[发明专利]一种颗粒增强耐磨钢复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种颗粒增强耐磨钢复合材料及其制备方法，属于合金材料技术领域。

背景技术

目前金属材料领域中，钢材料的耐磨性能受到了越来越多的重视。现有的技术中也已经公开了不少耐磨钢材料，中国专利CN200710135682.7涉及一种稀土合金化耐磨高锰钢，属于冶金领域。特点是：采用高碳、高锰、Cr、稀土的成份配方，其组成重量的百分比是：C：0.90-1.30，Si：0.30-0.80，Mn：11.00-14.00，Cr：2.00-2.50，RE：0.30-0.35，S≤0.03，P≤0.06，其余为铁。中国专利CN200810058345.7公开了一种对高锰钢进行钇基重稀土变质处理的方法。该发明涉及一种对高锰钢采取稀土变质处理改善高锰钢组织和提高力学性能的工艺，属于金属材料变质技术领域。首先熔炼废钢、加入锰铁，待炉料全部熔化后，加入萤石和生石灰进行除渣，再插入纯铝除氧，然后在1410℃～1460℃时出炉充入含有重稀土的钢包内，镇静后浇注，最后对铸件进行水韧处理。上述两种技术的耐磨钢材料基体中无硬相，因此初始耐磨性能受到限制。

中国CN200910218979.9公开了一种高锰钢基SiC颗粒表面复合材料的制备方法，该方法首先对SiC颗粒进行表面处理，然后制备消失模模样，并在消失模模样相应于零件的磨损面覆加SiC颗粒膏块，对处理后的模样按照常规消失模浇铸工艺进行造型、涂覆涂料，浇注时采取负压实型铸造工艺，选用高锰钢作为浇铸基体材料，并将浇铸温度控制在1350℃，浇注后空冷20min。铸型经冷却、脱型、清理后获得烧结较好的表面高锰钢基SiC颗粒复合层。本技术中采取外加SiC颗粒制备复合材料，必须进行预处理，工序复杂，也难以控制复合材料的质量。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足之处，提供一种颗粒增强耐磨钢复合材料及其制备方法。

本发明的颗粒增强耐磨钢复合材料，按照重量百分比包括下列成分：C 1％～1.2％，Mn 15％～19％，V 2％～4％，Co 0.2％～0.4％，Si0.02％-0.05％，Pr 0.03％-0.09％，Nd 0.05％～0.2％，Gd 0.05％～0.1％，余量为Fe；

优选地，本发明的颗粒增强耐磨钢复合材料，按照重量百分比包括下列成分：C 1.1％，Mn 17％，V 3％，Co 0.3％，Si 0.03％，Pr 0.06％，Nd 0.01％，Gd 0.08％，余量为Fe。

本发明的合金各成分及其成分的含量的选择基于下列理由：

Mn：含量为15％～19％，用于强化固溶体，保证力学性能，Mn含量低于15％，不能保证力学性能，Mn含量高于19％，影响石墨化；

C：含量为1％～1.2％，C和V、Co形成硬质复杂碳化物，起耐磨和抵抗配副的破坏作用，能解决钢初始磨损严重的问题，大大提高使用寿命，提高性价比，C含量低于1％，达不到效果；C含量高于1.2％，C-Co-V硬质复杂化合物增多，会降低合金的塑性和抗拉强度；

V：含量为2％～4％，V和C、Co形成硬质复杂碳化物，起耐磨和抵抗配副的破坏作用，能解决钢初始磨损严重的问题，大大提高使用寿命，提高性价比，V含量低于2％，达不到效果；V含量高于4％，C-Co-V硬质复杂化合物增多，会降低合金的塑性和抗拉强度；

Co：含量为0.2％～0.4％，Co和C、V形成硬质复杂碳化物，起耐磨和抵抗配副的破坏作用，能解决钢初始磨损严重的问题，大大提高使用寿命，提高性价比，Co含量低于0.2％，达不到效果；V含量高于0.4％，C-Co-V硬质复杂化合物增多，会降低合金的塑性和抗拉强度；

Si：含量为0.02％-0.05％，用于固溶强化，Si低于0.02％，不能保证固溶强化；Si高于0.05％，提高合金的脆性。

Pr：含量为0.03％-0.09％，Pr和Nd、Gd共同作用可增加形核核心和抑制奥氏体晶粒长，细化复杂化合物颗粒，Pr有圆整复杂化合物颗粒的作用。Pr低于0.03％，达不到效果；Pr高于0.09％，Pr为稀土元素，过多使用，不仅提高材料成本，也会形成一些过量化合物，降低材料的力学性能；

Nd：含量为0.05％-0.2％，Nd和Pr、Gd共同作用可增加形核核心和抑制奥氏体晶粒长，细化复杂化合物颗粒。Nd低于0.05％，达不到效果；Nd高于0.2％，Nd为稀土元素，过多使用，不仅提高材料成本，也会形成一些过量化合物，降低材料的力学性能；