[发明专利]含硼铁基合金耐磨材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明为铁基合金耐磨材料及其制备方法，特别涉及一种含硼铁基合金耐磨材料及其制备方法，属于耐磨金属材料技术领域。

背景技术

高碳高锰钢和低合金铸钢是传统的耐磨材料，在冶金、矿山、建材和电力等领域已广泛应用。为了提高高锰钢的耐磨性，中国发明专利CN102230142A公开了一种超高强、高抗冲击、高耐磨高锰钢。由下述重量百分比的组分所组成：碳：0.9～1.2，硅：0.3～0.6，锰：16～22，铬：1.5～2.0，钼：0.5～0.8，镍：0.3～0.5，铜：0.2～0.4，硫：≤0.04，磷：≤0.03，复合稀土变质剂：0.1～0.3，或者由下述重量百分比的组分所组成：碳：0.9～1.2，硅：0.3～0.5，锰：17～20，铬：1.7～2.0，钼：0.5～0.8，铜：0.2～0.4，硫：≤0.035，磷：≤0.03，钒：0.2～0.4，钛：0.1～0.15，复合稀土变质剂：0.1～0.3。中国发明专利CN102230056A还公开了一种超高锰钢冶炼变质新工艺，包括用电弧炉冶炼超高锰钢：熔化入炉废钢、吹氧助熔、两次造渣、化验成分、加入Cr铁和Mn铁合金、全成分合格后出钢，将变质剂引入钢包内对钢水进行变质处理，再对完成变质处理后的钢水进行氩气净化处理，变质剂的配方的重量百分比为：稀土锶合金10～20％，钠基玻璃粉15～25％，钒铁10～20％，钛铁3～5％，硼铁0.3～0.7％，余量为石灰块，变质剂的加入量占钢水重量的3～4％。氩气净化时间为5～10分钟并达到浇注温度值即停止吹氩气。铸件质量得到明显改善。中国发明专利CN101705447A还公开了高锰钢基自生碳化钽复合材料制备工艺，该工艺主要包括以下步骤：用钽丝编织成一定规格的钽丝网，裁剪、多层卷制或叠加制成网状立体骨架结构；按照铸造工艺要求制作铸型，把钽丝立体网状骨架预置在铸型型腔中；冶炼高锰钢浇入铸型中，冷却清理后得到钽丝-高锰钢二元材料预制体；把钽丝-高锰钢二元材料预制体置入热处理炉，加温到碳化物形成温度进行保温，获得碳化钽颗粒增强高锰钢基复合材料。中国发明专利CN1785554还公开了一种提高高锰钢耐磨件寿命的工艺，将所需镶铸材料与支撑用金属钉或金属棒粘结/焊接一体，利用支撑用金属钉或金属棒将所需镶铸材料固定在铸型中所需部位，然后浇注高锰钢合金熔液，成型后将露在铸件外面的支撑用金属钉或金属棒切掉，对铸件进行热处理。该发明提出的提高高锰钢耐磨件寿命的工艺可将高速钢及硬质合金镶在高锰钢铸造件的工作面上，工艺比较简单，通过把高锰钢及硬质合金镶在高锰钢铸件的工作面上，利用高速钢及硬质合金的高硬度，有效解决了高锰钢初始磨损严重的问题，但该工艺存在操作复杂和产品废品率较高等不足。中国发明专利CN101837444A还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颗粒进行表面合金化处理；然后切割消失模模样，在模样待复合位置填充颗粒，按照常规消失模铸造工艺进行涂料涂覆和造型，浇铸时控制真空度、浇注温度和冷却时间，经脱型，清理获得烧结的高锰钢基SiC颗粒复合材料。中国发明专利CN100999778还公开了一种提高高锰钢初期耐磨性的表面时效处理方法，包括对普通高锰钢或合金化的高锰钢制件整体进行水韧处理和/或水韧处理后加低温时效处理的步骤，其特征在于还包括按照设计要求进行机械加工的步骤和将加工后的工件表面加热到350～920℃，并依加热方法及加热温度不同保温0.5秒～8小时，进行自然冷却和/或介质冷却的步骤，可提高高锰钢的初期耐磨性。但是，高锰钢时效过程中，易析出碳化物，降低其强度和韧性，且加工硬化性能下降，反而失去了高锰钢的优势。中国发明专利CN101250675还公开了一种含钨高锰钢，该高锰钢含有下列质量百分比的化学成分：C：1.05％～1.35％，Si：0.3％～0.9％，Mn：11％～19％，W：0.5％～1.5％，P≤0.070％，S≤0.045％，余量为Fe。此外该高锰钢还可以含有稀土元素RE，其含量为0.01％～0.3％。还可以含有Cr，其含量为1.2％～2.5％。本发明的含钨高锰钢，特别是当Mn的含量为16％～19％时，钨元素、稀土元素RE和铬元素的加入，使得整个高锰钢比起现有的钢种具有韧性好，屈服强度高，加工硬化程度高，耐磨性能更好等优势，从而扩大了高锰钢的应用范围。中国发明专利CN1676651还公开了一种用于耐磨铸件的含钨高锰钢，其特征在于该含钨高锰钢含有下列重量比的原料：C：0.95-1.35％，Mn：11.5-14％，Si：0.3-1.0％，Cr：0.2-1.0％，W：0.2-0.6％，Mo：0.2-0.4％，P：≤0.07％，余量为铁。或其中W的含量为3.5-4.2％或0.7-2.0％，且不含Mo。还可以在上述含钨合金钢加入稀土元素Re，其含量为0.02-0.15％。钨和其它合金元素配合有良好的综合作用。含钨的高锰钢和普通高锰钢相比，性能要高出许多。但该高锰钢中含有较多昂贵的钨元素，导致生产成本增加。中国发明专利CN1616706还公开了一种表层或局部梯度强化的耐磨锰钢复合材料及制备工艺，该材料是基体为韧性较高的奥氏体、强化层为硬度较高的碳化钛+马氏体+介稳定奥氏体、中间过渡层为梯度渐变的碳化钛+马氏体+奥氏体的复合组织结构；其制备工艺包括以下步骤：介稳定奥氏体锰钢基体成分设计，C、Mn重量百分比含量为C：0.8～1.3％、Mn：6～13％；用Ti-Fe合金粉末作合成介质放置在铸型的特定部位，将锰钢高温熔体浇入铸型，得到表层或局部TiC增强体+介稳定奥氏体铸态组织；对该表层或局部进行液氮深冷处理获得马氏体相变梯度强化层，大幅度提高了高锰钢的综合机械性能，该方法存在工艺复杂和稳定性差等不足，在实际生产中难以推广。中国发明专利CN101545035还公开了一种高锰钢板锤和辊套的爆炸硬化处理方法，该方法所述的塑性板状炸药的特征是：主炸药为黑索金，含量为80％；粘结剂为环氧树脂，含量为18.2％；固化剂为乙二胺，含量为0.3％，增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯，含量为1.5％。混合炸药配方顺序为：环氧树脂→乙二胺→邻苯二甲酸二丁酯→黑索金。