一種抗磨損用材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種抗磨損用材料。特征在于由以下質(zhì)量百分的元素組成：C：2.8~3.2；Cr：24~29；Si：0.4~0.7；Mn：0.7~1.3；W：1.0~1.5；V：0.05~0.2；N：0.05~0.3；B：0.03~0.5；P＜0.04；S＜0.04；其余為Fe。本發(fā)明的抗磨損用材料在350±10℃和13~15MPa靜載荷三體磨料磨損條件下，具有優(yōu)良的綜合抗磨料磨損性能，明顯優(yōu)于同種條件下的普通Cr25高鉻鑄鐵磨損性能。
【專利說明】一種抗磨損用材料
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種抗磨料磨損材料,特別涉及一種抗磨損用材料。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，國內(nèi)外磨輥材質(zhì)經(jīng)歷了高錳鋼、鎳硬鑄鐵和高鉻鑄鐵三個(gè)階段。高錳鋼韌性高，使用安全，但耐磨性差，應(yīng)用較少。鎳硬鑄鐵具有較強(qiáng)的抗磨粒磨損能力，但鎳資源較缺乏且價(jià)格昂貴，國內(nèi)外應(yīng)用也較少。高鉻鑄鐵中的M7C3型碳化物呈短桿狀弧分布，硬度高且對(duì)基體的割裂作用較小，因而具有相對(duì)優(yōu)良的抗磨料磨損性能，是目前國內(nèi)外生產(chǎn)磨輥?zhàn)顬槌Ｓ玫牟馁|(zhì)。
[0003]在水泥電力行業(yè)，磨輥在較高溫度(200°C~350°C)的磨料磨損工況下運(yùn)行，由于物料中硬質(zhì)相如石英砂、煤矸石等的硬度高于磨輥材料的物相(碳化物)的硬度，研磨過程易引起磨輥發(fā)生切削或犁溝變形導(dǎo)致磨輥材料犁削磨損；同時(shí)，磨輥磨面亦受到物料的反復(fù)擠壓，同時(shí)受到小能量多沖擊使表層材料不斷發(fā)生彈、塑性變形，乃至脆化、剝落，最終導(dǎo)致磨輥的失效?，F(xiàn)有磨輥通常采用的普通高鉻鑄鐵材料中，其組織存在較多的不規(guī)則桿狀、片狀碳化物而易出現(xiàn)碳化物碎裂現(xiàn)象，繼續(xù)變形就會(huì)從材料表面或次表面的夾雜物、缺陷、第二相等易引起應(yīng)力集中的地方萌生裂紋造成表層材料的碎片剝離母體而成為磨屑，導(dǎo)致磨輥表層材料的疲勞磨損，加速磨輥的失效。因此，需開發(fā)一種在該磨料磨損工況中能使磨輥具有良好的抗磨損性能的材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種抗磨損用材料。
[0005]本發(fā)明的目的通過如下措施來實(shí)現(xiàn):抗磨損材料由以下質(zhì)量百分的元素組成:C:
2.8~3.2 ；Cr:24~29 ；S1:0.4~0.7 ；Mn:0.7~1.3 ；ff:1.(Tl.5 ；V:0.05~0.2 ；N:0.05~0.3 ；B:0.03~0.5 ；P < 0.04 ；S < 0.04 ;其余為 Fe。
[0006]優(yōu)選的質(zhì)量百分的元素組成為:C:2.9-3.1 ；Cr:25~28 ；S1:0.3-0.6 ；Mn:0.8~1.2 ；ff:1.(Tl.3 ；V:0.06~0.I ；Ν:0.1-0.2 ；Β:0.05~0.3 ；Ρ < 0.04 ；S < 0.04 ;其余為Fe。
[0007]最佳的質(zhì)量百分的元素組成為:C:3.06 ；Cr:26.28 ；S1:0.6 ；Mn:0.91 ；ff:1.2 ；V:
0.09 ；N:0.15 ；B:0.1 ；P < 0.028 ；S < 0.03 ;其余為 Fe。
[0008]抗磨損用材料的有效元素成分設(shè)計(jì)依據(jù)及限定含量范圍的理由如下:
耐磨白口鑄鐵中，碳化物是較硬的耐磨相，而奧氏體或馬氏體等基體組織則起到骨架的作用。增加白口鑄鐵的含碳量，硬度及耐磨性隨之上升。但碳量過多會(huì)減少橫向斷裂韌性，增加脆性。碳量越高，沖擊韌性越低。因此選擇碳量時(shí)需要綜合考慮，因此把碳含量定在2.9~3.1%之間。
[0009]鉻在白口鑄鐵中所起的主要作用是形成碳化物，提高耐腐蝕性，穩(wěn)定高溫下的組織。鉻是強(qiáng)烈形成碳化物的合金元素，它將降低共晶碳量。提高鉻和碳的含量可增加碳化物數(shù)量，從而提高耐磨性，但同時(shí)降低韌性。本發(fā)明將鉻量定在25-28%之間。
[0010]硅在白口鑄鐵中是被限制的元素。這是因?yàn)楣柙黾犹嫉幕疃?，促進(jìn)石墨形成，阻止白口產(chǎn)生。硅的促進(jìn)石墨化作用在含量為1.0-2.0%時(shí)極為顯著。另外，硅降低淬透性，容易促使形成珠光體，影響材料的耐磨性。硅量過低對(duì)脫氧不利，過多的硅容易導(dǎo)致基體的脆性增加，所以應(yīng)對(duì)硅量進(jìn)行限制，選擇較低的含量是合適的，本發(fā)明將硅含量定在0.6-0.9%。
[0011]錳在鑄鐵中一部分以固溶體形式存在于奧氏體中，有效降低Ms點(diǎn)，使C曲線右移，起到奧氏體穩(wěn)定化作用，使淬透性明顯提高，具有抑制珠光體形成的作用；另一部分錳溶入碳化物中，起到強(qiáng)化合金碳化物的作用。過量的錳會(huì)使殘余奧氏體增加，降低材料硬度，本發(fā)明將錳含量定在0.6-1.2%。
[0012]鎢和鑰有相近似的特性，一部分固溶在基體中，有提高共析轉(zhuǎn)變溫度，細(xì)化奧氏體樹枝狀晶，進(jìn)一步改善共晶碳化物分布的作用。同時(shí)，鎢有利于二次碳化物析出，鎢固溶于碳化物中能提高碳化物硬度，而少量的鎢對(duì)組織的影響不甚明顯，用量控制在0.6-0.9%。
[0013]釩是強(qiáng)碳化物形成元素，鑄態(tài)下形成初生碳化物，或二次碳化物，增加白口鑄鐵的激冷程度。少量的釩就可使粗大的柱狀晶細(xì)化。另外，由于釩與鐵液中的碳結(jié)合，導(dǎo)致基體碳量降低，從而提高馬氏體轉(zhuǎn)化溫度，促使白口鑄鐵在鑄造條件下基體完全轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。但是釩的價(jià)格很高，因而其應(yīng)用也受到一定的限制，本發(fā)明釩控制在小于 2%。
[0014]氮原子可降低高鉻鑄鐵中的初晶和共晶溫度，減少共晶轉(zhuǎn)變的溫度范圍，增大過冷度，細(xì)化初晶奧氏體和共晶團(tuán)尺寸。加氮還能促進(jìn)高鉻鑄鐵在共晶時(shí)以離異方式結(jié)晶，改善碳化物的形貌，使其表面更加圓滑。本發(fā)明氮控制在0.1-0.2%。
[0015]加入B元素能細(xì)化高鉻鑄鐵晶粒，改善碳化物的形態(tài)和分布，提高硬度和耐磨性，本發(fā)明硼控制在0.03-0.6%。
[0016]通過W、V、N、B元素協(xié)同作用，改善碳化物形狀，細(xì)化組織，二次碳化物彌散析出，提高碳化物硬度，改善材料在350± 10攝氏度和13-15MPa靜載荷三體磨料磨損條件下抗磨料磨損性能。
[0017]本發(fā)明的抗磨損用材料采用中頻感應(yīng)電爐熔化制造，其步驟是:①將廢鋼和各種鐵合金(如低碳鉻鐵、高碳鉻鐵、電解錳、鑰鐵和鎳板等)混合加熱熔化，脫氧除渣溫度升至150(TC后，出爐澆注；③用砂型鑄造，澆注溫度為139-430攝氏度 ;④鑄件澆注后，待冷卻到50-700攝氏度時(shí)，先松開砂箱，繼續(xù)冷卻到20-30(TC時(shí)，打箱后切掉澆口和冒口，清理飛邊和毛刺；⑤鑄件在熱處理爐內(nèi)，從室溫升至1000-1050，在此溫度下保溫大于 4小時(shí)，然后空冷淬火；⑥再在45-500攝氏度溫度下回火處理4小時(shí)。獲得組織:馬氏體+碳化物+少量殘余奧氏體，硬度0.5HRC。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為實(shí)施例1的金相顯微組織。
[0019]圖2為實(shí)施例2的金相顯微組織。
[0020]圖3為實(shí)施例3的金相顯微組織。
【具體實(shí)施方式】
[0021]按本發(fā)明的元素成分要求，將其加入到爐中熔化，待鐵液達(dá)到500攝氏度時(shí)出爐澆注，用水玻璃吹二氧化碳硬化砂型鑄造。澆注溫度為1360°C。鑄件冷卻后，切掉澆口和冒口，清理殘?jiān)兔?。熱處理工?①淬火:從室溫加熱至1050°C，保溫4小時(shí)，空冷至室溫；②回火:加熱至480°C，保溫4小時(shí)，空冷至室溫。取樣進(jìn)行化學(xué)分析，元素成分和硬度見表I。
[0022]表I實(shí)施例的元素成分和硬度
【權(quán)利要求】
1.一種抗磨損用材料，其特征在于由以下質(zhì)量百分比的元素組成:c:2.8~3.2 ;Cr:24~29 ；Si:0.4~0.7 ；Mn:0.7~1.3 ；ff:1.(Tl.5 ；V:0.05~0.2 ；N:0.05~0.3 ；B:0.03~0.5 ；Ni: 0.05~0.4 ；P < 0.04 ；S < 0.04 ;其余為 Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗磨損用材料，其特征在于元素組成為:C:2.9^3.1 ；Cr:25~28 ；Si:0.3~0.6 ；Mn:0.8~1.2 ；ff:1.(Tl.3 ；V:0.06~0.I ；Ν:0.1-0.2 ；Β:0.05~0.3 ；Ρ< 0.04 ；S < 0.04 ;其余為 Fe。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗磨損用材料，其特征在于元素組成為:C:3.06 ；Cr:26.28 ；Si:0.6 ；Mn:0.91 ；ff:1.2 ；V:0.09 ；N:0.15 ；B:0.1 ；N1:0.26 ；P < 0.028 ；S < 0.03 ;其余為Fe。
【文檔編號(hào)】C22C37/08GK103451511SQ201310394194
【公開日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月3日
【發(fā)明者】農(nóng)登, 鄭開宏, 王海艷, 蔡暢, 王娟 申請(qǐng)人:廣州有色金屬研究院