一種強(qiáng)韌性高耐磨材料及其制備方法
【專利摘要】一種強(qiáng)韌性耐磨材料及其制備方法涉及耐磨金屬材料領(lǐng)域。材料含有的化學(xué)元素成分及質(zhì)量百分比為：C:0.75?0.85％，Si:0.7?1.1％，Mn:7.5?8.5％，Cr:1.8?2.3％，Mo:0.35?0.65％，變質(zhì)劑：0.2％；S≤0.025％，P≤0.025％，其余為鐵；其中變質(zhì)劑由50％Re?13％Mg?7％Si?30％Fe和60％Ti?40％Fe組成，兩者質(zhì)量分?jǐn)?shù)各為50％。針對(duì)在中、低沖擊載荷下不易應(yīng)變強(qiáng)化的特點(diǎn)，本發(fā)明通過化學(xué)成分優(yōu)化設(shè)計(jì)，使Ms點(diǎn)升高至室溫。耐磨材料鑄造后進(jìn)行固溶處理和回火處理，確保組織為奧氏體，碳化物彌散分布于奧氏體中，使耐磨材料在中、低沖擊載荷下使用即可產(chǎn)生形變誘發(fā)馬氏體相變。
【專利說明】
一種強(qiáng)韌性高耐磨材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及耐磨金屬材料領(lǐng)域，具體涉及一種強(qiáng)韌性耐磨材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 高錳鋼具有優(yōu)異的加工硬化性能，材料產(chǎn)生加工硬化時(shí)，其表面的強(qiáng)度和硬度急 劇提高，而內(nèi)部仍為韌性優(yōu)異的奧氏體組織，但是其發(fā)生加工硬化需要在較大的沖擊載荷 的條件下才能發(fā)揮作用。因此，耐磨高錳鋼特別適用于沖擊磨料磨損和高應(yīng)力碾碎磨料磨 損工況，常用于制造球磨機(jī)襯板、錘式破碎機(jī)錘頭、挖掘機(jī)斗齒、坦克的履帶板等抗沖擊、抗 磨損的鑄件。但是，由于實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)工況沖擊載荷較低時(shí)，高錳耐磨鋼的強(qiáng)化系數(shù) 較低，其表面硬化程度無法滿足工況需求。因此，通過降低其中的Mn、C含量，并適當(dāng)?shù)恼{(diào)整 合金元素配比，發(fā)明出一種適用于中、低沖擊載荷的強(qiáng)韌性高耐磨材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種適用于中、低沖擊載荷耐磨材料及其制備方法，該合 金材料具有強(qiáng)度高、耐磨性好、耐沖擊性能好的優(yōu)點(diǎn)。
[0004] 針對(duì)在中、低沖擊載荷下不易應(yīng)變強(qiáng)化的特點(diǎn)，本發(fā)明通過降低Μη的含量，添加適 量的Si、Cr、Mo等元素，降低錳鋼的奧氏體穩(wěn)定性，通過化學(xué)成分優(yōu)化設(shè)計(jì)，使Ms點(diǎn)升高至室 溫。耐磨材料鑄造后進(jìn)行固溶處理和回火處理，確保組織為奧氏體，碳化物彌散分布于奧氏 體中，使耐磨材料在中、低沖擊載荷下使用即可產(chǎn)生形變誘發(fā)馬氏體相變。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0006] -種適用于中、低沖擊載荷的耐磨材料，其特征在于:其含有的化學(xué)元素成分及其 質(zhì)量百分比為：C:0.75-0.85%，Si:0.7-l.l%，Μη:7·5-8·5%，Cr: 1.8-2.3%，Μ〇:0·35- 0.65%，變質(zhì)劑：0.2%(變質(zhì)劑由50%1^-13%]\%-7%3卜30%?6和60%11-40%?6組成，其 質(zhì)量分?jǐn)?shù)各為50% )，S < 0.025，Ρ < 0.025，其余為鐵。
[0007] 制備所述的一種強(qiáng)韌性高耐磨材料的方法，包括：冶煉、固溶處理、回火處理的步 驟，其特征在于：
[0008] 所述冶煉工藝為:將除變質(zhì)劑的原料裝爐熔煉，熔煉溫度控制在1640°C-1680°C， 時(shí)間為2_3h，出鋼溫度控制在1580°C_1600°C，將變質(zhì)劑采用包底沖入法加入，鋼液在1510 °C_1530°C澆鑄成型；
[0009] 所述固溶處理為：在650°C±10°C時(shí)保溫2-3h，待鑄件內(nèi)外溫度一致后再加熱至 1050 °C ± 10 °C，保溫1 _2h;冷卻時(shí)，首先控制鑄件入水前的溫度在950 °C以上，其次是控制出 爐至入水時(shí)間，不應(yīng)超過30s，第三是入水后要使鑄件上、下竄動(dòng)或左右移動(dòng)，但不能露出水 面;固溶處理結(jié)束后的水溫不得超過50°C ;
[0010] 所述回火處理為:將固溶處理后的耐磨材料在加熱爐中以10~12°C/min的速度加 熱到350°C，在爐中保溫5h后出爐空冷至室溫。
[0011] 具體的制造方法如下：
[0012] (1)熔煉耐磨材料時(shí)，基礎(chǔ)原料為廢鋼料。并測(cè)定好原料的化學(xué)成分，并按照成分 為C:0.75-0.85%，Si :0.7-1.1%，Mn:7.5-8.5%，Cr: 1.8-2.3%，Μο:0·35-0·65%，變質(zhì)劑： 0.2% (變質(zhì)劑由50%Re-13%Mg-7%Si-30%Fe和60%Ti-40%Fe組成，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)各為 50 % )S < 0.025，P < 0.025，其余為鐵，來計(jì)算所需原料。計(jì)算完畢后，根據(jù)爐膛尺寸和頻率 進(jìn)行裝料。
[0013] (2)裝料完畢后，檢查電路和水路系統(tǒng)，一切正常后可送電熔化。爐料熔化完畢后 取樣化驗(yàn)，并根據(jù)耐磨材料的成分要求和化驗(yàn)結(jié)果決定成分調(diào)整料。熔煉溫度控制在1640 °C-1680°C，時(shí)間為2-3h，出鋼溫度控制在1580°C_1600°C，將復(fù)合變質(zhì)劑(變質(zhì)劑由50%Re- 13 %Mg-7 % Si-30 %Fe和60 % Ti-40 %Fe組成，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)各為50 % )采用包底沖入法加入， 鋼液在1510 °C -1530 °C澆鑄成型。
[0014] (3)將鑄造好的耐磨材料進(jìn)行固溶處理，加入過程中決定在650 °C ± 10 °C時(shí)保溫2 ~3h，待鑄件內(nèi)外溫度一致后再加熱至1050°C±10°C，使鑄造過程中產(chǎn)生的碳化物全部溶 解，從而得到成分均勻的單一的奧氏體組織。冷卻時(shí)，控制鑄件入水前的溫度在950°C以上， 冷卻后水溫不超過50°C。
[0015] (4)將固溶處理后的耐磨材料進(jìn)行回火處理，回火溫度為350°C，保溫5h后出爐空 冷至室溫。耐磨材料回火能減少或消除淬火應(yīng)力，保證相應(yīng)的組織轉(zhuǎn)變，提高耐磨材料的韌 性和塑性，獲得硬度、強(qiáng)度、塑性和韌性的適當(dāng)配合。
[0016] 本發(fā)明通過合理的成分設(shè)計(jì)、鑄造工藝及熱處理工藝，實(shí)現(xiàn)固溶強(qiáng)化基體、凈化奧 氏體晶界并細(xì)化奧氏體晶粒。使耐磨材料中夾雜物分散析出和強(qiáng)化，降低了耐磨材料中奧 氏體的穩(wěn)定性。采用上述成分設(shè)計(jì)及加工工藝使得耐磨材料具有較好的韌性，在中、低沖擊 載荷下材料即可發(fā)生形變誘發(fā)馬氏體相變，相變后耐磨材料表面具有高的硬度和高的耐磨 性，可滿足在中、低沖擊載荷工況下的耐磨性需求。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發(fā)明制備方法的工藝流程圖
[0018] 圖2為本發(fā)明的熱處理工藝示意圖
[0019] 圖3為本發(fā)明耐磨材料的金相組織
[0020] 圖4為耐磨材料沖擊后表層誘發(fā)馬氏體相變的SEM形貌組織
【具體實(shí)施方式】
[0021] 1、實(shí)施例1
[0022] (1)、按成分配比熔煉鋼水，將合金坯料隨爐加熱至1640 °C并保溫2h，合金坯料按 質(zhì)量百分比的化學(xué)組成為C:0.75%，Si:0.9%，Mn:7.6%，Cr:2.2%，Μ〇:0·55%，變質(zhì)劑： 0.2%，3:0.008，？:0.006，其余為鐵。鋼液出爐前，先將變質(zhì)劑(變質(zhì)劑由50%1^-13^^- 7%5卜30%?6和60%1'卜40%?6組成，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)各為50%。1^由50%1^203和50%￥ 302組 成)放入已經(jīng)烘干和加溫的鋼包底部。待鋼液提溫、終脫氧后出鋼時(shí)，用大流量鋼液沖包，實(shí) 現(xiàn)變質(zhì)處理。然后將鋼液在1510°C倒入澆包進(jìn)行零件澆鑄。
[0023] (2)、固溶處理
[0024]耐磨材料鑄件的導(dǎo)熱性較差，容易在加熱工程中因熱應(yīng)力而開裂。為了避免這一 現(xiàn)象，應(yīng)該控制加熱速度。為了達(dá)到緩慢加熱的目的，決定在650 °C時(shí)保溫2.5h，待鑄件內(nèi)外 溫度一致后再加熱至1050°C保溫1.5h。冷卻時(shí)，首先控制鑄件入水前的溫度在980°C，其次 是控制出爐至入水時(shí)間為20s，第三是入水后要使鑄件上、下竄動(dòng)或左右移動(dòng)，但不能露出 水面。固溶處理結(jié)束后的水溫為35°C。
[0025] (3)、回火處理
[0026]將固溶處理后的中錳鋼在加熱爐中以10°C/min的速度加熱到350°C，在爐中保溫 5h后出爐空冷至室溫。
[0027] 2、實(shí)施例2
[0028] (1 )、按成分配比熔煉鋼水，將合金坯料隨爐加熱至1660°C并保溫2.5h，合金坯料 按質(zhì)量百分比的化學(xué)組成為C:0.8%，Si :1.0%，Mn:8.4%，Cr :2.0%，Μ〇:0·36%，變質(zhì)劑： 0.2%，3:0.011，？:0.009，其余為鐵。鋼液出爐前，先將變質(zhì)劑(變質(zhì)劑由50%1^-13^^- 7 % Si-30 %Fe和60 % Ti-40 %Fe組成，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)各為50 % Ae由50 % Ce02和50 % Υ3〇2組成） 放入已經(jīng)烘干和加溫的鋼包底部。待鋼液提溫、終脫氧后出鋼時(shí)，用大流量鋼液沖包，實(shí)現(xiàn) 變質(zhì)處理。然后將鋼液在1530 °C倒入澆包進(jìn)行零件澆鑄。
[0029] (2)、固溶處理
[0030]為達(dá)到緩慢加熱的目的，決定在640°C時(shí)保溫3h，待鑄件內(nèi)外溫度一致后再加熱至 1060 °C保溫lh。冷卻時(shí)，首先控制鑄件入水前的溫度在990°C，其次是控制出爐至入水時(shí)間 為18s，第三是入水后要使鑄件上、下竄動(dòng)或左右移動(dòng)，但不能露出水面。固溶處理結(jié)束后的 水溫為30°C。
[0031] (3)、回火處理
[0032]將固溶后的中錳鋼在加熱爐中以ll°C/min的速度加熱到350°C，在爐中保溫5h后 出爐空冷至室溫。
[0033] 3、實(shí)施例3
[0034] (1 )、按成分配比熔煉鋼水，將合金坯料隨爐加熱至1680 °C并保溫3h，合金坯料按 質(zhì)量百分比的化學(xué)組成為C:0.84%，Si:0.8%，Mn:8%，Cr:1.9%，Μ〇:0·64%，變質(zhì)劑： 0.2%，3:0.016，？:0.013，其余為鐵。鋼液出爐前，先將變質(zhì)劑(變質(zhì)劑由50%1^-13%1^- 7%3卜30%?6和60%1'卜40%?6組成，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)各為50%。1^由50%1^203和50%060 2組 成)放入已經(jīng)烘干和加溫的鋼包底部。待鋼液提溫、終脫氧后出鋼時(shí)，用大流量鋼液沖包，實(shí) 現(xiàn)變質(zhì)處理。然后將鋼液在1520°C倒入澆包進(jìn)行零件澆鑄。
[0035] (2)、固溶處理
[0036]為了達(dá)到緩慢加熱的目的，決定在660°C時(shí)保溫2h，待鑄件內(nèi)外溫度一致后再加熱 至1040°C保溫2h。冷卻時(shí)，首先控制鑄件入水前的溫度在960°C，其次是控制出爐至入水時(shí) 間為25s，第三是入水后要使鑄件上、下竄動(dòng)或左右移動(dòng)，但不能露出水面。固溶處理結(jié)束后 的水溫為38 °C。
[0037] B、回火處理
[0038]將固溶后的中錳鋼在加熱爐中以12°C/min的速度加熱到350°C，在爐中保溫5h后 出爐空冷至室溫。
[0039]廣品的性能檢測(cè)：
[0040] 表1力學(xué)性能
[0041]
[0042] 為進(jìn)一步研究耐磨材料耐磨粒磨損性能，以接近實(shí)際工況，特將試樣加工為10 X 10 X30的方形試樣進(jìn)行動(dòng)載磨料磨損試驗(yàn)。試驗(yàn)機(jī)采用MLD-10B型動(dòng)載磨粒磨損試驗(yàn)機(jī)。上 試樣為10 X 10 X 30中錳鋼試樣，下試樣為GCrl5的對(duì)磨試樣，轉(zhuǎn)速為200r/min。磨料采用10- 20目的標(biāo)準(zhǔn)石英砂，流速控制為5kg/h。試樣磨損前后均用酒精超聲清洗，并干燥，用萬分之 一精度的天平進(jìn)行稱重。本次磨損測(cè)試為30min，并計(jì)算不同沖擊功磨損前后的磨損失重。 [0043] 表2摩擦性能
[0044]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種強(qiáng)韌性高耐磨材料，其特征在于:其含有的化學(xué)元素成分及其質(zhì)量百分比為:C: 0.75-0.85%，Si :0.7-1.1%，Μη:7·5-8·5%，Cr: 1.8-2.3%，Μο:0·35-0·65%，變質(zhì)劑： 0.2% ;S< 0.025%，Ρ< 0.025%，其余為鐵;其中變質(zhì)劑由50%Re-13%Mg-7%Si-30%Fe和 60%Ti-40%Fe組成，兩者質(zhì)量分?jǐn)?shù)各為50%，以上百分?jǐn)?shù)均為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。2. 制備如權(quán)利要求1所述的一種強(qiáng)韌性高耐磨材料的方法，包括:冶煉、固溶處理、回火 處理的步驟，其特征在于： 所述冶煉工藝為:將除變質(zhì)劑的原料裝爐熔煉，熔煉溫度控制在1640°C-1680°C，時(shí)間 為2-3h，出鋼溫度控制在1580°C-1600°C，將變質(zhì)劑采用包底沖入法加入，鋼液在1510°C-1530°C澆鑄成型； 所述固溶處理為:在650°C±10°C時(shí)保溫2-3h，待鑄件內(nèi)外溫度一致后再加熱至1050°C ± 10°C，保溫l_2h;冷卻時(shí)，首先控制鑄件入水前的溫度在950°C以上，其次是控制出爐至入 水時(shí)間，不應(yīng)超過30s，第三是入水后要使鑄件上、下竄動(dòng)或左右移動(dòng)，但不能露出水面；固 溶處理結(jié)束后的水溫不得超過50°C ; 所述回火處理為:將固溶處理后的耐磨材料在加熱爐中以10~12°C/min的速度加熱到 350°C，在爐中保溫5h后出爐空冷至室溫。
【文檔編號(hào)】C21D6/00GK105839017SQ201610356597
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年5月26日
【發(fā)明人】王玉江, 魏世丞, 梁義, 盛忠起, 郭蕾, 宋佰隆, 徐濱士
【申請(qǐng)人】中國(guó)人民解放軍裝甲兵工程學(xué)院