[发明专利]一种颗粒弥散强化中锰钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种颗粒弥散强化中锰钢，具体涉及一种TiC颗粒弥散强化中锰钢及其制备方法。

背景技术

目前，提高材料的耐磨性仍是国内外同行研究的热点与难点。我国仅在矿山、冶金、电力、煤炭和农机行业不完全统计，工件磨损造成经济损失每年400亿元。因磨损造成的经济损失约占各国国民经济总产值的2％以上，全世界每年因摩擦磨损造成的资源损失近2000亿美元。中锰钢是在高锰钢的基础上研制出的一种抗磨材料，它在冲击挤压条件下，在钢的表面产生加工硬化，使工件表面的耐磨性提高，而心部仍保持较高的韧性，表现出表硬里韧的综合的机械性能。

但是适用于干式碾碎机垫板等工件的中锰钢硬度尚且不够高，耐磨性满足不了使用要求，所以其应用受到一定的限制。本项发明就是在中锰钢基体中通过原位反应合成TiC颗粒，从而在中锰钢表面加工硬化不完全的情况下提高其耐磨性，从而提高工件的使用寿命、降低其成本。

发明内容

本发明针对上述技术问题，提供了一种TiC颗粒分布均匀、致密度高、耐磨性好、强度增加的颗粒弥散强化中锰钢及其制备方法。

本发明的技术解决方案为：

一种TiC颗粒弥散强化中锰钢，由中锰钢基体和均匀分布的TiC组成，成分配方为：Mn：6.0～11.0％，C：0.9～2.8％，Cr：＜2.5％，Si：＜1.0％，P：＜0.07％，S＜0.05％，Ti：0.25～6.0％，余量为Fe。

一种制备上述颗粒弥散强化中锰钢的方法，制备步骤为：

a.制备含钛和碳的预制块：按照钛、碳质量比为4∶(0.8-1)，取钛粉和碳粉，在其中加入钛碳粉总质量(20-60)％的铁粉并混合均匀后压实成块，所有粉体的粒度均为100-200目；

b.制备中锰钢基体合金：

以步骤a中Ti的含量为基准，按照权利要求1所述的Mn、Cr配比，计算出颗粒弥散强化中锰钢中Mn、Cr的最终含量，作为制备中锰钢基体合金的Mn、Cr加入量；以步骤a中Ti的含量为基准，按照权利要求1所述的C、Fe配比，计算出颗粒弥散强化中锰钢中C、Fe的最终含量，由颗粒弥散强化中锰钢中C、Fe的最终含量分别减去步骤a中用于制备含钛和碳的预制块时C、Fe的加入量得到用于制备中锰钢基体合金的C、Fe的加入量；

按照Mn、Cr、C及Fe的加入量将Mn、Cr、C及Fe置于中频感应炉中进行熔炼，并将Si、P及S控制在Si：＜1.0％，P：＜0.07％，S＜0.05％；

c.待基体合金熔炼完成后，改变温度至1540-1600℃，将步骤a所得预制块加入炉中，待预制块熔于熔体后，即可将炉中的合金液浇注入预先做好的模型中。

本发明具有下列优点：

1.TiC在中锰钢熔体中通过钛粉和碳粉的原位反应合成，操作方便，容易控制；

2.材料的熔炼采用中频感应炉，无需真空，易于进行规模化生产与实际应用；

3.由附图1可见，本发明通过Ti和C在熔体中原位合成所获得的TiC颗粒细小、均匀，与基体结合良好，避免了直接外加TiC颗粒方法所产生的润湿性差、易污染、界面结合不好、颗粒偏聚，易分布在晶界等缺点；TiC增强颗粒是在中锰钢基体中原位形核、长大的热力学稳定相，因此，基体与TiC颗粒的相容性好、界面稳定和结合牢固，能有效的传递应力，材料的综合力学性能好。

4.耐磨性高，在多种试验条件下，与未加TiC的中锰钢基体相比，TiC弥散强化中锰钢耐磨损性能要好；

5.强度高，与未加TiC的中锰钢基体相比，TiC弥散强化中锰钢的强度要高；

6.性能可调性好，即可以根据使用的实际要求，改变TiC颗粒的加入量，形成不同性能(强度、硬度、塑性及耐磨性)的材料。

附图说明：

图1为加入TiC后水韧处理过的强化钢金相组织图，图中白色至灰色的基体为奥氏体组织，其中分布的均匀、细小的粒状物即为TiC颗粒。

图2为未加入TiC的水韧处理过的中锰钢基体金相组织图，图中灰色的基体为奥氏体组织，黑色颗粒为杂质。

具体实施方式

实施例1