專利名稱：：固體自潤滑高耐磨合金鑄件材料的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明屬于合金鑄件材料領域。特別適用于粘著磨損或滑(滾)動疲勞磨損的工況條件下工作的部件。在國內(nèi)外現(xiàn)有技術中，對于自潤滑耐磨材料或復合自潤滑耐磨材料的研究和開發(fā)方面主要有以下幾種，①石墨鋼，這些石墨并非是在冶煉后凝固時形成，而是在鑄件于高溫石墨化退火時所獲得的。②含磷和其他合金鑄鐵。③以有色金屬為基的合金。④采用粉末冶金方法所制備的耐摩擦材料。該方法是將一種或幾種有一定粒度并有一定形狀的金屬粉末與改善磨擦性能的固體粉末添加劑經(jīng)混合均勻后再壓制或燒結成形。⑤采用表面改性處理使表面硬度提高。如滲碳、滲氮、氰化、低溫滲硫等方法。上述方法與材料雖然可以通過冶煉或燒結后再進行熱處理的方法獲得一定的耐摩擦性能，但它們的機械性能較低，使用范圍窄，有的材料成本昂貴，難以廣泛使用。表面處理工藝不但能源消耗大、生產(chǎn)周期長，而且生產(chǎn)工藝復雜，還要相應的成套設備，且難以控制產(chǎn)品質量的一致性。本發(fā)明的目的是提出了一種不同于常規(guī)工藝處理過的，具有高自潤滑耐磨的整體合金鑄件材料，使其整體在有相應工況條件下具備較好的機械性能和特別高的自潤滑性能并以此來減輕磨損及摩擦的作用，最終使合金鑄件材料使用壽命得以提高。根據(jù)以上目的該合金鑄件材料基本原理是以提高鋼中的S含量來達到提高材料的耐磨性能，同時在加入其它合金元素的基礎上，加入適量的稀土以改變或提高該材料的機械性能和力學性能。根據(jù)上述內(nèi)容該發(fā)明所提出的高耐磨合金鑄件，其特征在于該鑄件具體的化學成份含量(重量％)為C0．35-3．2％，Si0．8-1．2％，Mn0．5-1．2％，S1．5-3．0％，Cr0．5-3．0％，Mo0．2-0．8％，W0．2-0．6％，Re(加入量)0．1-0．2％，Ni≤0．8％，Cu≤0．6％，Ti≤0．2％，P≤0．04其余為Fe。根據(jù)上述
發(fā)明內(nèi)容，本發(fā)明合金鑄件的主要技術特征是使材料的S含量比現(xiàn)有技術鋼鐵材料標準中規(guī)定的極限還高達數(shù)10甚至數(shù)百倍；同時可以根據(jù)零部件的性能要求，調整C和其他加入合金元素的含量，以保證產(chǎn)品性能要求；該材料以整體大幅度提高自潤滑性能來減低由于摩擦、磨損作用對材料的損耗，從而達到提高材料使用壽命的最終目的。以下根據(jù)各元素在該發(fā)明中的具體作用進行詳細敘述。Cr是提高淬透性的元素，鋼中含有一定量的Cr可以使鋼具有一定的抗氧化及耐蝕性能，當Cr含量達3％時，除Cr3C外還出現(xiàn)Cr7C3型碳化物，可以提高材料的耐磨性。Cr／C比是決定淬透性的主要因素，視其材料性能要求而取不同的值對自潤滑耐磨材料來說，Cr／C比在1．4-2．9為宜。本發(fā)明中Cr的加入量定為0．5％-3％。Mo元素也可以提高淬透性，從而提高材料的整體強度和延伸性，對耐磨性也有所提高，特別是有Mn、Cr等元素復合加入時。按“傳統(tǒng)理論”S會在晶介上生成硫化鉬，使鋼產(chǎn)生熱脆，增加了鍛、軋熱加工時的困難。但MoS2又是一種極好的固體潤滑劑，在本發(fā)明超高S含量中，形成足夠的MoS2均勻分布手鋼中。本發(fā)明鑄造成型，無須熱處理工序，因此避免了熱脆的可能。Mo是一種貴重元素，本發(fā)明把Mo含量控制在0．2-0．8％。W元素在鑄件中的作用與Mo相似，但如按重量計則不如Mo顯著，它主要提高鋼的回火穩(wěn)定性、紅硬性、熱強性以及形成特殊的碳化物WC，提高其耐磨性。與Mo一樣它形成的WS2也是一種良好的固體潤滑劑。W還有減低鋼的過熱敏感件，為使本發(fā)明材料保持一定的韌性，我們把W控制在0．2-0．6％。Ti元素是極其活潑的金屬元素之一，它和S、C都有極強的親和力，形成的TiS2是一種良好的固體潤滑劑。TiC極其穩(wěn)定，不易分解，具有高的硬度，TiC在鋼中只有加熱到1000℃以上才能緩慢地溶入固溶體。在未溶入前，TiC微粒就有阻止晶粒粗大的作用，Ti雖在一定的程度上提高鋼的強度，但對鋼的韌性，特別是低溫沖擊韌性并不是個有益的元素。因為溶入鐵素體中的Ti的脆化作用，會抵消因晶粒細化對沖擊韌性所起的有利作用。故本發(fā)明視其工件對性能的要求，可以不加Ti元素或控制在≤0．2％。Ni元素提高鋼的淬透性及疲勞抗力、減少缺口敏感性，降低鋼的脆化轉變溫度，鋼中含有少量Ni，屈服比可以提高，當強度相同時，含碳量可以降低，因而韌性有所提高，但Ni與S結合，在晶介上生成NiS網(wǎng)狀組織而發(fā)生熱脆。本發(fā)明將Ni控制在≤0．8％。Cu在鋼中的某些作用，在含量低時與Ni相似，微量的Cu對提高屈服點很有效，Cu還可改善鋼液的流動性，但過高含量會造成鑄件污染。在本發(fā)明中視其工件性能要求一般不加或少加，若加也控制在≤0．6％。Re元素是一種有效的變質劑，它可以細化晶粒、凈化晶介、改變鋼中夾雜物的形態(tài)和分布，對提高韌性、抗彎強度、硬度都有益處，它是一種提高綜合性能的元素。當加入量過少時，效果不明顯，但過多時則又會造成非金屬夾雜物污染，本發(fā)明把Re元素的加入量控制在0．1-0．2％。Si是鋼中常見元素，作為合金元素加入一般不應低于0．8％，它固溶于鐵素體和奧氏體中提高其強度和硬度。但若超過1．2％，將使韌性大幅度降低。它也是一種脫氧劑。在本發(fā)明中將Si控制在0．8-1．2％范圍內(nèi)。Mn也是鋼中常見元素，它的提高淬透性作用很強，在普通低合金鋼中，利用它強化鐵素體和細化珠光體，從而提高鋼的強度。它是良好的脫氧劑，又極易于生成MnS2。也是一種同體潤滑劑本發(fā)明材料把Mn含量控制在0．5-1．2范圍內(nèi)。P元素增加鋼的脆性，尤其是低溫脆性，又是造成嚴重偏斜的元素，故在本發(fā)明中仍是要求愈低愈好。我們控制在≤0．04％。S是本發(fā)明合金鑄件材料中的關鍵元素?！皞鹘y(tǒng)觀念”從來都視硫為鋼鐵材料中的有害元素，應盡量降低在鋼鐵材料中的含量，但也不能絕對化，如鋼中含S在0．15-0．3％時鋼就變得易切削了。另外，低溫滲S技術就是使材料表面形成FeS，材料就變得具有自潤滑，耐磨性能也提高了。除FeS外，MoS2，WS2，TiS2，MnS2等都是良好的固體潤滑劑，而且S和鋼中某些元素的親和力遠遠大于和Fe的親和力。這些元素與S形成硫化物的傾向依以下順序而遞增Si，Co，Ni，F(xiàn)e，W，Mo，Al，Cr，V，Nb，Mn，Ti，Zr。在冶煉時可使鋼液中優(yōu)先穩(wěn)定地形成這些硫化物并不使進入渣相，這就可以完整地、均勻地使它們存在于合金鑄件中，形成諸多的良好的具有自潤滑作用的相。再根據(jù)工件不同要求加入不同量的C元素，使與其它加入的合金元素形成碳化物，合金鑄件的強度主要是由碳的含量來決定，在本發(fā)明中C含量定為0．35-3．2％。C可以在合金鑄件中形成WC，Cr3C(Cr7C3)，TiC和MoC等諸多的高熔點碳化物硬質相。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比較是具有自潤滑性能好和耐磨性能高，工件的使用壽命長，生產(chǎn)設備無需特殊爐型，冶煉工藝簡單，對合金鑄件無需再進行熱處理，僅需用陶瓷刀具進行精加工即可。該發(fā)明為自潤滑高耐磨整體材料，在同樣條件下使用，其效果明顯優(yōu)于現(xiàn)有技術材料。并且經(jīng)濟、實用。實施例根據(jù)本發(fā)明合金鑄件的具體化學成份，我們在中頻感應爐中，冶煉了6爐次。其出鋼溫度為1450℃-1480℃，鎮(zhèn)靜3分鐘后，分別澆注成拉伸、沖擊、硬度、線膨脹系數(shù)、磨損試驗的試樣。發(fā)明的具體實施例方式根據(jù)本材料的具體化學成分，在500kg中頻感應爐中冶煉了六爐次，對比材料的化學成分均見表1。其中1#-6#是本發(fā)明材料的各爐次化學成分。7#-12#是與本發(fā)明實施例相關的現(xiàn)有技術的材料的化學成分，其中7#為石墨鋼，8#為38CrM6Al，9#為巴氏合金，10#為銅基合金，11#為Fe基減摩材料，12#為Cu基減摩材料。本發(fā)明材料及與現(xiàn)有相關技術材料的化學成分(重量％)表1</tables>本發(fā)明材料與現(xiàn)有相關技術材料性能對比如2)；才能達到使用性能，有的原材料本身昂貴，雖具有一定的自潤滑性，但成本太高(如3、4)；有的材料是用粉末冶金方法壓制、燒結成型，由于方法本身的局限性雖有一定的自潤滑性，但由于多孔性難以避免，使機械性能差(如5、6)。顯見本發(fā)明材料與現(xiàn)有相關技術材料相比較具有良好的機械性能，且生產(chǎn)工藝簡單、經(jīng)濟、實用。權利要求1．一種固體自潤滑高耐磨合金鑄件材料，其特征在于該材料的具體化學成份為(重量％)C0．35-3．2％，Si0．8-1．2％，Mn0．5-1．2％，S1．5-3．0％，Cr0．5-3．0％，Mo0．2-0．8％，W0.2-0．6％，Re(加入量)0．1-0．2％，Ni≤0．8％，Cu≤0．6％，Ti≤0．2％，其余為Fe。全文摘要本發(fā)明屬于合金鑄件材料領域。適用于制造在要求高的自潤滑高耐磨工況條件下工作的零部件。本發(fā)明合金鑄件材料的具體成份為C0.35—3.2%,Si0.8—1.2%,Mn0.5—1.2%,S1.5—3.0%,Cr0.5—3.0%,Mo0.2—0.8%,W0.2—0.6%,Re(加入量)0.1—0.2%,Ni≤0.8%,Cu≤0.6%,Ti≤0.2%,其余為Fe。該合金鑄件與現(xiàn)有技術相比較,具有很高的自潤滑性及高的耐磨性,而且生產(chǎn)工藝簡單,部件使用壽命長和經(jīng)濟、實用的特點。文檔編號C22C38/60GK1278563SQ00109878公開日2001年1月3日申請日期2000年7月10日優(yōu)先權日2000年7月10日發(fā)明者高福池,李喜林,楊濤,高波,張曉梅,李軍,左勝申請人:高福池