[发明专利]一种超高硫具有多种复合自润滑相的高耐磨合金铸造材料

说明书

本发明属于合金铸钢(铁)材料范畴。它广泛应用于冶金、机械制造、电力、石化设备等国民经济重要的军、民品生产部门。

特别适于在粘着磨损或滑(滚)动磨损的工况条件下工作的机械部件。例如：轴瓦、轴套、气缸套、气门座、活塞环、浮动轴承、导筒、曲轴、链杆、辊轮等。

机械设备的活动部件失效的原因绝大多数都是因为摩擦、磨损造成的。据统计：能源的1/2消耗于磨损，材料的80％失效于磨损。随着科学技术的进步，机械设备中有滑动或转动部分在不同的几近苛刻的工况条件下，对磨擦部件的极限允许载荷，滑(滚)动速度，工作温度及长期无故障工作时间等材料性能要求愈来愈高。在许多情况下，无润滑磨擦类型已取代油的流体磨擦与边界磨擦类型。为了解决材料过早失效的严重问题，材料科学工作者在不断地开发新的耐磨材料的同时也极力地在利用并提高材料本身的自润滑性能，以期把摩擦系数及磨损量降至最低值，以此来达到材料耐磨损的目的。

在国内外现有技术中，减磨的耐磨材料几十年来已有相当的发展，主要有以下几类：(1)石墨钢及含磷和其他合金铸铁；2)以有色金属为基的合金(如：巴氏合金等)：3)、采用粉末冶金方法生产的减摩材料；4)、经表面改性处理的金属或合金。

对于1)而言，石墨作为润滑剂并非在冶炼后凝固时形成的，而是在铸件经高温石墨化退火时形成的。它与其他合金铸件一样，强度与塑性指标匹配性差且不耐中、高温。对于2)而言，虽有一定的减磨性能，但强度差，耐磨性也差且原材料本身昂贵；对于3)而言，它虽是目前国内外生产整体减磨材料的主要方法且有较理想的减磨性能，但由于制造方法本身的局限性，使其产品不致密，多孔隙性无法避免。因此，机械性能差，极大地限制了它的使用范围。对于4)而言，也是目前国内外常用的提高材料表面硬度并降低表面摩擦系数从而达到材料耐磨的目的方法。如：渗碳、低温渗硫、渗氮、氰化、静电或热喷涂等工艺。此方法可以得到良好的基材与渗层材的结合，使其表面具有较低的摩擦系数和高的硬度。但为获得这种效果必须使工件置入有被渗入元素的活性介质中且必须在一定的温度下加热，保温后再进行热处理，相应设备必不可少，不但能源消耗大，周期长且工艺复杂，最为不足是渗层厚度仅在0.1-2.0±mm范围内。它仍然难以适应高温、快速、重载的工况条件要求。

本发明的目的是：设计了一种不同于常规冶炼及热处理工艺的超高硫含量且具有多种复合自润滑相的高耐磨合金铸造材料，使在相应的工况条件下具有良好的综合性能，最终使材料使用寿命得以提高。根据这目的，设计该合金成分的基本思路是：尽量提高材料本身的自润滑能力，在保证有较高的机械性能的前提下，以较低的摩擦系数，以减摩的方式来达到材料耐磨损的目的。

众所周知：硫化物是一个良好的固体自润滑相。也即：硫化物基本上可以看作是一种结构润滑剂，其润滑能力取决于它们分层的组织结构。一些硫化物，如：硫化钼、硫化钨、硫化铬、硫化铁、硫化镍、硫化钛、硫化铜、硫化铝、高温变形硫化锌等均具有密集六方晶体层状结构。实验和实践证明：正是这种结构最容易分离出诸多滑移面，使其自润滑性能大大增强。在其成分的设计中采用多种硫化物组成的复合硫化物作为固体自润滑相且使体积百分数达到10％±。再者，硫化物可以分为低熔点及高熔点两大类，Ni，Co，Fe，的硫化物熔点较低，它们在凝固时最后从钢液中析出。而Cr、Mo、Zr、V、Ti、W的硫化物等熔点较高且它们与硫的亲合力都大于硫与铁的亲合力。因此，采用独特的冶炼工艺，可以避免硫化物在晶介上析出而形成网状组织。铸件无须热处理，直接机加工至成品，避免了“热脆”的产生。

根据上述内容，本发明材料所提出的具体化学成分含量(W％)为：C0.30/3.5％    Si0.5/1.2％    Mn0.5/1.2％    S1.2/3.5％Cr0.5/3.0％    Mo0.2/0.8％    W0.2/0.8％     Ni≤0.2％Cu≤0.6％      Ti≤0.2％      P≤0.04％Re(加入量)0.1/0.2％余Fe

本发明的主要技术特征是：材料的S含量远远超过国内外现有钢铁材料标准中规定的极限值；调整C和其他加入的合金元素的含量，铁材料标准中规定的极限值；调整C和其他加入的合金元素的含量，可以保证各类产品所要求的性能。该材料以整体大幅度提高本身的自润滑性能来减低由于摩擦、磨损作用对材料的损耗，从而达到提高材料使用寿命的目的。

以下根据各元素在该发明中的作用进行叙述：