一種耐磨合金材料及其復(fù)合變質(zhì)處理方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種耐磨合金材料及其復(fù)合變質(zhì)處理方法，按重量百分比含有以下組分：2.0%~3.0%的C、0.30%～1.00%的Si、0.20%～1.00%的Mn、11.00%～14.00%的Cr、0.05%～0.20%的Mo、0.003%～0.010%的B、0.010%～0.030%的Ti、0.05%～0.15%的V以及余量的Fe為原料，其中，Ti和B的重量比大于2.5，V和Ti的重量比大于3，通過特殊的復(fù)合變質(zhì)處理工藝加工而成。用本發(fā)明配方及加工工藝制得的高鉻磨球，具有良好的耐磨性、高硬度、高韌性及抗高沖擊性能的特點。
【專利說明】一種耐磨合金材料及其復(fù)合變質(zhì)處理方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及耐磨合金【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，是一種耐磨合金材料及其復(fù)合變質(zhì)處理方法。

【背景技術(shù)】
[0002]磨損是許多工業(yè)部門普遍存在并成為引起設(shè)備失效或材料破壞的一個重要原因，同時其也消耗了大量的能源和材料。由耐磨合金鑄鋼制造的各種工程挖掘機和裝載機斗齒、各種耐磨輸送管道、各種破碎機錘頭和顎板、各種履帶板，由于處于高強度、惡劣氣候等工作條件，其磨損情況更加嚴(yán)重。
[0003]目前的技術(shù)現(xiàn)狀是:一類是強調(diào)材料的高韌性，一類是強調(diào)材料的抗磨性。而無法達(dá)到一個有效的統(tǒng)一，尤其是在用于室外礦山開采、挖掘等工程機械上的應(yīng)用。高錳鋼的耐磨性是有條件的，而且其屈服強度低、易于變形；低、中合金耐磨鋼具有較好的強韌性，低、中沖擊載荷下的耐磨性優(yōu)于高錳鋼，但存在淬透性和淬硬性低的問題，耐磨性較差；高鉻鑄鐵組織中含有超過20%的高硬度共晶碳化物，具有優(yōu)異的耐磨性，可是存在合金元素含量高、生產(chǎn)成本高以及高溫?zé)崽幚硪鬃冃伍_裂的不足；普通白口鑄鐵和低合金白口鑄鐵碳化物硬度低，碳化物呈連續(xù)狀分布，脆性大，使用中易剝落甚至開裂。
[0004]針對現(xiàn)狀，得到一種生產(chǎn)工藝簡單、成本低、強韌性高、淬透性與淬硬性好且無污染，同時保證在低溫環(huán)境中的良好工作，并在多工礦條件下中也能良好使用的耐磨合金鑄鋼已成為一項技術(shù)問題。同時人們也認(rèn)識到提供一種新的與耐磨合金鑄鋼的合金成分相適應(yīng)的熱處理工藝及編制處理工藝不僅是制造耐磨合金鑄鋼的技術(shù)環(huán)節(jié)，同時，合理的熱處理工藝也將對耐磨合金鑄鋼的機械性能具有積極的作用，使合金成分得到更有效的利用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的在于提供一種耐磨合金材料及其復(fù)合變質(zhì)加工工藝，通過采用獨特的配方及復(fù)合變質(zhì)加工工藝，通過本發(fā)明澆注成型的產(chǎn)品具有高耐磨、高硬度、高韌性以及高抗沖擊性能的特點。
[0006]本發(fā)明是通過如下技術(shù)手段實現(xiàn)的:
一種耐磨金屬材料，按重量百分比含有以下組分:2.0%~3.0%的C、0.30%~1.00%的Si,0.20% ~1.00% 的 Μη、11.00% ~14.00% 的 Cr、0.05% ~0.20% 的 Μο、0.003% ~0.010%的Β、0.010%~0.030%的T1、0.05%~0.15%的V以及余量的Fe為原料，其中，Ti和B的重量比大于2.5，V和Ti的重量比大于3。
[0007]本發(fā)明的耐磨金屬材料的復(fù)合變質(zhì)加工工藝，包括以下步驟:
(I)對鋼鐵進行成分檢測，選取C、P、S含量合格的鋼鐵為主料，再按權(quán)利要求1所述的比例范圍加入鉻鐵，送入熔煉爐中進行升溫熔煉，當(dāng)鐵水溫度達(dá)到1450~1480°C時，取樣進行化學(xué)成分分析，并通過微調(diào)以控制各成分的重量百分比，當(dāng)溫度達(dá)到1500~1510°C時，依次進行沉淀脫氧和終脫氧；(2)將步驟⑴中脫氧的鋼水冷卻至1490~1500°C，向熔煉爐內(nèi)撒入集渣劑并扒凈爐內(nèi)渣后，按權(quán)利要求1所述重量比加入經(jīng)200°C烘烤過的粒度為5~1mm的硼鐵、鑰鐵和鈦鐵，繼續(xù)熔煉3~5分鐘，完成爐內(nèi)一次變質(zhì)處理，經(jīng)終脫氧后出爐；
(3)二次變質(zhì)劑的配制:按重量百分比取工業(yè)硝酸鉀20%、經(jīng)150°C烘烤的稀土硅鐵合金75%、經(jīng)150°C烘烤的稀土鎂硅鐵合金5%混合均勻配制成二次變質(zhì)劑，其中所述稀土硅鐵合金的粒度為I~10mm，稀土的重量百分比為20~22% ;所述稀土鎂硅鐵合金的粒度為2~8mm，稀土的重量百分比為6~9%，鎂的重量百分比為6~8% ；
(4)在1520~1530°C下，用步驟(3)中所得的二次變質(zhì)劑對步驟(2)中經(jīng)一次變質(zhì)處理后的鐵水用包內(nèi)沖入法進行二次變質(zhì)處理，其中，所述二次變質(zhì)劑與鐵水的重量比為1:260 ~1:250 ;
(5)向經(jīng)二次變質(zhì)處理的鐵水中加入集渣劑并扒凈包內(nèi)渣子2~3次，隨后再撒入一層集渣劑，并在15分鐘以內(nèi)澆注完畢，得到鑄件；
(6)將鑄件升溫至930~960°C，進行高溫淬火，在340~360°C下回火，其中，所述高溫淬火的保溫時間為每25mm壁厚保溫I小時，所述回火的保溫時間為每25mm壁厚保溫1.5~2小時，得到成品。
[0008]所述高溫淬火選自空淬或油淬。
[0009]本發(fā)明采用特定的成分配方，通過復(fù)合變質(zhì)處理，分別進行兩次，一次在爐內(nèi)，一次在包內(nèi)，實現(xiàn)了所得超抗磨產(chǎn)品(如:耐磨鋼球破碎機錘頭和顎板、各種履帶板)的高耐磨、高硬度、高韌性以及抗高沖擊性能的目的，從而延長了產(chǎn)品的的使用壽命，節(jié)約了能耗以及原材料的消耗，降低了運營成本。

【具體實施方式】
[0010]以下通過【具體實施方式】進一步描述本發(fā)明，由技術(shù)常識可知，本發(fā)明也可通過其它的不脫離本發(fā)明技術(shù)特征的方案來描述，因此所有在本發(fā)明范圍內(nèi)或等同本發(fā)明范圍內(nèi)的改變均被本發(fā)明包含。
[0011]實施例1:
按照如下方法制備超抗磨高鉻多合金磨球:
(I)對100公斤鋼鐵進行成分檢測，根據(jù)檢測結(jié)果，其C、S、P的含量均在要求的范圍之內(nèi)，含有的其他元素的種類符合要求，且含量均未超標(biāo)，在檢測合格的鋼鐵中加入24公斤含鉻量為58%的鉻鐵，送入熔煉爐中進行升溫熔煉，當(dāng)鐵水溫度達(dá)到1460°C時，取樣進行化學(xué)成分分析，C:2.12%, Si:0.56%,Mn:0.53%,P:0.031%, S:0.022%,Cr:11.6%、Mo:0.11%、B:0.0085%、Ti:0.021%, V:0.097%，所有成分含量均在要求的范圍內(nèi)，無需微調(diào)，當(dāng)溫度達(dá)到1530°C時，依次進行沉淀脫氧和終脫氧；(2)將步驟(1)中脫氧的鋼水冷卻至1500°C，向熔煉爐內(nèi)撒入500克集渣劑并扒凈爐內(nèi)渣后，加入0.04公斤烘烤過的含硼量為18%的硼鐵、0.22公斤烘烤過的含鑰量為55%的鑰鐵和0.08公斤烘烤過的含鈦量為30%的鈦鐵，繼續(xù)熔煉3分鐘，完成爐內(nèi)一次變質(zhì)處理，經(jīng)終脫氧后出爐；
(3)二次變質(zhì)劑的配制:取100克工業(yè)硝酸鉀、370克經(jīng)150°C烘烤的稀土硅鐵合金、27克經(jīng)150°C烘烤的稀土鎂硅鐵合金混合均勻配制成二次變質(zhì)劑，其中所述稀土硅鐵合金的粒度為8_，稀土的重量百分比為21% ;所述稀土鎂硅鐵合金的粒度為6_，稀土的重量百分比為8%，鎂的重量百分比為7% ；
(4)在1520°C下，用步驟(3)中所得的二次變質(zhì)劑對步驟(2)中經(jīng)一次變質(zhì)處理后的鐵水用包內(nèi)沖入法進行二次變質(zhì)處理，其中，所述二次變質(zhì)劑與鐵水的重量比為1:250 ；
(5)向經(jīng)二次變質(zhì)處理的鐵水中加入100克集渣劑并扒凈包內(nèi)渣子2~3次，隨后再撒入50克集渣劑，在10分鐘澆注到抗磨高鉻多合金磨球的模具內(nèi)，得到抗磨高鉻多合金磨球的鑄件；
(6)將鑄件升溫至960°C，進行高溫油淬，在350°C下回火，其中，所述高溫淬火的保溫時間為每25mm壁厚保溫I小時，所述回火的保溫時間為每25mm壁厚保溫2小時，得到抗磨高鉻多合金磨球的成品。
[0012]實施例2:
按照如下方法制備履帶板:
(1)對60公斤鋼鐵進行成分檢測，根據(jù)檢測結(jié)果，其C、S、P的含量均在要求的范圍之內(nèi)，含有的其他元素的種類符合要求，且含量均未超標(biāo)，在檢測合格的鋼鐵中加入17公斤含鉻量為58%鉻鐵，送入熔煉爐中進行升溫熔煉，當(dāng)鐵水溫度達(dá)到1460°C時，取樣進行化學(xué)成分分析，分析結(jié)果為 C:2.74%、Si:0.48%、Mn:0.54%、P:0.031%、S:0.032%、Cr:12.35%、Mo:0.07%、B:0.0044%、T1:0.017%，V:0.061%，所有成分含量均在要求的范圍內(nèi)，無需微調(diào)，當(dāng)溫度達(dá)到1500°C時，依次進行沉淀脫氧和終脫氧；
(2)將步驟(1)中脫氧的鋼水冷卻至1480°C，向熔煉爐內(nèi)撒入500克集渣劑并扒凈爐內(nèi)渣后，加入0.03公斤烘烤過的含硼量為18%硼鐵、0.20公斤烘烤過的含鑰量為55%的鑰鐵和0.07公斤烘烤過的含鈦量為30%鈦鐵，繼續(xù)熔煉3分鐘，完成爐內(nèi)一次變質(zhì)處理，經(jīng)終脫氧后出爐；
(3)二次變質(zhì)劑的配制:取60克工業(yè)硝酸鉀、225克經(jīng)150°C烘烤的稀土硅鐵合金、15克經(jīng)150°C烘烤的稀土鎂硅鐵合金混合均勻配制成二次變質(zhì)劑，其中所述稀土硅鐵合金的粒度為8_，稀土的重量百分比為21% ;所述稀土鎂硅鐵合金的粒度為6_，稀土的重量百分比為8%，鎂的重量百分比為7% ；
(4)在1520°C下，用步驟(3)中所得的二次變質(zhì)劑對步驟(2)中經(jīng)一次變質(zhì)處理后的鐵水用包內(nèi)沖入法進行二次變質(zhì)處理，其中，所述二次變質(zhì)劑與鐵水的重量比為1:250 ；
(5)向經(jīng)二次變質(zhì)處理的鐵水中加入100克集渣劑并扒凈包內(nèi)渣子2~3次，隨后再撒入50克集渣劑，在10分鐘澆注到履帶板的模具內(nèi)，得到履帶板的鑄件；
(6)將鑄件升溫至960°C，進行高溫油淬，在350°C下回火，其中，所述高溫淬火的保溫時間為每25mm壁厚保溫I小時，所述回火的保溫時間為每25mm壁厚保溫1.5小時，得到履帶板的成品。
[0013]對比實施例:
采用市場上購買的與實施例中相同規(guī)格的現(xiàn)有磨球作為對比實施例。
[0014] 性能測試
1、硬度測試
采用型號為HR-150A的洛氏硬度計對實施例以及對比實施例1中的磨球進行硬度測試，測試結(jié)果如表1所示。
[0015]表1:

【權(quán)利要求】
1.一種耐磨金屬材料，其特征在于，按重量百分比含有以下組分:2.0%~3.0%的C、0.30% ~1.00% 的 Si,0.20% ~1.00% 的 Mn、11.00% ~14.00% 的 Cr,0.05% ~0.20% 的 Mo、0.003% ~0.010% 的 Β、0.010% ~0.030% 的 T1、0.05% ~0.15% 的 V 以及余量的 Fe 為原料，其中，Ti和B的重量比大于2.5，V和Ti的重量比大于3。
2.—種加工權(quán)利要求1所述的耐磨金屬材料的復(fù)合變質(zhì)加工工藝,其特征在于,包括以下步驟: (1)對鋼鐵進行成分檢測，選取C、P、S含量合格的鋼鐵為主料，再按權(quán)利要求1所述的比例范圍加入鉻鐵，送入熔煉爐中進行升溫熔煉，當(dāng)鐵水溫度達(dá)到1480~1500°C時，取樣進行化學(xué)成分分析，并通過微調(diào)以控制各成分的重量百分比，當(dāng)溫度達(dá)到1540~1560°C時，依次進行沉淀脫氧和終脫氧； (2)將步驟⑴中脫氧的鋼水冷卻至1510~1520°C，向熔煉爐內(nèi)撒入集渣劑并扒凈爐內(nèi)渣后，按權(quán)利要求1所述重量比加入經(jīng)200°C烘烤過的粒度為5~1mm的硼鐵、鑰鐵和鈦鐵，繼續(xù)熔煉3~5分鐘，完成爐內(nèi)一次變質(zhì)處理，經(jīng)終脫氧后出爐； (3)二次變質(zhì)劑的配制:按重量百分比取工業(yè)硝酸鉀20%、經(jīng)150°C烘烤的稀土硅鐵合金75%、經(jīng)150°C烘烤的稀土鎂硅鐵合金5%混合均勻配制成二次變質(zhì)劑，其中所述稀土硅鐵合金的粒度為I~10mm，稀土的重量百分比為20~2% ;所述稀土鎂硅鐵合金的粒度為2~8mm，稀土的重量百分比為6~9%，鎂的重量百分比為6~8% ； (4)在1540~1560°C下，用步驟(3)中所得的二次變質(zhì)劑對步驟(2)中經(jīng)一次變質(zhì)處理后的鐵水用包內(nèi)沖入法進行二次變質(zhì)處理，其中，所述二次變質(zhì)劑與鐵水的重量比為1:260 ~1:250 ; (5)向經(jīng)二次變質(zhì)處理的鐵水中加入集渣劑并扒凈包內(nèi)渣子2~3次，隨后再撒入一層集渣劑，并在15分鐘以內(nèi)澆注完畢，得到鑄件； (6)將鑄件升溫至930~960°C，進行高溫淬火，在340~360°C下回火，其中，所述高溫淬火的保溫時間為每25_壁厚保溫I小時，得到成品。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)合變質(zhì)加工工藝，其特征在于:所述高溫淬火選自空淬或油淬。
【文檔編號】C22C37/10GK104178685SQ201410388805
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月8日
【發(fā)明者】姬勝國 申請人:無棣向上機械設(shè)計服務(wù)有限公司