[发明专利]一种变质高硼铁基耐磨合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种变质高硼铁基耐磨合金及其制备方法，采用技术方案是：先将工业纯铁、生铁、硼铁、硅铁、锰铁、低碳铬铁、镍片、钙铝粉末和K₂SO₄粉末按所述变质高硼铁基耐磨合金的化学成分进行配料；再将硼铁进行干燥处理，在200～400℃烘干4h，然后将除K₂SO₄粉末、钙铝粉末的其他配料进行冶炼，在熔炼后期加入K₂SO₄粉末进行变质，同时加入钙铝粉末，再加入铝丝进行脱氧，并扒渣；将冶炼的铁水浇入浇包，采用砂模浇铸成形，浇铸完成后进行冷却、清理、打磨处理，并进行高温热处理，制得变质高硼铁基耐磨合金。本发明制备的变质高硼铁基耐磨合金微观组织中，硼化物断网并呈孤立岛状均匀分布，具有低成本、硬度高、韧性好、抗压强度与屈服强度高的特点。

技术领域

本发明属于高硼铁基耐磨合金技术领域，涉及一种变质高硼铁基耐磨合金及其制备与热处理方法。

背景技术

材料破坏有三种主要形式：即断裂、腐蚀和磨损。材料磨损尽管不像另外两种形式，很少引起金属工件灾难性的危害，但其造成的经济损失却是相当惊人的，会造成资源和能源的巨大浪费。而目前在工程上广泛应用的高锰钢、镍系、铬系耐磨铸铁和耐磨钢等传统铁基耐磨材料，一方面由于合金元素含量高，价格昂贵，导致这些耐磨材料生产成本较高，不能完全满足工程需要。硼是我国富产元素，总贮量占世界第五位，价格低廉而稳定，以硼为主要合金元素的铁基耐磨合金由于其优异的强硬性、淬透性、耐磨性和低的生产成本逐渐引起重视。高硼铁基合金是以FeB、Fe₂B等硼化物为耐磨相的新型耐磨材料，可应用于轧辊、泥浆泵叶轮、球磨机衬板、破碎机齿板和锤头上。

高硼铁基耐磨合金相比于普通耐磨铸铁、耐磨钢具有明显的优点。硼在α-Fe中的溶解度小于0.0004％，在γ-Fe中的溶解度也只有0.02％，因此加入的硼元素大部分以硼化物的形式存在，而碳在铁中的固溶度比硼高得多，可以通过分别调控硼和碳的含量，来分别调控硼化物的体积分数和基体性能，来实现控制材料的耐磨性和韧性。另外由于硼化物显微硬度为1430～1480HV，优于Fe₃C(900HV)和Cr₇C₃(1300HV)，具有高硬度和良好的热稳定性。因此，开发高硼耐磨合金材料并应用于工程实践具有重要意义。但是，由于铁硼合金中Fe₂B型硼化物呈三维网状分布，破坏了基体的连续性，导致合金韧性不足，脆性较高，经常在硬质相内部及硬质相与基体的界面处产生裂纹，导致失效，限制了高硼铁基耐磨合金的实际应用。因此，改善铁硼合金的韧性成为合金应用的关键。

为了改善硼化物的网状分布特征，许多学者分别采用变质处理、热处理、高温形变、半固态铸造、悬浮铸造、外场处理等常用处理方法以及微区成分扰动生核处理等一些新型处理方法试图改善硼化物的分布，虽然在一定程度上改善了硼化物的网状形态，使硼化物出现部分断网，但并没有从根本上使硼化物完全断网并呈孤立岛状，而且热处理工艺容易使基体组织粗化影响耐磨性能，高温变形会破坏工件的形状，半固态铸造、悬浮铸造等工艺复杂、成本较高，但是变质处理生产工艺简单，又不受工件形状的限制。因此制备高硼铁基耐磨合金的关键技术之一是对合金进行变质处理，获得硼化物呈断网状、块状和小颗粒状均匀分布的细小组织。据文献报道，目前高硼铁基耐磨合金变质处理使用的变质剂有稀土、K/Na、钛、铈、稀土铝、稀土钛、稀土硅铁、稀土镁等，这些变质剂对硼化物的形态及分布有一定效果，但效果并不显著，硼化物没有完全断网并呈孤立岛状，此硼化物与基体结构之间难以相互协调变形，高硼铁基合金韧性较低，在磨损工况下硼化物出现大量脱落，磨损性能仍然较差。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种变质高硼铁基耐磨合金及其制备方法，能够解决硼化物网状形态的问题，具有高硬度、优异的压缩性能和良好的冲击韧性，从而有效提升耐磨合金的磨损性能。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：