[发明专利]Fe-14Mn-6Si-9Cr-5Ni-Nb耐磨合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Fe-Mn-Si基耐磨合金及其制备方法，更具体的说是一种添加强碳化物元素Nb和稀土元素Ce的Fe-Mn-Si-Cr-Ni耐磨合金及其制备方法。

背景技术

磨损是机械零件三种主要的失效方式之一，造成重大的国民经济损失。为此，人们对耐磨材料进行了大量研究，通过改变材料的化学成分和组织结构，探索新型耐磨材料。中国专利申请号200910203638.4《耐磨合金铸钢及其制造方法》，所提及的耐磨合金铸钢添加Ti钛等贵重金属，仅适宜在低温环境下使用，而不适宜在高载荷和高转速的条件下工作。

中国专利申请号200410090214.9《铁基自润滑耐磨合金》中通过加入过渡族金属元素的硫化合物，降低合金中硅的含量，不含锰元素，来实现合金减摩耐磨自润滑的特性，但导致合金冲击强度等力学性能大大降低。Ni-Ti形状记忆合金因超弹性而具有高的耐磨损性能，但价格昂贵，难以在工业和民用领域获得广泛的应用。

Fe-Mn-Si基形状记忆合金具有强度高（与钢相近）、耐腐蚀、易于加工和成本低（仅分别约为Ni-Ti及铜基形状记忆合金的1/20和1/2）等优点，已成功应用于管接头等紧固件。该合金不仅在油润滑条件下磨损性能因诱发产生马氏体相变而优于1Cr18Ni9Ti，而且耐滚动磨损性能及在多相流（水、气、泥沙）中抗空蚀、抗冲泥沙冲刷磨损和抗磨蚀性能因超弹性而优于不锈钢，在齿轮和水轮机叶片等工程机械零部件上具有良好的应用前景。

发明内容

1．本发明解决的技术问题

针对现有的Fe-Mn-Si基合金需经热机械训练才能获得形状记忆效应和超弹性，存在工艺复杂等问题，难以用于生产制造形状较为复杂的零件。本发明提供一种Fe-Mn-Si基耐磨合金及其制备方法，不仅可以有效的解决以上问题，而且制备得到的Fe-Mn-Si基合金耐磨性高。

2．技术方案

发明原理：基于Fe-Mn-Si系合金第二相粒子沉淀弥散析出可诱导形状记忆效应和超弹性，从第二相粒子沉淀析出及超弹性可减少材料磨损出发，利用添加强碳化物元素Nb和稀土元素Ce并调整C含量的合金化方法，通过固溶化处理和时效处理工使碳化物呈粒状沉淀析出，制备的Fe-14Mn-6Si-9Cr-5Ni-Nb合金因NbC弥散沉淀析出和超弹性而具有良好的耐磨性。

Fe-14Mn-6Si-9Cr-5Ni-Nb耐磨合金主要成分组成（质量百分数）如下：C 0.08～0.16；Mn 13～15；Si 5～6；Cr 8～10；Ni 4～6 ；Nb 0.7～1.1；Ce 0.03～0.06；S＜0.015，P＜0.015，余量为Fe。

Fe-14Mn-6Si-9Cr-5Ni-Nb耐磨合金的制备方法，其步骤为：

（1）合金熔炼：采用真空感应电炉，炉料主要为工业纯铁、锰铁和铬铁，并按成分设计要求分别添加铌铁和稀土，合金在熔炼后浇注毛坯，浇注温度为1570℃～1600℃；

（2）塑性加工：合金毛坯在1100℃～1200℃保温6～8小时进行均匀化处理，然后采用锻造或轧制等方法在900℃～1150℃温度范围内进行塑性成形加工；

（3）热处理：合金毛坯在塑性成形加工后加热到1050℃～1100℃保温4～6小时进行油冷固溶处理，然后在750℃～950℃保温3～6小时进行时效处理。

3．有益效果

本发明提供一种高耐磨性的合金及其制备方法，其工艺简单，制备得到的Fe-14Mn-6Si-9Cr-5Ni-Nb合金在油润滑条件下因碳化物沉淀析出、超弹性性质和诱发马氏体相变而具有很高的耐磨性，尤其在高载荷和高转速耐磨损性能更优，可广泛用于重载荷高速传动轴和齿轮等机械零件。

附图说明

图1为Fe-14Mn-6Si-9Cr-5Ni-Nb合金的金相组织图。

具体实施方式

以下通过实例进一步说明本发明。

实施例1

（1）采用ZG-0.050真空感应电炉熔炼Fe-14Mn-6Si-9Cr-5Ni-Nb合金，炉料主要为工业纯铁、锰铁和铬铁，并分别添加铌铁和稀土,使合金成分组成（质量百分数）如下：C 0.11；Mn 14.1；Si 5.7；Cr 8.9；Ni 5.0；Nb 0.83；Ce 0.045；S＜0.015，P＜0.015，余量为Fe，合金在熔炼后浇注毛坯，毛坯采用金属模浇注，浇注温度为1590℃。

（2）合金毛坯在1100℃保温8小时进行均匀化处理后，采用锻造成板材，锻造温度控制在900℃～1150℃范围内进行塑性成形加工。