[发明专利]一种高韧性高硬度合金及其制备方法

说明书

一种高韧性高硬度合金及其制备方法,元素质量百分含量为Cr：4.1～4.9，Ni：0.7～1.3，B：1.3～1.6，C：0.56～0.65，Mn：0.5～1.0，Si：≤1.0，P：≤0.1，S：≤0.06，其余为铁。首先将原料在1500～1650℃熔化，使得纯铁和铬铁、金属镍充分熔化；将熔体温度降至1300～1350℃后，用配料总量0.1～0.15％的纯铝脱氧；继续保温约5～10分钟，待熔体温度为1250～1320℃时，迅速浇铸合金。本发明铸锭整体硬度达到HRC56～62，冲击韧性达到6.0～9.0J/cm²，抗弯强度达到1320～1560MPa，优于高铬合金的冲击韧性和抗弯强度。

技术领域

本发明属于高硬度的耐磨铸铁领域，涉及一种由网状硼化物和马氏体基体相的耐磨铸铁及其制备方法，可广泛用于电力、冶金、机械、化工、矿山、交通等行业中机械耐磨件制造。

技术背景

高铬铸铁是高铬白口抗磨铸铁的简称，是一种性能优良而受到特别重视的抗磨材料；它以比合金钢高得多的耐磨性，比一般白口铸铁高得多的韧性、强度，同时它还兼有良好的抗高温和抗腐蚀性能，加之生产便捷、成本适中，而被誉为当代最优良的抗磨料磨损材料之一。高铬铸铁在球磨机、渣浆泵和水泥磨磨辊衬板等方面的应用情况如下：

球磨机是水泥、电力、矿山等行业研磨工序的主要设备，磨球是球磨机主要易损件之一。磨球既要有高的耐磨性，又要有高的韧性。中国铝业广西分公司检厂已研制成功并投入生产了一种磨球，它是用自行研制的特高铬耐磨合金铸铁制成，由于其具有良好的耐磨性及韧性，用它制作的磨球应用在该公司氧化铝厂原料车间球磨机上，获得了很大的成功。在使用高铬铸铁磨球时，必须考虑到实际工况条件。如何处理好磨球硬度与韧性、淬透性与合金元素含量这两对矛盾一直是实际生产中未解决的难题，通常是硬度高则韧性低，破碎率高；合金元素含量高使淬透性提高，但成本增加。

渣浆泵在矿山、冶金、火力发电、煤炭、化工和环保等工矿部门广泛应用于输送高浓度渣浆，其四大过流件如蜗壳、叶轮、前护板和后护板等在工作过程中不但承受物料的冲刷磨损，而且还承受浆料的腐蚀作用，运行工况极其恶劣，因此其过流部件成为冶金矿山行业常见的易损件。国内外渣浆泵过流部件所用材料主要有不锈钢、高铬铸铁和镍硬铸铁。高铬铸铁是渣浆泵过流件的理想候选材料，通过碳、铬含量水平的调整或选择，可以获得不同工矿条件下过流件的最佳使用效果。

高铬铸铁的水泥磨磨辊衬板，对于厚大件其淬透性、耐磨性都不理想，仅适用于有效截面在100mm-140mm的铸件上。厚大截面的磨辊衬板需要有一定抗冲击能力的高铬铸铁品种，用于大型水泥立磨。

高铬铸铁的良好的耐磨性主要取决于其基体组织和碳化物的类型及分布特点。高铬铸铁是以Fe，Cr，C为基本成分的多元合金。刚凝固下来的高铬铸铁中基体是奥氏体，这种奥氏体在加热至较高的温度下才是稳定的，而且被C、Cr等元素所饱和。当温度降低时，奥氏体将发生转变。通常条件下，高铬铸铁呈现以奥氏体为主的多相组织，这种组织的铸铁在高温下使用，更能发挥材质本身的潜能。

高铬铸铁是含铬量在12％-28％之间的铬系白口铸铁，由于铬的大量加入使得白口铁中的M₃C型碳化物变成M₇C₃型碳化物。这种合金碳化物很硬，赋予了高铬铸铁良好的耐磨性。另一方面，在凝固过程中M₇C₃型碳化物呈杆状孤立分布，使得高铬铸铁的韧性有了一定程度的改善。

我国抗磨白口铸铁国家标准(GB/T8263-87)规定了高铬白口铸铁的牌号、成分、硬度及热处理工艺和使用特性。其典型成分及性能如表1：

表1高铬抗磨铸铁的常用化学成分及热处理性能