專利名稱：耐磨合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶金工藝，更確切地說涉及在磨料作用條件下工作的耐磨合金。
用于采礦、建筑和挖掘作業(yè)的各種機(jī)器的特點(diǎn)是強(qiáng)烈的磨料磨損。增加這些機(jī)器工作零件的磨料耐磨性能既可提高這些機(jī)器的壽命和可靠性，降低其修理和維護(hù)費(fèi)用，并能節(jié)約金屬和電能。
這類零件的重量占這些機(jī)器總重量的16%(挖掘機(jī))到80%(巖漿泵和噴砂泵)，因此，對這些零件的需要量達(dá)數(shù)萬噸。
在強(qiáng)烈磨料摩擦作用下工作的耐磨合金是眾所周知的。
例如，已知有含下列成分(重量%)的耐磨合金C2.40-3.60;
Si0.26-1.00;
Mn1.50-2.50;
Cr0.15-0.35;
Ti0.15-0.35;
Fe余量。
(“供特殊性能鑄件用的合金鑄鐵”ΓOCT7769-82，1982)。
這種合金被廣泛用于制造例如抽汲磨料混合物的液壓機(jī)，粉煤輸送管的內(nèi)襯以及煤和礦石粉碎機(jī)的其他磨碎裝置，鏟斗和拋砂機(jī)。
該合金的硬度是HRc48(按洛氏硬度計為C級)，彎曲強(qiáng)度極限為540MPa，相對磨料磨損是0.82(用0.25-0.35×10-3m顆粒的黑色碳化硅片相互研磨一小時，按試樣的失量對標(biāo)準(zhǔn)樣塊-“噶特菲爾特鋼”的失量比來定義)，代表可塑性的撓度是2.1×10-3m(以2.0×10-1m和橫截面(10×10)×10-6m的試樣的試驗(yàn)為基準(zhǔn))。
在使用設(shè)備時具有上述性能的合金缺乏足夠的可靠性。
還有一種已知的耐磨合金，它含有下列成分(重量%)C2.4-3.6;
Si0.5-1.5;
Mn1.5-2.5;
Cr13.0-19.0;
Cu1.0-1.5;
Mo0.5-2.0Fe余量。
(“特殊性能鑄件用合金鑄鐵”ΓOCT7769-82，1982)1982)。
這種合金被用于制造在上述規(guī)定條件下工作的零件，該合金具有如下機(jī)械性能彎曲強(qiáng)度極限490MPa，硬度HRc57(按洛氏硬度計為C級)，相對磨料磨損是0.45(按上述規(guī)定的方法測定)，代表可塑性的撓度是5.0×10-3m(以2.0×10-3m和橫截面(10×10)×10-6m試樣的試驗(yàn)為基準(zhǔn))。
具有這樣性能的合金也不能完全滿足用該合金制造的設(shè)備所提出的可靠性和耐久性的要求。
還有一種已知的合金，它含有下列成分(重量%)C4.2-6.20;
Si0.2-0.80;
Mn0.20-1.20;
Cr15.0-30.0;
Nl達(dá)4.00;
Cu達(dá)1.50;
Mo達(dá)0.75Fe余量。
(，2153846)這種合金也在強(qiáng)磨料磨損條件下工作并且具有如下機(jī)械性能硬度HRc60(按洛氏硬度計為C級)，相對磨料磨損0.48(按上述方法測定)，代表可塑性的撓度是4.2×10-3m(以2.0×10-1m和橫截面(10×10)×10-6m試樣的試驗(yàn)為基準(zhǔn))。
這種合金雖然具有高于上述合金的機(jī)械性能，但在使用時仍缺乏可靠性。
還有一種已知的耐磨合金，它含有下列成分(重量%)C1.70-2.35;
Si0.60-2.00;
Mn2.80-3.90;
Cr28.0-33.0;
Ti0.05-0.30;
Zr0.05-0.30;
Fe余量。
(，A，429129)。
這種合金也在強(qiáng)磨料磨損條件下工作并且具有如下機(jī)械性能抗彎強(qiáng)度極限900MPa，硬度HRc54(按洛氏硬度計為C級)，相對磨料磨損0.68(按上述方法測定)，代表可塑性的撓度是2.5×10-3m(以2.0×10-1m和橫截面(10×10)×10-6m的試樣試驗(yàn)為基準(zhǔn))。
由上述參數(shù)可知，這種合金的可塑性、硬度和耐磨性不足以保證由該合金制造的零件可靠地和持久地工作。
本發(fā)明的任務(wù)是通過引入新的合金成分和改變成分比來獲得這樣的耐磨合金，它具有高的強(qiáng)度和可塑性，而且也有高的磨料耐磨性。
本發(fā)明的任務(wù)是這樣來解決的，即使所推薦的耐磨合金含有碳、硅、錳、鉻、鈦、鋯、鐵，并根據(jù)本發(fā)明該合金還含有鈮，其成分比(重量%)為C2.38-3.50;
Si0.01-2.50;
Mn0.20-5.50;
Cr18.50-40.00;
Ti0.03-0.20;
Zr0.02-0.48;
Nb0.05-0.16;
Fe余量。
所推薦耐磨合金的可選擇的定性組成和成分比，使該合金在合金化(變性處理)過程中經(jīng)過結(jié)晶作用之后能獲得顯微組織，該顯微組織包括高合金固溶體和由沿原生晶界分布的萊氏共晶體構(gòu)成的高強(qiáng)度耐磨骨架以及均勻地分布在晶粒和亞晶粒所處的范圍內(nèi)，也均勻地分布在萊氏體中的高強(qiáng)度彌散相-金屬與金屬的化合物。在此情況下，使晶粒和枝狀結(jié)晶發(fā)生了本質(zhì)上的變化。
這種結(jié)構(gòu)能夠達(dá)到高強(qiáng)度、高強(qiáng)度和高磨料耐磨性，同時具有良好的可塑性。
捎陟匾蜃擁淖饔?，蕼辖灾]昵氳暮轄鷸兇鈑駁念晏薊鐿甑锏靡蘊(yùn)岣咚吶ǘ群妥櫓木刃?，震q褪嗆轄鸝傷芐蘊(yùn)岣叩腦頡Ｔ謖庵智榭魷攏諞殉ゲ幌Ｍ腦又剩ɡ緦蚧錆土諄錚┑木Я脫薔Я５南嘟縞系撓α芯腿菀姿沙凇 鈮對提高強(qiáng)度、硬度和耐磨性的作用與鈮原子在高彌散的金屬與金屬的化合物中部分地取代了鋯原子和鈦原子有關(guān)，也與鈮原子提高了金屬與金屬的化合物及固溶體的晶格常數(shù)不一致性有關(guān)，因此就提高了金屬與金屬的化合物及固溶體的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度。在這種情況下提高了所申請合金的強(qiáng)度、硬度和耐磨性。
鈮含量降低到0.05%(重量)以下會導(dǎo)致合金強(qiáng)度降低，因?yàn)樵谶@種情況下，鈮不能形成金屬與金屬化合物晶格，同時使可塑性下降，因?yàn)楹辖鹞茨苓_(dá)到濃度上和結(jié)構(gòu)上充分的均勻性。
鈮含量增加到0.16%(重量)以上就會由于脆化而使合金的可塑性降低，這種脆化是由于過高地提高了其強(qiáng)度和因應(yīng)力松弛的條件惡化形成了應(yīng)力集中點(diǎn)而造成的。
與眾所周知的合金相比，所推薦的合金也具有良好工藝性能。例如，在冶煉和熱處量過程中的過熱條件下具有高抗裂性。這是因?yàn)樵阝壍淖饔孟?，所述合金向較高結(jié)晶溫度一方收縮和流動。
而這也是在采用常規(guī)工藝焊接時所推薦合金可與鋼焊接的原因。
由于降低了疏松度及氣孔和裂紋的數(shù)量，采用所推薦的合金能明顯提高鑄件質(zhì)量，改善鑄型內(nèi)的液態(tài)流動性和填充性。
所推薦耐磨合金的冶煉，是通過裝入和熔化這樣的爐料來進(jìn)行的，該爐料包括生鐵和鋼(例如廢鋼，本身生產(chǎn)的返回鋼及其類似物)，一定量的鉻鐵合金、錳鐵合金、硅鐵合金，以保證在所需要的合金中達(dá)到符合所申請發(fā)明量的碳、硅、錳和鉻。把含有鈦、鋯、鈮的鐵合金或中間合金以粉碎的形式加入熔體。
為了更好地理解本發(fā)明，列舉出申請合金的下列實(shí)施方案。
實(shí)施例1耐磨合金的成分(重量%)為C2.36，Si2.00，Mn0.80，Cr20.50，Ti0.03，Zr0.30，Nb0.08，F(xiàn)e余量用這種合金制造用于攪拌硅酸鹽和粘土的攪拌槳上的外襯層。為了進(jìn)行對比，用已知的耐磨合金(C2.0%、Si1.3%、Mn3.3%、Cr30.5%、Ti0.17%、Zr0.17%、Fe余量)(，A，429129)制造相同的零件并用該零件進(jìn)行機(jī)械性能和使用性能試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果列入下表。
實(shí)施例耐磨合金成分(重量%)為C3.50，
Si2.00，Mn2.00，Cr20.00，Ti0.10，Zr0.10，Nb0.10，F(xiàn)e余量。
按類似實(shí)施例1中所述的方法，在用于石油鉆井作業(yè)中加工水泥漿的水力渦旋機(jī)的圓錐體上試驗(yàn)這種合金。試驗(yàn)結(jié)果列入下表。
實(shí)施例3耐磨合金成分(重量%)為C3.10，Si1.80，Mn2.40，Cr23.00，Ti0.20，Zr0.15，Nb0.08，F(xiàn)e余量。
用這種合金制造噴砂泵的工作零件。在金剛石開采礦山按類似實(shí)施例1中所述的方法進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果列入下表。
實(shí)施例4耐磨合金成分(重量%)為C3.50，
Si2.50，Mn1.80，Cr40.00，Ti0.20，Zr0.48，Nb0.05，F(xiàn)e余量。
用這種合金制造排渣系統(tǒng)管道的異徑接頭。在熱力站按類似實(shí)施例1中的規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果列入下表。
實(shí)施例5耐磨合金成分(重量%)為C3.20，Si1.80，Mn3.80，Cr22.00，Ti0.10，Zr0.05，Nb0.12，F(xiàn)e余量。
用這種合金制造加工水泥槳的碾碎部件(球、磨輥)。按類似實(shí)施例1中所述的方法進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果列入下表。
實(shí)施例6耐磨合金成分(重量%)為C2.90，
Si2.00，Mn2.00，Cr19.00，Ti0.20，Zr0.48Nb0.05Fe余量。
用這種合金制造廢料場推渣機(jī)的鏟刀刃。按類似實(shí)施例1中所述的方法進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果列入下表。
實(shí)施例7耐磨合金成分(重量%)為C3.10，Si1.25，Mn1.50，Cr20.00，Ti0.11，Zr0.20，Nb0.08，F(xiàn)e余量。
用這種合金制造制磚業(yè)的壓磚機(jī)的螺旋推進(jìn)器的部件。按類似實(shí)施例1中所述的方法進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果列入下表。
實(shí)施例8耐磨合金成分(重量%)為C2.80，
Si0.01，Mn0.20，Cr18.50，Ti0.03，Zr0.30，Nb0.05，F(xiàn)e余量。
用這種合金制造鉆探工具沖洗管道的出口襯套。按類似實(shí)施例1中所述的方法進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果列入下表。
實(shí)施例9耐磨合金成分(重量%)為C2.80，Si1.90，Mn5.50，Cr25.00，Ti0.10，Zr0.25，Nb0.10，F(xiàn)e余量。
用這種合金制造在造紙生產(chǎn)中用于磨碎木材漿的纖維分離機(jī)的弓形部件。按類似實(shí)施例1中所述的方法進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果列入下表。
實(shí)施例10耐磨合金成分(重量)為C2.50，
Si1.90，Mn1.90，Cr28.00，Ti0.08，Zr0.40，Nb0.16，F(xiàn)e余量。
用這種合金制造木材加工刀具。按類似實(shí)施1中所述的方法進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果列入下表。
實(shí)施例11耐磨合金成分(重量%)為C2.40，Si0.80，Mn0.40，Cr26.00Ti0.10，Zr0.02，Nb0.05，F(xiàn)e余量。
用這種合金制造飼料加工粉碎機(jī)刀刃。按類似實(shí)施例1中所述的方法進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果列入下表。
表
1.抗彎強(qiáng)度極限MPa11011411299114992.硬度HRc616665646565(按洛氏硬度C級)3.代表可塑性的6.06.06.16.06.06.1撓度(以2.0×10-1m和橫截面(10×10)×10-6m的試樣試驗(yàn)為基準(zhǔn))續(xù)表
實(shí)施例編號12345674.相對磨料磨損(按上述方法0.350.340.340.360.350.36測定)
5.工作期限是以已知的合金作451.5263為1來進(jìn)行比較
權(quán)利要求
1.含有碳、硅、錳、鉻、鈦、鋯和鐵的耐磨合金，其特征在于，在下列成分比(重量%)中還含有鈮C 2.38-3.50，Si 0.01-2.50，Mn 0.20-5.50，Cr 18.50-40.00，Ti 0.03-0.20，Zr 0.02-0.48，Nb 0.05-0.16，F(xiàn)e 余量。
全文摘要
本發(fā)明涉及冶金。含有碳、硅、錳、鉻、鈦、鋯和鐵的耐磨合金，按照本發(fā)明，在下列分比(重量％)中附加含有鈮
文檔編號C22C38/36GK1036993SQ88102590
公開日1989年11月8日 申請日期1988年4月11日 優(yōu)先權(quán)日1988年4月11日
發(fā)明者維克多·伊克尼維奇·柏尼, 安娜多利維斯李維奇·絲維特克, 朱里·多娜特維奇·諾維米斯克, 伊萬·伊萬諾維奇·克斯帕瑟夫, 米克伊里·蒂米諾維奇·包瑞瑟夫, 伊諾克蒂·伊諾克維奇·雅克利夫, 伊格·米克羅維奇·阿莫瑟夫, 伊萬·伊萬諾維奇·莫斯蒂斯, 安德雷·安德瑞維奇·查洛夫, 伊瑞娜·克斯塔提娜·達(dá)瑞夫娃, 尼克雷·尼克羅維奇·克雷克夫, 佛雷蒂克·阿勒安雷維奇·魯克 申請人:蘇聯(lián)科學(xué)院西伯利亞分院固體物理和材料科學(xué)研究所, 蘇聯(lián)科學(xué)院西伯利亞分院北雅庫特技術(shù)物理研究所