專(zhuān)利名稱(chēng)：：高韌性抗磨損金屬材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及高韌性抗磨損金屬材料。
背景技術(shù)：
：在使用挖泥船對(duì)河道疏浚、港口碼頭清淤等工程中，船用泵的工作工況比較復(fù)雜惡劣，既有泥沙的沖蝕磨損，同時(shí)又有石塊等大型塊度物體的沖鑿作用。因此，對(duì)船用泵用材料即要求抗磨又要有相當(dāng)?shù)捻g性。目前船用泵用材料國(guó)外多數(shù)為耐磨鋼，國(guó)內(nèi)大多使用KmTBCr26。耐磨鋼抗沖擊韌性好，但耐磨性稍差。KmTBCr26材料抗磨性能優(yōu)良，但韌性不足，容易在使用過(guò)程中開(kāi)裂。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的是提供一種高韌性抗磨損金屬材料。本發(fā)明通過(guò)以下措施來(lái)實(shí)現(xiàn)高韌性抗磨損金屬材料包括以下質(zhì)量百分比的化學(xué)成分C1.5-2.5%；Cr20-30%；Si0.5-1.0%；Mn1.0-1.5%；Ni2-7%；Cu0.2-1.0%；其余為Fe等。優(yōu)選的質(zhì)量百分的化學(xué)成分C1.9-2.2%；Cr:23_26%；Si0.5-1.0%；Mn1.0-1.5%；Ni2.5-3.0%;Cu0.4-1.0%；其余為Fe等。最佳的質(zhì)量百分的化學(xué)成分C2.0%；Cr25%；Si0.7%；Mn1.2%；Ni2.8%；Cu0.6%；其余為Fe等。還可以加入質(zhì)量百分的RE0.01-0.1%。本發(fā)明高韌性抗磨損金屬材料，其特征在于其是采用如下制備工藝生產(chǎn)的金屬材料按上述材料的成分要求，制定配料方案；將各種投爐料按熔煉工藝要求依次加入到中頻爐中熔化，待鐵液達(dá)到1520°C-1580°C時(shí)出爐澆注，樹(shù)脂砂造型，澆注溫度為1400-1450°C，鑄件冷卻后，清除澆、冒口，鑄件在熱處理爐內(nèi)升溫到910°C后進(jìn)行空冷處理，250°C進(jìn)行回火處理。本發(fā)明新型高韌性抗磨損金屬材料有效化學(xué)成分設(shè)計(jì)依據(jù)及限定含量范圍的理由如下碳、鉻含量決定了材料中碳化物的體積分?jǐn)?shù)。提高碳化物的體積分?jǐn)?shù)有助于抗磨能力的提高，但材料韌性降低。鑒于船用泵的使用工況，選擇較低的含C量，含碳量是影響鑄件韌性的主要因素，含碳量低時(shí)，碳化物數(shù)量相對(duì)減少，材料韌性相對(duì)提高；較高的鉻含量，來(lái)保證碳化物類(lèi)型和提高基體的鉻含量。Ni不溶于碳化物，而無(wú)限固溶于鐵，是穩(wěn)定奧氏體的主要合金元素，有助于降低合金的臨界冷卻速率，能提高厚壁鑄件的抗磨能力，同時(shí)還能提高其韌性。Cu是能細(xì)化碳化物，并使之呈現(xiàn)不連續(xù)狀，增強(qiáng)了鑄件的韌性。Mn對(duì)材料中鉻碳化合物的數(shù)量、結(jié)構(gòu)沒(méi)有顯著影響。碳化物中固溶少量錳后，硬度稍有增加。Si和氧親和力大于鉻、錳等，在熔煉中可以減少這些合金元素的燒損，但硅會(huì)使材料的脆性轉(zhuǎn)變溫度提高，尤其大型鑄件，要限制硅含量，以防運(yùn)轉(zhuǎn)中發(fā)生斷裂。S、P在材料中屬于有害物質(zhì)，越少越好。但在原材料中又不可避免帶入鐵水中，所以從材料的性能與成本方面考慮，限制S、P的含量。稀土元素的作用是細(xì)化材料晶粒，顯著減少夾雜物，提高冶金質(zhì)量，從而提高材料的抗磨損性能。控制化學(xué)成分的質(zhì)量百分含量還可以提高新型高韌性抗磨損金屬材料的力學(xué)性能。采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于本發(fā)明的新型高韌性抗磨損金屬材料由于含碳量和合金元素含量都比合金耐磨鑄鋼高，所以合金碳化物比例增加，抗磨效果變得更好；而相對(duì)于KmTBCr26材料，其含碳量低，又添加了大量的鎳元素，雖然抗磨效果要降低些，但韌性增加，在沖擊磨損中更有利。本發(fā)明的新型高韌性抗磨損金屬材料采用中頻爐熔煉，工藝步驟①通電后，依次將生鐵、廢鋼、鉻鐵投入爐內(nèi)加熱熔化，溶清后再加入鎳板、銅板、硅鐵和錳鐵；②調(diào)整成分至合適范圍后，溫度升至1520°C1580°C，出爐澆注；③樹(shù)脂砂造型，澆注溫度14000C1450°C；④鑄件冷卻后，清除冒口、飛邊、披縫等；⑤鑄件在熱處理爐中退火處理后進(jìn)行機(jī)加工；⑥鑄件在熱處理爐內(nèi)升溫到910°C進(jìn)行空冷處理，在250°C進(jìn)行回火處理。具體實(shí)施例方式按本發(fā)明材料的化學(xué)成分要求，制定合理的配料方案；將各種投爐料按熔煉工藝要求依次加入到中頻爐中熔化，待鐵液達(dá)到1520°C1580°C時(shí)出爐澆注，樹(shù)脂砂造型，澆注溫度為1400-1450°C。鑄件冷卻后，清除澆、冒口。鑄件在熱處理爐內(nèi)升溫到910°C后進(jìn)行空冷處理，250°C進(jìn)行回火處理。本發(fā)明實(shí)施例化學(xué)成分和沖擊韌性值結(jié)果見(jiàn)表1.表1化學(xué)成分和沖擊韌性值\成分(％)沖擊靭性CSiMnNiCuCrSP(J/cm2)施\_________11.50.91.46.91.5200.0350.0311.421.80.61.25.41.3220.040.03710.931.90.51.03.51.0230.040.03510.74(7)2.00.91.52.90.6250.0380.0310.55(8)2.20.61.32.50.4270.0490.0299.86(9)2.50.51.12.00.230.0.0550.0428.9注余為Fe等元素。實(shí)施例7一種高韌性抗磨損金屬材料，其特征在于其是采用如下制備工藝生產(chǎn)的金屬材料①按上述實(shí)施例5的材料的成分要求，制定配料方案；將各種投爐料按熔煉工藝要求依次加入到中頻爐中熔化，即通電后，依次將生鐵、廢鋼、鉻鐵投入爐內(nèi)加熱熔化，溶清后再加入鎳板、銅板、硅鐵和錳鐵；②調(diào)整成分至合適范圍后，溫度升至1520°C，出爐澆注；③樹(shù)脂砂造型，澆注溫度1450°C；④鑄件冷卻后，清除冒口、飛邊、披縫等；⑤鑄件在熱處理爐中退火處理后進(jìn)行機(jī)加工；⑥鑄件在熱處理爐內(nèi)升溫到910°C進(jìn)行空冷處理，在250°C進(jìn)行回火處理。實(shí)施例7的化學(xué)成分和沖擊韌性值和實(shí)施例4相同。實(shí)施例8一種高韌性抗磨損金屬材料，其特征在于其是采用如下制備工藝生產(chǎn)的金屬材料①按上述實(shí)施例6的材料的成分要求，制定配料方案；將各種投爐料按熔煉工藝要求依次加入到中頻爐中熔化，即通電后，依次將生鐵、廢鋼、鉻鐵投入爐內(nèi)加熱熔化，溶清后再加入鎳板、銅板、硅鐵和錳鐵；②調(diào)整成分至合適范圍后，溫度升至1550°C，出爐澆注；③樹(shù)脂砂造型，澆注溫度1400°C；④鑄件冷卻后，清除冒口、飛邊、披縫等；⑤鑄件在熱處理爐中退火處理后進(jìn)行機(jī)加工；⑥鑄件在熱處理爐內(nèi)升溫到910°C進(jìn)行空冷處理，在250°C進(jìn)行回火處理。實(shí)施例8的化學(xué)成分和沖擊韌性值和實(shí)施例5相同。實(shí)施例9一種高韌性抗磨損金屬材料，其特征在于其是采用如下制備工藝生產(chǎn)的金屬材料①按上述實(shí)施例7的材料的成分要求，制定配料方案；將各種投爐料按熔煉工藝要求依次加入到中頻爐中熔化，即通電后，依次將生鐵、廢鋼、鉻鐵投入爐內(nèi)加熱熔化，溶清后再加入鎳板、銅板、硅鐵和錳鐵；②調(diào)整成分至合適范圍后，溫度升至1580°C，出爐澆注；③樹(shù)脂砂造型，澆注溫度1425°C；④鑄件冷卻后，清除冒口、飛邊、披縫等；⑤鑄件在熱處理爐中退火處理后進(jìn)行機(jī)加工；⑥鑄件在熱處理爐內(nèi)升溫到910°C進(jìn)行空冷處理，在250°C進(jìn)行回火處理。實(shí)施例9的化學(xué)成分和沖擊韌性值和實(shí)施例6相同。本發(fā)明金相組織為M+合金碳化物+A，硬度范圍為HRC52-55.磨損性能實(shí)驗(yàn)本發(fā)明與國(guó)標(biāo)中常用材料KmTBCr26在本單位自制的磨損試驗(yàn)機(jī)上做磨損性能實(shí)驗(yàn)(介質(zhì)為50%的40-70目石英砂+50%水)，轉(zhuǎn)速為1425r/min。材料狀態(tài)為空淬+回火態(tài)。性能比較見(jiàn)表2:表2實(shí)施例的抗磨損性能Im相對(duì)抗磨損性能KmTBCr26實(shí)施例1065實(shí)施例2072實(shí)施例3083<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>KmTBCr26的沖擊韌性為7.6J/cm2,而本發(fā)明材料的優(yōu)選成分的沖擊韌性為10.5J/cm2，提高了38.1%。隨著材料中碳含量的降低、合金元素鎳的增加，材料的抗磨損性能雖然有所降低，但由于韌性得到提高，使得挖泥船用泵應(yīng)用在沖擊較大的工況下(時(shí)常碰到石塊等物體的沖擊)，不至于開(kāi)裂破壞。權(quán)利要求一種高韌性抗磨損金屬材料，其特征在于其包括以下質(zhì)量百分比的成分C1.5-2.5％、Cr20-30％、Si0.5-1.0％、Mn1.0-1.5％、Ni2-7％、Cu0.2-1.0％，其余為Fe。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高韌性抗磨損金屬材料，其特征在于其包括以下質(zhì)量百分比的成分C1.9-2.2Cr23-26Si0.5-1.0Mn1.0-1.5Ν2.5-3.0Cu0.4-1.0%，其余為Fe。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高韌性抗磨損金屬材料，其特征在于其包括以下質(zhì)量百分比的成分C2.0%,Cr25%,Si0.7%,Mn1.2%,Ni2.8%,Cu0.6%，其余為Fe。4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的高韌性抗磨損金屬材料，其特征在于其還包括以下質(zhì)量百分比的成分=RE0.01-0.1。5.一種根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的高韌性抗磨損金屬材料，其特征在于其是采用如下制備工藝生產(chǎn)的金屬材料按上述材料的成分要求，制定配料方案；將各種投爐料按熔煉工藝要求依次加入到中頻爐中熔化，待鐵液達(dá)到1520°C-1580°C時(shí)出爐澆注，樹(shù)脂砂造型，澆注溫度為1400-14500C，鑄件冷卻后，清除澆、冒口，鑄件在熱處理爐內(nèi)升溫到910°C后進(jìn)行空冷處理，250°C進(jìn)行回火處理。全文摘要本發(fā)明涉及高韌性抗磨損金屬材料，它包括以下質(zhì)量百分比的成分C1.5-2.5％、Cr20-30％、Si0.5-1.0％、Mn1.0-1.5％、Ni2-7％、Cu0.2-1.0％，其余為Fe，本發(fā)明的新型高韌性抗磨損金屬材料由于含碳量和合金元素含量都比合金耐磨鑄鋼高，所以合金碳化物比例增加，抗磨效果變得更好；而相對(duì)于KmTBCr26材料，其含碳量低，又添加了大量的鎳元素，雖然抗磨效果要降低些，但韌性增加，在沖擊磨損中更有利。文檔編號(hào)C22C38/42GK101818311SQ20101017035公開(kāi)日2010年9月1日申請(qǐng)日期2010年5月13日優(yōu)先權(quán)日2010年5月13日發(fā)明者李春海,杜輝,蘇進(jìn),貢海亭申請(qǐng)人:石家莊工業(yè)泵廠有限公司