[发明专利]耐磨铸件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料领域，具体而言，涉及一种耐磨铸件及其制造方法。

背景技术

随着现代工业的高速发展，破碎、研磨、挖掘、轧钢等机械设备大量消耗钢铁耐磨件，这些耐磨件不仅要有高的耐磨性还需要有足够的抗冲击性，而传统的单一材料已不能满足要求，因此，近年来复合材料越来越受大家的重视。

目前，市场上常见的耐磨复合材料多选择高锰钢或高铬铸铁为基体部分，选择陶瓷颗粒或硬质合金或合金棒作为强化部分。高锰钢或高铬铸铁只有在冲击大、应力高、磨料硬的情况下才耐磨，而且其屈服强度低，易于变形，而陶瓷颗粒虽然能在一定程度上增强复合材料的耐磨性，但是由于陶瓷颗粒的局限性，使得耐磨复合材料的耐磨性能提高的幅度有限，仍无法满足磨损强度较大的作业要求。

虽有报道采用硬质合金棒作为强化部分与基体部分结合来制备耐磨复合材料，但其制备方法采用的是焊接方法来固定硬质合金棒，或者在基体上制作钎镶孔，而后将硬质合金棒通过钎镶孔钎镶在基体中，这些制造方法不但繁琐费时，而且焊接不能保证硬质合金金属棒和基体部分实现良好的结合，材料的耐磨性能也大打折扣。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种耐磨铸件，针对现有耐磨复合材料多选择高锰钢或高铬铸铁作为基体而导致耐磨材料屈服强度低，易于变形的问题，本发明针对这一问题进行改进，创新采用奥贝球铁作为基体部分，并对奥贝球铁的成分含量进行限定，使得铸件不但硬度高，强度高，而且还具有良好的韧性，从而保证耐磨性能在各种工作环境下均有突出表现。

本发明的第二目的在于提供一种耐磨铸件的制造方法，该方法可将硬质合金棒与基体高度结合，提高材料的抗磨损能力。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

本发明提供的耐磨铸件，包含基体和镶铸在所述基体中的硬质合金棒；

所述基体为奥贝球铁，以质量百分数计，所述奥贝球铁包括 C3.6-4.5％、Si1.4-2.4％、Mn0.3-0.4％、Cu0.7-0.9％、Ni1.2-1.7％、 Mo0.3-0.4％、P 0.01-0.03％、S0.02-0.04％和余量Fe。

等温淬火球墨铸铁(Austempered Ductile Iron，简称ADI)，即奥贝球铁，是一定成分的球墨铸铁经等温淬火后得到的铸铁材料，是材料领域新科技的产物，具有优良的综合性能，用其生产的铸件有强度高，韧性好、弯曲疲劳和接触疲劳强度高，吸震性和降噪性能好，抗磨损、低温性能好以及生产成本低，经济效益好等许多独特的优点，是一种在球墨铸铁的运用基础上发展起来的值得大力推广的优良工程材料。

选择适当化学成分是保证奥贝球铁获得良好的组织状态和高性能的基本条件，化学成分的选择既要有利于石墨的球化和获得满意基体，以期获得所要求的性能，又要使奥贝球铁有较好的铸造性能。基于上述考虑，本发明中所用的奥贝球铁中的各个化学成分如下： C含量高易产生石墨漂浮现象，其结果是使铸件中的夹杂物数量增多，降低性能，C含量低时易产生缩松和裂纹等缺陷，控制在 3.6-4.5％较为合适。Si是强石墨化元素，阻止渗碳体的析出，但Si 含量高容易形成异形石墨及提高低温脆性，控制在1.4％～2.4％最为适宜。Mn有稳定和强化基体的作用，使C曲线右移，有利于提高淬透性、强度及耐磨性。但Mn含量过高会降低ADI的强度和塑性。因此Mn含量不宜过高，控制在0.3-0.4％最为适宜。P和S作为杂质，都是有害元素，尤其是P有严重的偏析倾向，易在晶界处形成磷共晶，提高低温脆性，严重降低低温韧性；S消耗球化剂，造成球化不稳定，为了保证球化成功，防止过多的夹杂物产生和球化衰退，S需要被严格限制，基于上述考虑，将奥贝球铁中P的含量控制在0.01-0.03％，S的含量控制在0.02-0.04％。Mo使C曲线右移，能使铸件有良好的淬透性且能缩短处理时间，但Mo含量较高将降低ADI的塑性和强度，因此，将Mo含量控制在0.3-0.4％。Ni和 Cu都使C曲线右移，提高淬透性，Cu还能细化石墨和提高石墨球的圆整度，并细化贝氏体针，提高组织的均匀性，能起到固溶强化的作用，从而提高铸件的韧性和耐磨性，其含量分别在1.2-1.7％和 0.7-0.9％。

综上所述，本发明通过将奥贝球铁的化学成分控制在特定范围内，将该奥贝球铁作为耐磨铸件的基体，不仅使耐磨铸件的硬度高，强度高，而且还具有良好的韧性，从而保证耐磨铸件能适应各种工作环境。

优选地，所述硬质合金棒的材料为YG8硬质合金，且直径为5-8mm，长度为10-15mm。