[发明专利]一种铁铬硼铸造耐磨合金及其制造方法

说明书

技术领域

一种铸造耐磨合金制造方法，特别涉及一种含有铬、硼合金元素的铁铬硼铸造耐磨合金制造方法，属于耐磨材料制造技术领域。

技术背景

耐磨材料是工业领域破碎和研磨设备中不可或缺的重要消耗性部件材料，其绝大部分通过铸造的方法生产，不仅消耗量大，且应用面广，调查显示2006年全国消耗在摩擦、磨损和润滑方面的资金为9500亿元，而由于磨损所造成的备件消耗费和设备维修费分别达283亿元和406亿元(2009年中国工程院咨询研究报告)。随着工业技术的进步，耐磨材料的服役工况越来越严酷，大型、高效破碎设备要求耐磨材料能承受强冲击和高应力，并能安全、长期服役。因此，研发高强韧、长寿命的铸造耐磨材料一直是国内外耐磨材料领域的热点和难点。常用的耐磨材料主要有合金钢和白口铸铁，前者强度高、韧性好，但存在硬度低和耐磨性差的不足，后者具有高硬度和优异的耐磨性，但含有较多脆性的碳化物，且基体含碳量高，铸造、热处理和使用过程中极易出现开裂现象。

为了改善铸造耐磨合金的性能，中国发明专利CN101550518公开了一种含硼多元低合金耐磨铸钢，其化学成分是(重量％)：C，0.20％～0.45％；Mn，1.1％～1.8％；Si，0.8％～1.5％；Cr，0.3％～1.2％；B，0.05％～0.20％；Ti，0.08％～0.30％；N，0.03％～0.20％；Ca，0.05％～0.15％；K，0.04％～0.15％；其余为Fe和不可避免的微量杂质。采用废钢、硅铁、铬铁、锰铁配料，用废石墨电极或生铁增碳，钢水熔化、炉前调整成分合格后，将钢水升温至1620～1660℃，出炉前加入硅钙合金、硼铁、钛铁和含氮铬铁，而后出炉，将钇基稀土镁合金和含钾物质破碎至粒度小于15mm的小块，经130～180℃烘干后，置于浇包底部，用包内冲入法对钢水复合变质处理，钢水浇注温度1480℃～1520℃，铸件经830℃～1050℃×(0.5～4)h奥氏体化后，快速冷却，随后在150℃～300℃保温(2～6)h后炉冷或空冷，即可得到含硼多元低合金耐磨铸钢。因硼加入量过少，耐磨合金中，耐磨硬质相数量少，导致材料耐磨性差。中国发明专利CN101191180还公开了一种高性能耐磨高锰钢及其生产方法。其化学成分为C：1.00％～1.50％、Mn：10.5％～20.0％、Si：0.30％～0.80％、Cr：1.3％～2.8％、S≤0.040％、P≤0.070％、Ti：0.06％～0.20％、V：0.10％～0.40％、B：0.002％～0.010、Mg：0.06％～0.3％、RE：0.08％～0.4％、N：0.05％～0.2％，余量为铁。生产方法：当钢水温度达到1500～1550℃，还原后5分钟加入氮和钙，出钢前10分钟插铝加入2～5kg/t钒和4～10kg/t钛，出钢1/3时罐中加入2～6kg/t稀土镁，出钢1/2时罐中加入1～4kg/t稀土硅，出钢2/3时罐中加入0.1～0.3kg/t硼，钢水的浇注温度控制在1430～1460℃。该发明采用新的合金化工艺过程，提高了高锰钢的耐磨性能和综合机械性能，但是，该发明材料基体组织仍是奥氏体，只有在强烈冲击工况下因加工硬化才会表现出优异的耐磨性。中国发明专利CN101413084也公开了一种硅、铬、硼合金耐磨球及其制造方法，其特征在于：硅、铬、硼合金耐磨球的化学成份：C 2.5～2.7％、Si 1.1～1.3％、Mn 1.6～2.0％、Cr 0.8～1.5％、P≤0.05％、S≤0.05％、B 0.0015～0.003％、余量为Fe。制造硅、铬、硼合金耐磨球包括：熔炼、造型、起箱、打球和热处理工艺步骤。采用该发明生产的硅、铬、硼合金耐磨球，解决了磨球碎裂问题、提高铸球的表面质量和铸球的耐磨性，但是该发明只是在白口铸铁中，加入少量锰、硅、铬、硼等合金元素，因碳含量过高，碳化物数量多，且基体中含碳量也高，导致合金的脆性增大。中国发明专利CN101240404也公开了一种高碳高硼耐磨合金及其制备方法，高碳高硼耐磨合金的主要成分为：C：1.0-1.8％，B：3.8-6.5％，Mo：0.3-0.8％，Ni：0.3-1.0％，Cr：0.3-2.0％，Mn：0.5-1.0％，Si：0.5-1.0％，S＜0.05％，P＜0.05％，余量为铁；制备工艺：用中频熔炼炉将配好的材料按顺序熔化，先将除硼铁以外的材料加入炉中熔化，然后加入Al(0.1-0.3％)脱氧，然后再按成分配比加入硼铁熔化；预先在浇包中放入占合金液重量0.2-0.8％的变质剂，对合金液进行变质处理，然后出炉浇注，出炉温度1540-1600℃，浇注温度1420-1480℃；冷却形成铸件后热处理工艺为：淬火900-1100℃(水淬或油淬)，然后200-550℃空冷回火，该发明材料尽管耐磨性好，但含硼量过高，脆性硼化物数量多，导致材料脆性明显增大。中国发明专利CN1417366也公开了一种稀土硼中铬耐磨合金钢，主要用于制造在中等冲击、强磨损工况条件下工作的耐磨部件，其化学成份(重量百分比)为：C 0.7～1.0％，Cr 6.0～9.0％，Si 0.4～1.0％，Mn 0.8～1.0％，Mo 0.5～1.0％，B 0.05～0.1％，Re 0.02～0.04％，V 0～0.1％，Ti 0～0.1％，其余为Fe和不可避免的微量杂质，该发明耐磨合金钢是中碳中铬多元合金钢，由于硼含量较少，硬质耐磨相数量过少，耐磨性较差，且基体是高碳马氏体，脆性较大。中国发明专利CN1037548也公开了一种低铬硼多元合金耐磨铸铁，其化学成分(重量％)为：C：1.75～3.0，Cr：1.5～4.0，B：0.07～0.4，Mo：0.2～1.0，Cu：0.8～1.3，Mn：0.4～0.8，Si：0.4～1.2，P≤0.08，S：≤0.08，Re0.01～0.05，余量为Fe，该发明材料因碳含量过高，脆性大，使用安全性稍差。中国发明专利CN101624678还公开了一种高韧性硼化物耐磨金属材料及其制造工艺，其强化硬质相是TiB₂、Fe₂B和BN、TiN，强化相的体积百分数为15-22％，其金属材料各元素的化学成分按重量百分比为：0.10-0.40％C，1.90-2.6％B，0.7-1.4％Ti，1.0-1.6％Cu，0.5-2.8％Cr，0.05-0.08％Mg，0.03-0.25％Ce，0.04-0.13％K，Si＜0.5％，0.5-1.30％Mn，0.02-0.15％Ca，0.02-0.18％N，S＜0.03％，P＜0.04％，余量为Fe和不可避免的杂质元素，该发明高韧性硼化物耐磨金属材料利用电炉生产，经熔炼、熔体炉外变质处理和吹氩精炼处理、铸造和热处理后，金属材料的硬度大于55HRC，抗拉强度大于650MPa，冲击韧性大于20J/cm²，但存在淬透性较差的不足，且硼含量过高，材料冶炼较困难。中国发明专利CN101260500公开了一种淬硬型易切削耐蚀镜面塑料模具钢，其特征在于其化学成份为(wt％)：C0.30～0.70，Si≤1.0，Mn≤0.9，Cr7.0～11.5，0.5～1.25Ni，B0.30～0.75，Cu≤1.0，S≤0.1，P≤0.04，其余为Fe和不可避免的杂质，金相组织由马氏体基体和少量共晶硼化物组成，而马氏体基体上大量分布细小颗粒状二次硼碳化物，可淬硬，硬度56～58HRC，具备易切削性、耐蚀性和镜面抛光性，该发明材料因硼加入量较少，耐磨硬质相数量少，耐磨性稍差。俄罗斯专利RU2352681-C1还公开了一种耐磨铸钢，具体化学成分(wt％)为：0.55-0.65C，0.8-1.2Si，1.8-2.2Mn，2.5-3.5Cr，0.3-0.5Ni，0.05-0.1Ca，0.1-0.3W，0.1-0.3P，0.01-0.03Be，0.001-0.003Sb，0.12-0.16B，0.01-0.03Ba，因硼加入量较少，耐磨硬质相数量少，耐磨性稍差。