。
2.根據權利要求1所述的用于渣漿泵葉片的亞共晶高鉻鑄鐵，其特征在于，由以下質量百分比含量組分組成C2. 7%、Cr28%, SiO. 6%, MnO. 45%, NiO. 3%, MoO. 15%, CuO. 03%, P0. 02%, SO. 02%、余量為 Fe。
3.權利要求1所述的亞共晶高鉻鑄鐵的熱處理加工工藝，其特征在于，包括以下步驟1)熔煉先用廢棄鋼、硅含量較低的生鐵、高碳錳鐵、電解銅、純鎳加入到電爐中熔煉， 溫度升至1500 1600度，出爐溫度為1440 1480度，澆注溫度為1380 1420度；2)變質處理采用Re_V_Ti—Bi—Mg復合變質劑對鐵液進行復合變質，復合變質劑總質量分數為1. 2 2. 1%，其中Re占質量分數為0. 6 1. 0%，V占0. Γθ. 2%，Ti占0. 2 0. 4%， Bi占0. Γ0. 2%，Mg占0. 2-0. 3%，變質劑采用隨流法在澆注過程中加入；3)拋丸處理對葉片進行表面清理和強化；4)去應力退火20(Γ280度下進行去應力退火4小時，然后用機械加工方法加工出中心安裝孔；5)淬火+回火采用階梯加熱方式加熱到1050度進行淬火，保溫4飛小時，其中200 度1. 5小時，350度1. 5小時，450度1. 5小時，650度2小時，850度2小時，1050度4 6小時，然后用275度6小時回火，采用水基有機高聚物作為淬火介質，最終得到馬氏體+彌散分布的團塊狀碳化物+少量殘余奧氏體。
全文摘要
一種用于渣漿泵葉片的亞共晶高鉻鑄鐵及熱處理加工工藝，該鑄鐵的化學成分按重量百分比為C2.6~2.8％、Cr26~32％、Si0.5~0.7％、Mn0.3~0.6％、Ni0.2~0.4％、Mo0.1~0.2％、Cu0.02~0.04％、P≤0.05％、S≤0.05％、余量為Fe。其熱處理工藝是對此鑄鐵在電爐中進行熔煉、采用了Re—V—Ti—Bi—Mg復合變質劑對鐵液進行復合變質處理、拋丸處理、去應力退火、機械加工、淬火+回火工藝，可使碳化物的形態變為彌散分布的團塊狀，從而降低對基體材料的割裂作用，可以得到高性能、長壽命的渣漿泵葉輪產品。
文檔編號C22C37/10GK102560232SQ20121005578
公開日2012年7月11日 申請日期2012年3月6日 優先權日2012年3月6日
發明者何航敏, 劉煜, 夏卿坤, 彭玲, 朱先旺, 王帶麗, 郭強, 鐘彥宇 申請人:長沙學院