專利名稱：一種含硼高鉻耐磨合金及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及高鉻耐磨合金及其制備方法，特別涉及一種含硼高鉻耐磨合金及其制備方法，屬于耐磨材料技術領域。
背景技術：
耐磨材料是新材料領域的核心，對高新技術的發(fā)展起著重要的推動和支撐作用， 在全球新材料研究領域中，耐磨材料約占85 %。隨著信息社會的到來，特種耐磨材料對高新技術的發(fā)展起著重要的推動和支撐作用，是二十一世紀信息、生物、能源、環(huán)保、空間等高技術領域的關鍵材料，成為世界各國新材料領域研究發(fā)展的重點，也是世界各國高技術發(fā)展中戰(zhàn)略競爭的熱點。鑒于耐磨材料的重要地位，世界各國均十分重視耐磨材料技術的研究。 1989年美國200多位科學家撰寫了《90年代的材料科學與材料工程》報告，建議政府支持的 6類材料中有5類屬于耐磨材料。從1995年至2001年每兩年更新一次的《美國國家關鍵技術》報告中，特種耐磨材料和制品技術占了很大的比例。2001年日本文部省科學技術政策研究所發(fā)布的第七次技術預測研究報告中列出了影響未來的100項重要課題，一半以上的課題為新材料或依賴于新材料發(fā)展的課題，而其中絕大部分均為耐磨材料。歐盟的第六框架計劃和韓國的國家計劃等在他們的最新科技發(fā)展計劃中，都把耐磨材料技術列為關鍵技術之一加以重點支持。各國都非常強調耐磨材料對發(fā)展本國國民經(jīng)濟、保衛(wèi)國家安全、增進人民健康和提高人民生活質量等方面的突出作用。其中高鉻合金是一種常用且重要的耐磨材料，為了改善高鉻合金的性能，中國發(fā)明專利CN1150979公開了一種高鉻抗磨鑄鋼，其化學成分及含量如下1. 2 2. 5% C，Si、Mn 彡 0. 6%，11. 5 13. 5% Cr，0. 7 1. 2%Mo，0. 5
1.0% Cu, 3. 5 4. 5% V,0. 03 0. 05% Re, S,P ( 0. 06%，其余為 Fe。它具有高硬度，比傳統(tǒng)耐磨材料其使用壽命有較大幅度提高，應用于特硬礦石的粉碎效果更加明顯。中國發(fā)明專利CN101886204A還公開了一種制備多元合金化耐熱耐磨高鉻鑄鋼件的方法，其特征在于，該合金耐磨鑄鋼件含有下列化學成份1. 8 2. 5% C，0. 3 0. 6% Si，2. 5 3. 5% Mn，
2.5 3. 0% Mo, 2. 2 3. 0% Ni,0. 1 0. 3% Cu，0. 2 0. 3% Ti,P ^ 0. 2%, S ^ 0. 1%, 稀土 RE等微量合金元素為0. 5%左右，余為鐵。中國發(fā)明專利CNlO 1634000還公開了一種含鎳高鉻鑄鋼及其應用，其組成為鉻1. 3-31. 1 %，鉬0. 16-12. 25%, If 0. 001-8%，稀土硅 0. 27-4. 37%，碳0. 17-3. 5%，錳0. 4-0. 7%，余量為鐵及冶煉引起的雜質。該含鎳高鉻鑄鋼具有良好的耐磨性能，能滿足拋噴丸設備中對耐磨易損件中的耐磨要求，提高設備的使用壽命。但是上述高鉻合金中含有價格昂貴的釩、鉬、鎳等合金元素，導致高鉻合金生產(chǎn)成本增加，且高鉻合金中碳含量較高，鑄造和熱處理過程中易開裂。大量研究發(fā)現(xiàn)，硼是縮小Y相區(qū)元素，加入鋼中易形成 ^2Β。硼在α鐵及Y鐵中的最大溶解度分別為0. 008%及0. 02%，微量硼在晶界上阻抑鐵素體晶核的形成，從而延長奧氏體的孕育期，提高鋼的淬透性。但隨鋼中碳含量的增加，此種作用逐漸減弱以至完全消失。為了改善高鉻合金的性能，科技工作者開展了硼替代高鉻合金中合金元素的研究。中國發(fā)明專利CN101660097公開了一種高硼高鉻低碳耐磨合金鋼及其制備方法，其化學成分按重量百分比為0. 10 0. 5% C，3 Cr，0. 5 1. 2% Si，0. 5 1. 5% Mn, 0. 3 2. 8% Β，0· 3-2. 6% Cu，0. 2-0. 6% Ti，0· 02-0. 15% Ca，0· 03-0. 25% Ce，0· 02-0. 18% N，0. 05 0. 3% Nb，0. 04 0. 09% A1，0. 02 0. 15% Mg，0. 04-0. 13% K, S < 0. 03%, P <0. 04%，余量為狗和不可避免的雜質元素。采用廢鋼、鉻鐵在電爐中熔化后加入銅板、硅鐵、錳鐵，爐前調整成分合格后，將熔體溫度升高至1560-162(TC，加入硅鈣合金和鋁脫氧， 然后依序加入鈦鐵和硼鐵熔化出爐；將小于12mm的顆粒狀稀土鎂合金和金屬鈰、Si3N4、 VN、Nb和K所組成的復合變質孕育劑經(jīng)烘烤后放在鋼水包底部，用包內沖入法對冶煉好的鋼水進行變質孕育處理，鋼水澆注溫度為1400 1450°C ；鑄件經(jīng)920 1150°C保溫2_4 小時，然后空冷到室溫，即可得到本發(fā)明合金鋼。中國發(fā)明專利CN101805869A還公開了一種含硼高鉻高速鋼軋輥材料及其熱處理方法，其化學成分(質量分數(shù)，％ )是2. 6-3. 0C, 2. 0-2. 8Mo, 1. 0-1. 5ff,0. 6-1. ONb, 1. 0-1. 5V, 24-28Cr, 0. 5-0. 8Β，0· 7-1. 2Ni，0. 5-1. OSi, 0. 5-1. 2Mn，0. 008-0. 015Ca，0. 06-0. 08Zn，0. 02-0. 05Ta，0. 03-0. 06RE，0. 04-0. 10K,其余為 Fe和不可避免的微量雜質，該軋輥材料經(jīng)熔煉、爐外變質、澆注和熱處理后，精加工成軋輥。 該發(fā)明軋輥材料硬度高、耐磨性好，且不需要高溫熱處理，具有工藝簡便、能耗低和使用壽命長等特點，推廣應用具有較好的經(jīng)濟效益。中國發(fā)明專利CN101260497還公開了含硼高鉻耐磨鑄鐵及其制備方法，該發(fā)明鑄鐵成分及含量wt %為碳2. 5 3. 5，鉻15 觀，硅 0. 5 1. 2，猛 0. 5 1. 2，硼 0. 15 0. 3，鈣 0. 008 0. 03，鋇 0. 03 0. 08%，鍶 0. 02 0. 05 %，鋁 0. 03 0. 08，鈦 0. 20 0. 5，鑭 0. 02 0. 06，鋪 0. 02 0. 06，硫 < 0. 04，磷 <0. 05，余量為鐵，且0. 鑭+鈰<0. 1，6<鉻/碳<8。該發(fā)明將鑄件于980 1050°C保溫4 6h，再于250 500°C保溫8 10h，得到該發(fā)明鑄鐵。中國發(fā)明專利CN101775558A還公開了一種鐵鉻硼鑄造耐磨合金及其制造方法。合金的化學成分及其質量百分數(shù)(％ )是 0. 22-0. 45C, 12. 0-18. OCr, 0. 8-1. 5Si，0. 6-1. 5Μη，0· 9-1. 2Β，0· 30-0. 45Ni，0. 02-0. 04Mg, 0. 03-0. 05Ce，0. 04-0. 08Ti，0. 008-0. 015N，0. 06-0. 09Zn，S < 0. 04,P < 0. 04，余量 Fe。經(jīng)熔煉、鑄造和熱處理后，鐵鉻硼鑄造耐磨合金的硬度和韌性可以寬幅調整，以滿足不同的磨損工況要求。中國發(fā)明專利CN101398122還公開了一種鐵鉻硼硅/FeS復合固體潤滑薄膜及其制備方法，其是在基體上先用超音速等離子噴涂鐵鉻硼硅涂層，然后將該鐵鉻硼硅涂層進行低溫離子滲硫處理制成的。本發(fā)明所述鐵鉻硼硅/FeS復合固體潤滑薄膜是先噴鐵鉻硼硅涂層，然后對該涂層進行滲硫處理使其表層與硫蒸氣反應形成FeS層，最終得到鐵鉻硼硅涂層的上部分為FeS固體潤滑層。較之現(xiàn)有技術具有優(yōu)良的納米力學性能，抗摩減摩能力可以達到其20倍以上；該發(fā)明由于是鐵鉻硼硅涂層表面滲硫而得到的FeS層，因此其結構緊密，而且無論在干摩擦還是油潤滑條件下其摩擦性能穩(wěn)定，抗摩擦性能都更加優(yōu)異。中國發(fā)明專利CN102069317A還公開了一種用于高鉻鑄鐵大型耐磨件修復與再制造堆焊用藥芯焊絲，其化學成分為(wt%)高碳鉻鐵70-75，高碳錳鐵2-4，硅鐵1-2，釩鐵1-3， 鉬鐵1-3，稀土氧化物6-9，石墨10-15，硼鐵1-2，鋁/鎂粉1_2，外皮采用低碳鋼帶，采用自制的藥芯焊絲生產(chǎn)設備，藥粉填充率為45%，經(jīng)拉絲機兩次拉拔成外徑為Φ4的藥芯焊絲。 采用明弧焊方法，在高鉻鑄鐵基體上堆焊上述藥芯焊絲制造成特種耐磨件；或對報廢的耐磨件進行堆焊修復，恢復其形狀、尺寸，并獲得更高的使用壽命。堆焊金屬具有較高的硬度 (HRC62-66)，在高應力磨料磨損和低沖擊載荷作用下的碰撞磨損工況條件下，堆焊金屬具有較高的耐磨性和抗剝落性能。中國發(fā)明專利CN101619410還公開了工程機械用納米晶高
4鉻鑄鐵復合孕育劑及其制備和應用方法，涉及含鉻的鑄鐵合金，它是一種薄片狀的納米晶稀土硅鐵+鐵鈦硼的工程機械用高鉻鑄鐵復合孕育劑，由質量百分比為100 6. 67 10.0 的Fe-Ce-Si-Ca中間合金和i^e-Ti-B中間合金組成，其納米晶晶粒小于lOOnm，采用離心快淬甩帶法制備，用它對工程機械用高鉻鑄鐵合金組織進行晶粒和組織孕育細化處理，處理方法是金屬熔融鑄造法，結果顯著細化了高鉻鑄鐵合金基體晶粒和滲碳體相，并使?jié)B碳體層片和顆粒更加細小，分布更加均勻，高鉻鑄鐵液體中原位生成的TiB2顆粒也起到增強基體的作用，從而明顯地提高了工程機械用高鉻鑄鐵合金的綜合力學性能。中國發(fā)明專利 CN1714987還公開了一種高鉻不銹耐磨藥芯焊絲，以低碳鋼帶為外層包皮，其內的粉芯組成重量比為高碳鉻鐵36 42，微碳鉻鐵沈 32，金屬鉻粉15 17，鉬鐵2 4，釩鐵3 5，碳化鎢4 6，硼鐵5 8，鎳粉2 4，鈮粉2 5，稀土硅2 3，填充量0. 49 0. 52， 采用于焊絲粉芯的組成中增加鉻含量和添加多元金屬的技術方案，解決了長期困擾并影響設備堆焊質量和使用壽命的綜合性問題，使之達到既具有高鉻鑄鐵藥芯焊絲的耐磨性，又保留了高鉻鐵素體不銹鋼材料的耐腐蝕性能和比高鉻鑄鐵好得多的抗裂性，熔敷金屬硬度平均值HRC54。適用于耐磨、耐腐蝕、抗裂性要求高的零部件和設備的堆焊制造與修復，特別適用于如橡膠機械中的密煉機轉子的堆焊制造。中國發(fā)明專利CN1636075還公開了抗腐蝕且抗沖蝕的高鉻氮軸承合金，其包含下列組成(重量％) 至48的鉻，0. 01至0. 7的氮， 0. 5至30的錳，0. 01至5的硼，0. 3至2. 5的碳，至多0. 01至25的鎳加鈷，至多0. 01至5 的硅，至多0.01至8的銅，至多0.01至6的鉬，至多各為2%的選自鋯、釩、鈰、鈦、鎢、鈮、 鋁、鈣及稀土元素中的元素，其余基本上為鐵與其他微量元素或不可避免的雜質。該合金具有在奧氏體基體中包含亞共晶、共晶、鉻的碳化物、硼化物與氮化物的顯微結構，其中該基材具有飽和氮且無二次碳化物與氮化物。但是上述含硼高鉻合金仍存在熱處理工藝復雜、 硬度較低和耐磨性較差等不足。此外，上述含硼高鉻鑄造耐磨合金都要進行高溫淬火處理，存在能耗高、生產(chǎn)周期長以及高溫加熱過程中氧化、脫碳、變形嚴重等許多問題，而采用堆焊工藝獲得的含硼化物耐磨層與基體材料結合強度較低，在沖擊磨損工況下易碎裂甚至剝落，難以抵抗重載高應力磨料磨損。因此，采用鑄造成形方法，開發(fā)一種以強度高、韌性好的板條馬氏體為基體，在基體上鑲嵌一定數(shù)量的高硬度鐵鉻硼化物，在鑄態(tài)下具有高硬度和優(yōu)異耐磨性的含硼高鉻耐磨合金，以滿足高應力的磨料磨損工況，將具有極其重要的意義。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的通過在普通中碳高鉻鋼中加入較多的硼元素，使其形成較多高硬度的鐵鉻硼化物，改善中碳高鉻鋼的耐磨性。由于硼在α-i^e和Y中的固溶度極低，為了改善鋼的淬透性，還加入了適量的氮和錳。此外，為了改善鐵鉻硼化物的形態(tài)和分布，提高含硼高鉻耐磨合金的強度和韌性，還加入少量的稀土、鈦、鋅、鎂、鉀等元素。本發(fā)明含硼高鉻耐磨合金可以用普通熔煉設備熔煉鋼水，鋼水流動性好，結晶溫度低，采用普通鑄造方法易成形。結合采用低溫回火處理工藝消除應力和穩(wěn)定組織，可以獲得硬度高和耐磨性好的含硼高鉻耐磨合金。本發(fā)明的目的可以通過以下措施來實現(xiàn)本發(fā)明含硼高鉻耐磨合金的化學組成成分是(質量分數(shù)，％ ) 0. 30 0. 42C，10. 0 11. 5Cr,3. 0 3. 6B, 1. 6 2. OMn, 0. 20 0. 25N，0. 08 0. 15La，0. 08 0. 15Ce, 0. 18 彡 La+Ce 彡 0. 26，0. 10 0. 15Ti，0. 15 0. 20K，0. 12 0. 20Ζη，0. 16 0. 20Mg, Si < 0. 45，S < 0. 035，P < 0. 035，余量為 Fe。本發(fā)明含硼高鉻耐磨合金用電爐熔煉，其制造工藝步驟是①將廢鋼、鉻鐵、含氮鉻鐵混合加熱熔化，鋼水熔清后加入錳鐵和硼鐵；②爐前調整成分合格后將溫度升至1530 1570°C，加鋁脫氧，而后出爐；③將鈦鐵、金屬鋅、稀土鎂合金和含鉀物質破碎至粒度為6 IOmm的小塊，經(jīng) 150 180°C烘干2 池后，置于澆包底部，用包內沖入法對鋼水進行復合變質處理；④用普通鑄造方法成形，鋼水澆注溫度1440 1460°C ；⑤鑄件經(jīng)打磨清理后，隨爐加熱至200 M0°C，保溫8 IOh后，爐冷至溫度低于 120°C后出爐空冷至室溫。合金材質的性能是由金相組織決定的，而一定的組織取決于化學成分及熱處理工藝，本發(fā)明化學成分是這樣確定的碳碳是含硼高鉻耐磨合金中的主要元素，其主要作用是提高基體硬度，改善合金耐磨性。含碳量過低，基體硬度低，耐磨性差，含碳量過高，基體脆性大，綜合考慮，將碳含量控制在0. 30 0. 42%。鉻鉻是含硼高鉻耐磨合金中的主要合金元素，部分鉻進入硼化物，形成鐵鉻硼化物，鐵鉻硼化物的脆性明顯小于鐵硼化合物，可以確保鐵鉻硼化物具有良好的抵抗磨損的能力，且使用中鐵鉻硼化物不會開裂和剝落。部分鉻進入基體，有利于改善基體淬透性。但是，鉻是縮小Y相區(qū)的元素，加入量過多，易出現(xiàn)低硬度的鐵素體基體，不利于改善含硼高鉻耐磨合金的耐磨性，綜合考慮，將鉻含量控制在10. 0 11. 5%。硼硼也是含硼高鉻耐磨合金中的主要合金元素，主要是為了獲得高硬度的鐵鉻硼化物，部分硼溶入基體，有利于改善含硼高鉻耐磨合金的淬透性和淬硬性。硼加入量過少，鐵鉻硼化物數(shù)量少，合金耐磨性低，硼加入量過多，鐵鉻硼化物數(shù)量太多，使含硼高鉻耐磨合金的強度和韌性大幅度降低，綜合考慮，將硼含量控制在3. 0 3. 6%。氮氮擴大奧氏體區(qū)，能明顯提高合金的淬透性。加入量過多，易出現(xiàn)氣孔，降低合金的致密性，因此控制在0. 20 0. 25%。錳錳是擴大Y相區(qū)的元素，錳在含硼高鉻耐磨合金中除了部分進入鐵鉻硼化物外，主要溶于基體，明顯改善含硼高鉻耐磨合金淬透性，此外錳還有較好的脫氧作用。加入量過多時，鑄態(tài)組織中殘留奧氏體明顯增加，反而降低含硼高鉻耐磨合金的硬度和耐磨性， 綜合考慮，將錳含量控制在1.6 2.0%。鑭和鈰鋼鐵材料中加入微量稀土元素，有利于改善鑄態(tài)結晶組織，細化晶粒、凈化晶界、去除有害夾雜、提高鑄造合金的韌性。鑭和鈰是輕稀土元素，也是表面活性元素，可以在共晶鐵鉻硼化物上選擇吸附，共晶凝固時，它主要聚集于共晶鐵鉻硼化物擇優(yōu)生長的方向上，阻止鋼液中Fe、Cr、B等原子正常長入共晶鐵鉻硼化物的晶體中，從而降低了共晶鐵鉻硼化物領先相在這個方向的生長速度，迫使共晶鐵鉻硼化物變小、變鈍。此外，共晶奧氏體將伸入過冷相區(qū)中生長，對該生長方向上的鐵鉻硼化物形成包圍外殼，也限制并降低了該方向上共晶鐵鉻硼化物的生長速度，這就進一步促使共晶鐵鉻硼化物變小、變鈍。鑭和鈰也有增加奧氏體的形核作用，促使奧氏體組織更加緊密、細小和均勻，由于共晶鐵鉻硼化物和奧氏體的細化，導致含硼高鉻耐磨合金的強度和韌性顯著提高。但過量的鑭和鈰會促使含硼高鉻耐磨合金中夾雜物增多，反而降低含硼高鉻耐磨合金的強度和韌性，因此將鑭含量控制在0. 08 0. 15 %，鈰含量控制在0. 08 0. 15 %，且0. 18 % < La+Ce < 0.洸％。鈦含硼高鉻耐磨合金中加入鈦后，可以與鋼液中的碳和氮化合，生成細小的Ti (C，N)顆粒，Ti (C，N)顆粒熔點高，且與Y相的錯配度為3.9%。根據(jù)Turnbull 禾口 Vonnegut(Turnbull Dand Vonnegut B. Nucleation Catalysis. Industrial and Engineering Chemistry. 1952,44(6) :1292 1298)提出的錯配度理論，在合金凝固過程中，當兩相錯配度小于12%，高熔點的化合物相能作為非自發(fā)核心，促進形核，使鑄態(tài)組織細化，而且，錯配度越小，效果越明顯。Ti (C，N)與高溫γ晶格具有很低的錯配度，同時又具有很高的熔點，因此強烈的促進形核，可成為結晶核心，使鑄態(tài)晶粒細化，改善含硼高鉻耐磨合金的強韌性。此外，Ti (C，N)顆粒還可以作為共晶(Fe，Cr)2B鐵鉻硼化物的結晶核心，促進爾^(>)28鐵鉻硼化物的斷網(wǎng)和孤立分布，也有助于提高含硼高鉻耐磨合金的強韌性。鈦加入量過少，形成的Ti (C，N)質點過少，對含硼高鉻耐磨合金組織細化和(Fe，Cr)2B 鐵鉻硼化物的斷網(wǎng)影響不明顯，加入量過多，Ti (C，N)質點過多且易聚集長大，不利于細化含硼高鉻耐磨合金組織，改善其力學性能。綜合考慮，將鈦含量控制在0. 10 0. 15%。鎂凝固過程中鎂富集在(Fe，Cr)2B鐵鉻硼化物結晶生長前沿，阻礙^ (^力鐵鉻硼化物的長大，促進(Fe，Cr) 2B鐵鉻硼化物的細小和孤立分布，有利于改善含硼高鉻耐磨合金的強韌性，合適的鎂加入量為0. 16 0. 20%。鋅含硼高鉻耐磨合金中加入少量鋅后，(Fe，Cr)2B鐵鉻硼化物變得細小、孤立和均勻，基體間的聯(lián)系得以加強，有利于促進含硼高鉻耐磨合金強度和耐磨性的提高，合適的鋅加入量為0. 12 0. 20%。鉀含硼高鉻耐磨合金是一種性能優(yōu)良的耐磨合金，但其脆性大的特點卻阻礙了它的推廣應用。提高含硼高鉻耐磨合金強韌性的最適宜辦法之一是通過改變凝固動力學條件，來獲取形狀不連續(xù)分布和尺寸細小的共晶(Fe，Cr)2B鐵鉻硼化物。采用鉀處理后的含硼高鉻耐磨合金組織中，(Fe，Cr)2B鐵鉻硼化物明顯細化，呈團塊狀，網(wǎng)狀分布基本消失，孤立化程度明顯改善，這是因為加入鉀后，含硼高鉻耐磨合金初晶結晶溫度和共晶結晶溫降低。 初晶結晶溫度和共晶結晶溫度的下降，說明用鉀變質處理后的金屬熔液在液相線和共晶區(qū)已過冷，這有利于共晶領先相(Fe，CiO2B鐵鉻硼化物的形成，使晶核數(shù)增加。另外，鉀是表面活性元素，共晶結晶時選擇性地吸附在共晶(Fe，Cr)2B鐵鉻硼化物擇優(yōu)生長方向的表面上，形成吸附薄膜，阻止鐵水中的狗、Cr、B等原子長入共晶(Fe，Cr) 2B鐵鉻硼化物晶體中， 降低了共晶(Fe，Cr)2B鐵鉻硼化物擇優(yōu)方向的長大速度，易形成不規(guī)則團塊狀
鉻硼化物。鉀還易促進(Fe，Cr)2B鐵鉻硼化物的孿晶形成，使得(Fe，Cr)2B鐵鉻硼化物形態(tài)團塊化。鉀的加入改變了(Fe，Cr)2B鐵鉻硼化物形態(tài)，最終使含硼高鉻耐磨合金力學性能， 特別是沖擊韌性和耐磨性能明顯提高。鉀的合適加入量是0. 15 0. 20%。硅硅加入含硼高鉻耐磨合金中，導致淬透性下降，鑄態(tài)不易獲得全馬氏體基體組織，因此將其含量控制在0. 45%以下硫和磷硫和磷是含硼高鉻耐磨合金中的有害元素，須嚴格控制其含量，其中硫含量不得超過0. 035 %，磷含量不得超過0. 035 %。本發(fā)明鑄態(tài)組織由馬氏體和(Fe，Cr)2B鐵鉻硼化物組成，硬度超過63HRC，不需要高溫淬火，在200 240°C，保溫8 IOh后，爐冷至溫度低于120°C后出爐空冷至室溫，可以消除應力、穩(wěn)定組織，防止使用中出現(xiàn)變形和開裂。本發(fā)明含硼高鉻耐磨合金用于制造球磨機磨球、破碎機板錘和攪拌機襯板，使用壽命比高鉻鉬鑄鐵和鎳硬鑄鐵提高40 60%，且使用中無斷裂和破碎現(xiàn)象出現(xiàn)，使用安全可靠。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點1)本發(fā)明含硼高鉻耐磨合金鑄態(tài)組織由馬氏體和(Fe，Cr)2B鐵鉻硼化物組成，硬度超過63HRC，可以取消高溫淬火，經(jīng)回火消除應力后直接使用，具有生產(chǎn)工藝簡便，熱處理周期短和熱處理能耗低等優(yōu)勢。2)本發(fā)明以廉價的鉻、硼、錳和氮為主要合金元素，不含價格昂貴的鎢、鉬、鎳、釩、 鈮等合金元素，具有較低的生產(chǎn)成本，比高鉻鉬鑄鐵和鎳硬鑄鐵降低30 35%。3)硼、氮和錳的加入，使含硼高鉻耐磨合金硬化層深度增加，在鑄件壁厚200mm 時，中心部位硬度維持在60HRC以上。4)少量的稀土、鈦、鋅、鎂、鉀等元素的加入，明顯改善了鐵鉻硼化物的形態(tài)和分布，提高含硼高鉻耐磨合金的強度和韌性，其中抗彎強度到1050 1120MPa，沖擊韌性達到 8. 0 10. OJ/cm2，硬度達至Ij 63 65HRC。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發(fā)明做進一步詳述。實施例1 含硼高鉻耐磨合金采用500公斤中頻感應電爐熔煉，其制造工藝步驟是①將廢鋼、鉻鐵、含氮鉻鐵混合加熱熔化，鋼水熔清后加入錳鐵和硼鐵；②爐前調整成分合格后將溫度升至1569°C，加鋁脫氧，而后出爐；③將鈦鐵、金屬鋅、稀土鎂合金和含鉀物質破碎至粒度為6 IOmm的小塊，經(jīng) 150°C烘干池后，置于澆包底部，用包內沖入法對鋼水進行復合變質處理；④用普通鑄造方法成形，鋼水澆注溫度1458°C ；⑤鑄件經(jīng)打磨清理后，隨爐加熱至200°C，保溫IOh后，爐冷至溫度低于120°C后出爐空冷至室溫。合金成分見表1，合金力學性能見表2。實施例2:含硼高鉻耐磨合金采用500公斤中頻感應電爐熔煉，其制造工藝步驟是①將廢鋼、鉻鐵、含氮鉻鐵混合加熱熔化，鋼水熔清后加入錳鐵和硼鐵；②爐前調整成分合格后將溫度升至1532°C，加鋁脫氧，而后出爐；③將鈦鐵、金屬鋅、稀土鎂合金和含鉀物質破碎至粒度為6 IOmm的小塊，經(jīng) i8o°c烘干池后，置于澆包底部，用包內沖入法對鋼水進行復合變質處理；④用普通鑄造方法成形，鋼水澆注溫度1443°C ；⑤鑄件經(jīng)打磨清理后，隨爐加熱至240°C，保溫他后，爐冷至溫度低于120°C后出爐空冷至室溫。合金成分見表1，合金力學性能見表2。實施例3 含硼高鉻耐磨合金采用500公斤中頻感應電爐熔煉，其制造工藝步驟是①將廢鋼、鉻鐵、含氮鉻鐵混合加熱熔化，鋼水熔清后加入錳鐵和硼鐵；
②爐前調整成分合格后將溫度升至1552°C，加鋁脫氧，而后出爐；③將鈦鐵、金屬鋅、稀土鎂合金和含鉀物質破碎至粒度為6 IOmm的小塊，經(jīng) 160°C烘干池后，置于澆包底部，用包內沖入法對鋼水進行復合變質處理；④用普通鑄造方法成形，鋼水澆注溫度1453°C ；⑤鑄件經(jīng)打磨清理后，隨爐加熱至220°C，保溫9h后，爐冷至溫度低于120°C后出爐空冷至室溫。合金成分見表1，合金力學性能見表2。表1合金成分(質量分數(shù)，％ )
權利要求
1.一種含硼高鉻耐磨合金，其特征在于，化學組成成分及其質量百分數(shù)為0. 30 0. 42C, 10. 0 11. 5Cr,3. 0 3. 6B, 1. 6 2. OMn, 0. 20 0. 25N，0. 08 0. 15La，0. 08 0. 15Ce，0. 18 彡 La+Ce 彡 0. 26，0. 10 0. 15Ti，0. 15 0. 20K，0. 12 0. 20Ζη，0. 16 0. 20Mg, Si < 0. 45，S < 0. 035，P < 0. 035，余量為 Fe。
2.權利要求1的一種含硼高鉻耐磨合金的制備方法，其特征在于，采用電爐熔煉，包括如下步驟①將廢鋼、鉻鐵、含氮鉻鐵混合加熱熔化，鋼水熔清后加入錳鐵和硼鐵；②爐前調整成分合格后將溫度升至1530 1570°C，加鋁脫氧，而后出爐；③將鈦鐵、金屬鋅、稀土鎂合金和含鉀物質破碎至粒度為6 IOmm的小塊，經(jīng)150 180°C烘干2 池后，置于澆包底部，用包內沖入法對鋼水進行復合變質處理；④用普通鑄造方法成形，鋼水澆注溫度1440 1460°C；⑤鑄件經(jīng)打磨清理后，隨爐加熱至200 240°C，保溫8 IOh后，爐冷至溫度低于 120°C后出爐空冷至室溫。
全文摘要
一種含硼高鉻耐磨合金及其制備方法，屬于耐磨材料技術領域。化學組成及質量百分數(shù)0.30～0.42C，10.0～11.5Cr，3.0～3.6B，1.6～2.0Mn，0.20～0.25N，0.08～0.15La，0.08～0.15Ce，0.18≤La+Ce≤0.26，0.10～0.15Ti，0.15～0.20K，0.12～0.20Zn，0.16～0.20Mg，Si＜0.45，S＜0.035，P＜0.035，余量為Fe。本發(fā)明合金經(jīng)冶煉和鑄造成形、打磨清理和200～240℃去應力處理后可以直接使用，具有制備工藝簡便、能耗低、不加貴重合金元素和生產(chǎn)成本低廉等優(yōu)勢，推廣應用具有很好的效果。
文檔編號B22D1/00GK102251183SQ20111019378
公開日2011年11月23日 申請日期2011年7月12日 優(yōu)先權日2011年7月12日
發(fā)明者周榮, 岑啟宏, 張海濱, 竇永平, 符寒光, 蔣業(yè)華, 郭紅星, 郭長慶, 雷永平 申請人:北京工業(yè)大學