[发明专利]整体自润滑耐磨复合材料

说明书

本发明涉及铸造合金材料领域，尤其涉及一种本身具有优良的自润滑性能和良好的机械性能，适宜制作工况比较恶劣、对耐磨性有很高要求的机械另部件的整体自润滑耐磨复合材料。

在国内外现有技术中，自润滑耐磨材料或复合耐磨材料主要有以下几种：①石墨钢，其石墨并非是在冶炼后凝固时形成，而是在铸件于高温石墨化退火时所获得的；②含磷和其它合金铸铁；③以有色金属为基的合金；④采用粉末冶金方法所制备的耐磨材料，该方法是将一种或几种有一定粒度并有一定形状的金属粉末与改善耐摩性能的固体粉末添加剂经混合均匀后再压制烧结成型的；⑤经过表面改性处理提高了表面硬度的材料，所述的改性处理比如是渗碳、渗氮、氰化、低温渗硫等方法。上述材料，虽然可以通过冶炼或烧结后的热处理方法获得一定的耐磨擦性能，但它们的机械性能较低，适用范围窄，有的材料成本昂贵，难以广泛使用；而依靠表面处理工艺来获得耐磨性能，不但在生产过程中能源消耗大、生产周期长，而且生产工艺复杂，还需要相应的成套设备，而且难以控制产品质量的一致性，特别是采用表面处理的方式所获得的耐磨材料，仅仅在其表面具有很薄的一个耐磨擦层，这就决定了靠这种方式获得的耐磨性材料不可能有长的使用寿命。

本发明的目的是，提供一种与上面所述各种传统加工方法所获得的耐磨材料完全不同的整体自润滑耐磨材料，并且该整体自润滑耐磨材料使用常规设备即可生产，工序流程少，工艺简单，生产成本低，使用寿命长。

本发明整体自润滑耐磨复合材料合金元素的组成(含量按重量计)为：C 0.35-3.2％，Si 0.8-1.6％，Mn 0.8-1.4，S 1.0-5.0％，Cr 0.5-3.5％，Mo 0.2-0.9％，W 0.2-0.8％，稀土元素0.1-0.2％，Al 0.6-0.9％，V 0.1-0.2％，Ti≤0.2％，P≤0.05％，其余为Fe。

为改善铸造时钢液的流动性及提高材料的屈服点，可在材料中加入适当的Cu元素，但在不改变其他元素含量的前提，所加入Cu的含量应控制在≤0.6％；另外钢中还可加入适当的Ni元素，以提高钢的淬透性及抗疲劳性能，减小缺口敏感性，降低钢的脆化转变温度，当钢中含有少量的Ni时，可以提高材料的屈强比，同时在材料强度相同的情况下，可使C元素的含量适当降低，这有助于提高材料的韧性，但Ni与S结合，在晶界上生成NiS网状组织时，将导致热脆，因此如果添加Ni元素，应将其含量控制在≤0.8％。因此，本发明另一种整体自润滑耐磨复合材料合金元素的组成(含量按重量计)为：C 0.35-3.2％，Si 0.8-1.6％，Mn 0.8-1.4，S 1.0-5.0％，Cr 0.5-3.5％，Mo 0.2-0.9％，W 0.2-0.8％，稀土元素0.1-0.2％，Al 0.6-0.9％，V 0.1-0.2％，Ti≤0.2％，Ni≤0.8％，Cu≤0.6％，P≤0.05％，其余为Fe。

本发明整体自润滑耐磨复合材料中各种元素所起的作用如下：

Cr是提高淬透性的元素，钢中含有一定量的Cr还可以使钢具有一定的抗氧化及耐蚀性能，当其含量达到3％时，除生成Cr₃C外还产生Cr₇C₃碳化物，可以提高材料的耐磨性；Cr/C的值是决定淬透性的主要因素，要根据对材料性能不同的要求而取不同的值，对于本发明自润滑材料，Cr/C的值以1-1.1为宜。

Mo元素可以提高钢的淬透性，提高材料的整体强度和延展性，对耐磨性也有所提高，特别是当Mo、Cr等元素复合加入的情况下；按传统理论S会在晶界上生成硫化钼，使钢产生热脆，增加了锻、轧热加工的困难，但MoS₂又是一种极好的固体润滑剂，由于本发明的材料含超高量的S，所以能形成足够的均匀分布在材料中MoS₂。由于本发明的材料经铸造成型，无须热处理，因此可避免热产生脆的情况。

W元素在铸件中的作用与Mo相似，它主要提高材料的回火稳定性、红透性、热强性，降低钢的过热敏感性，以及形成特殊的碳化物WC，从而提高材料的耐磨性；同时，W与S形成的WS₂也是一种良好的固体润滑剂。