專利名稱：一種耐磨、耐高溫、耐腐蝕、高硬度合金材料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及ー種合金材料，具體為ー種耐磨、耐高溫、耐腐蝕、高硬度合金材料。該高硬度合金材料在1000°c的高使用溫度下仍具有優(yōu)良的機械性質和耐腐蝕性。
背景技術：
鉆基或者鎮(zhèn)基聞溫合金是已知的現(xiàn)有技術，它們在聞溫條件下有良好的材料強度。與鎳基高溫合金相比較，鈷基合金常常具有改進的 耐熱腐蝕性，以及更高的耐磨損性和抗氧化性。目前生產的鈷基合金，主要成分均為鈷-鉻-鎢-碳型四元合金，盡管具有耐磨、耐腐蝕的較好性能，但在各種酸性、氧化性、電化腐蝕介質中使用性能較差。而且，這些鈷基高溫合金的機械性質還有待改進。在冶金エ業(yè)、礦山機械、國防軍事等領域中，需要有高耐磨性能，耐高溫，且高抗腐蝕能力的高硬度合金。因此,急需ー種新材料來滿足上述需求。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供ー種新型耐磨、耐高溫、耐腐蝕、高硬度的合金材料，獲得比現(xiàn)有技術的鈷基高溫合金更好的機械強度和使用性能。該合金材料在高達1300°C的高使用溫度下，具有良好的機械強度、耐磨性、抗氧化性和耐腐蝕性。本發(fā)明的技術解決方案為，一種鈷合金，其合金成分的重量百分數(shù)為I. 3 ^ C ^ I. 8 ；19 ^ Cr ^ 23 ；13 ^ W ^ 17 ；2. 5 ^ B ^ 3. 5 ；I 彡 Si 彡 3 ;Fe 彡 5. O;Ni = 5. O ；其余為鈷和由熔煉エ藝造成的不可避免的雜質。優(yōu)選的技術解決方案為，一種鈷合金，其合金成分的重量百分數(shù)為I. 4 ^ C ^ I. 6 ；20 ^ Cr ^ 22 ；14 ^ W ^ 15 ；2.5 彡 B彡 3.0;I 彡 Si 彡 2 ;Fe ^ 2 ；Ni = 5. O ；其余為鈷和由熔煉エ藝造成的不可避免的雜質。本發(fā)明的合金材料中，鈷為基礎合金元素，其自身熔化點為1495°C，其難熔性能有助于合金基質的內在機械強度和耐高溫性能。成分設計中，對合金材料中各元素的作用及其含量范圍的考慮如下合金元素鎳可以部分取代鈷，其自身熔化點為1455°C，且力學性能和冷、熱壓カ加エ性能好，耐腐蝕性優(yōu)良。因此替代后不影響內在機械強度和耐高溫性能，井能改善合金的加工性能和耐腐蝕性，同時降低了合金的材料成本。在本發(fā)明中，鎳的質量百分數(shù)為5. O。合金元素鉻在本發(fā)明的合金材料中具有雙重功能，一方面固溶在鈷基質中的鉻能保證合金在高溫環(huán)境下具備良好的抗氧化性能以及耐腐蝕性能；同吋，煉制過程中鉻和合金中的碳形成碳化物，有助于改善合金的耐磨性。其質量百分數(shù)一般在19以上，但當所述合金材料中鉻的質量百分數(shù)超過23時，合金的熱加工性能惡化，其組織穩(wěn)定性變弱，因此鉻的質量百分數(shù)應當控制在19-23，優(yōu)選的，其質量百分數(shù)應當在20-22之間。合金元素鎢是大直徑原子的元素，它和鉻一祥，有助于強化基質，并通過與碳形成鎢的碳化物，顯著提高合金材料在高溫環(huán)境下的瞬時力學性能以及持久強度。但如果鎢的加入量過大,則對于合金材料的熱加工性能有負面影響，同時還提高了材料的成本。本發(fā)明中鎢的質量百分數(shù)控制在13-17之間，優(yōu)選在14-15之間。碳是合金中的重要元素，合金硬度大體上隨碳含量的增加而提高，碳的加入能夠起到強化基體并穩(wěn)定組織的作用，碳與鉻、鎢等元素形成碳化物，改善了合金材料的熱強性。碳還起著晶界增強劑的作用。但碳含量偏高時，會導致合金發(fā)生脆化，塑性下降，耐磨性降低，并且容易引起粗大碳化物，不利于合金材料的熱加工性能。因此，本發(fā)明的合金材料中，加入了質量百分數(shù)為I. 3-1. 8，優(yōu)選質量百分數(shù)為I. 4-1. 6的碳，在確保耐磨性的前提下，提供了足夠的碳來形成鉻或鎢的碳化物，從而發(fā)揮強化作用。在合金的煉制過程中，加入適量的硼能夠強化晶界，提高合金的高溫強度。但如果硼的添加量過高，將降低鈷基合金的熔點，并會導致硼的析出。硼的析出具有脆化效應，會使合金材料的塑性下降，其熱加工性能惡化，不利于材料使用中的加工、處理，例如在焊接中容易引起裂紋等。在本發(fā)明的合金材料中，硼的添加量限制在質量百分數(shù)為2. 5至3. 5之間，優(yōu)選為2. 5-3. O之間。硅的添加有利于提高合金的抗高溫氧化性能，對冶煉過程中的脫氧起到了正面作用，同時合金中的硅還能夠改善液態(tài)金屬的流動性，因此在合金中加入少量的硅，能夠有助于提高使用該合金材料進行鑄造時得到的鑄件質量。但硅的添加量過高時，夾雜物的增多對于合金材料的熱加工性能不利，對其焊接性能有負面影響。因此，本發(fā)明中，硅的質量百分數(shù)控制在I至3之間，優(yōu)選為I至2之間。多數(shù)礦產品原料都含有鐵，因此從成本考慮，本發(fā)明所提出的合金材料中可以有一定含量的鉄。材料中含有的鐵雖然對合金的硬度和強度影響不大，但會引起塑性下降，降低合金材料的高溫強度，還有損于合金的抗氧化性能以及耐高溫耐腐蝕性。為了確保材料的穩(wěn)定性、強度、耐蝕性等各項性能，應當確保在最后得到的材料中，鐵的質量百分數(shù)不超過5，優(yōu)選不超過2，否則其使用性能會顯著降低?？傮w來看，當給定合金元素的質量百分數(shù)在給定范圍時，根據(jù)本發(fā)明的高硬度鈷基合金材料具有良好的機械強度，特別是在高達1300°C的高使用溫度下，仍能顯示出高硬度以及良好的機械強度和耐磨、耐腐蝕性。 本發(fā)明提出的合金材料可以采用真空感應爐冶煉，也可以采用其它常用方法進行冶煉。熱加工具有較好的耐腐蝕耐磨性能，使用壽命長。同時，合金元素的使用控制了鈷的用量，材料的成本得到降低。
具體實施例方式下面通過實施例對本發(fā)明作進ー步詳述。在真空感應爐中進行合金的熔煉，所用的各實施例以及對比例的成分以及相關具體性能測試結果如下。其中，對比例I和2是已知的比較合金。I.合金的化學成分如表I所示表I :合金的化學成分(重量百分數(shù))
權利要求
1 ー種鈷合金，其特征在于，其合金成分的重量百分數(shù)為 1.3 ^ C ^ I. 8 ；19 ^ Cr ^ 23 ；13 ^ W ^ 17 ； 2.5 ^ B ^ 3. 5 ；I ^ Si ^ 3 ； Fe ^ 5. O ； Ni = 5. O ； 其余為鈷和由熔煉エ藝造成的不可避免的雜質。
2.如權利要求I所述的鈷合金，其特征在于，其中鐵的重量百分數(shù)<2。
3.如權利要求I或2所述的鈷合金，其特征在于，其中碳的重量百分數(shù)為1.4 彡 C 彡 I. 6。
4.如權利要求I或2所述的鈷合金，其特征在于，其中鉻的重量百分數(shù)為20 ^ Cr ^ 22。
5.如權利要求I或2所述的鈷合金，其特征在于，其中鎢的重量百分數(shù)為14<W<15。
6.如權利要求I或2所述的鈷合金，其特征在于，其中硼的重量百分數(shù)為2.5 彡 B 彡 3. O。
7.如權利要求I或2所述的鈷合金，其特征在于，其中硅的重量百分數(shù)為I< Si < 2。
8.如權利要求I或2所述的鈷合金，其特征在于，所述合金使用真空感應爐熔煉得到。
9.如權利要求I至8中任ー項所述的鈷合金在礦山、冶金エ業(yè)和國防軍事領域的機械組件中的用途。
全文摘要
一種耐磨、耐高溫、耐腐蝕、高硬度合金，其合金成分的重量百分數(shù)為C 1.3～1.8；Cr 19～23；W 13～17；B 2.5～3.5；Si 1～3；Fe≤5.0；Ni 5.0；其余為鈷和由熔煉工藝造成的雜質。本發(fā)明涉及的鈷基合金，可以確保有優(yōu)良的耐磨耐蝕性能，并具有較低的成本。適用于礦山機械、冶金工業(yè)和國防軍事等領域。
文檔編號C22C19/07GK102676882SQ201110052598
公開日2012年9月19日 申請日期2011年3月4日 優(yōu)先權日2011年3月4日
發(fā)明者唐瑞剛 申請人:江陰大地裝備股份有限公司