普通方法提高硼收的率10%以上，使含硼高鉻鑄鐵性能穩(wěn)定。④該含硼高 鉻鑄鐵具有優(yōu)異的耐磨性，達(dá)到甚至超過了含鉬、鎳高鉻白口鑄鐵水平。但該含硼高鉻耐磨 鑄鐵由于含硼量?。ī? 15~0. 3%)，合金中的硼化物含量少，使其耐磨性能仍然較低；由于 含硼高鉻耐磨鑄鐵中的碳含量高（2. 5~3. 5%C)，使其韌性較低，在重載、大沖擊磨損工況 下使用其安全性能差；由于采用較多的合金進(jìn)行變質(zhì)處理，造成變質(zhì)處理工藝復(fù)雜，成本增 加。
[0008] 中國發(fā)明專利CN 101660097B公開了高硼高鉻低碳耐磨合金鋼及其制備方法，其 特征在于高硼高鉻低碳耐磨合金鋼的化學(xué)成分為(重量％):〇. 10~0. 5% C，3~26% Cr， 0· 5 ~1. 2% Si，0. 5 ~1. 5% Μη，0· 3 ~2. 8% B，0· 3-2. 6% Cu，0. 2-0. 6% Ti，0· 02-0. 15% Ca，0. 03-0. 25% Ce, 0· 02-0. 18% Ν，0· 05 ~0· 3% Nb，0. 04 ~0· 09% Α1，0· 02 ~0· 15% Mg， 0. 04-0. 13%K，S〈0. 03%，P〈0. 04%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素。該專利雖然經(jīng)營硬 度高、耐磨性和熱穩(wěn)定好的高含量的硼化物和高含量的具有高硬度的鉻及鉻的碳化物作為 耐磨合金的硬質(zhì)相，硼化物鑲嵌在髙韌性的馬氏體基體上，獲得具有髙強(qiáng)韌性、高耐磨性， 不含鎳和鉬元素的低成本高硼高鉻低碳耐磨合金鋼。但是該材料在高沖擊應(yīng)力工況下的強(qiáng) 韌性仍然不足，從而限影響了該材料工業(yè)化應(yīng)用。
[0009] 含硼高鉻鑄鐵盡管具有良好的耐磨性能，但是硼元素的加入造成碳化物數(shù)量和硼 化物數(shù)量的增加，將引起高鉻鑄鐵合金的韌性降低，如果要提高韌性則需加入鉬、鎳等昂貴 合金元素，使生產(chǎn)成本增加。因此，含硼高鉻鑄鐵雖然在國內(nèi)外均進(jìn)行了研究，但由于其強(qiáng) 度和韌性未有得到解決，致使其一直未能得到廣泛推廣和應(yīng)用。
[0010] 眾所周知，材料在巨大局部載荷作用下不損壞的關(guān)鍵是具有韌性好的基體。為此， 近年來，國內(nèi)外開展了奧氏體高鉻鑄鐵的研究和開發(fā)，已取得了較好的應(yīng)用效果。亞穩(wěn)奧氏 體基耐磨材料在使用中的一個(gè)顯著特點(diǎn)就是具有加工硬化性能。此種材料工作時(shí)，奧氏體 基體可承受局部沖擊，且產(chǎn)生一定的加工硬化效果，在較大的沖擊力或摩擦力作用下，處于 亞穩(wěn)狀態(tài)下的奧氏體基耐磨材料表層發(fā)生塑性變形，誘發(fā)材料表面組織中的奧氏體向馬氏 體轉(zhuǎn)變，產(chǎn)生強(qiáng)烈的加工硬化現(xiàn)象，使材料表層不斷的層層硬化，硬度比使用前急劇提高。 根據(jù)沖擊摩擦能量大小的不同，表層硬度約提高HRC(5~15)個(gè)單位。同時(shí)由于硼化物顆粒 增強(qiáng)耐磨材料心部仍保持奧氏體組織所有的強(qiáng)韌性，能抑制裂紋的擴(kuò)展作用，降低了硼化 物顆粒增強(qiáng)耐磨材料的破裂和剝落傾向，尤其是降低了硼化物、碳化物斷裂和剝落的程度， 極大地提高了合金的抗沖擊磨損能力?？梢哉f，碳化物和奧氏體雙相組織在磨損過程中互 相支撐，相得益彰。具有這樣顯微組織的材料能夠承受惡劣的工作條件。在合適的工作條 件下，其抗磨性可達(dá)到甚至超過熱處理狀態(tài)的馬氏體白口鑄鐵。
[0011] 由于亞穩(wěn)奧氏體塑性變形能力較好，它與碳化物界面的結(jié)合強(qiáng)度也較高，同時(shí)在 沖擊作用下，由于能產(chǎn)生加工硬化而使材料表面硬度提高，從而起到支撐和保護(hù)碳化物的 作用。而馬氏體基體由于變形能力小，抵抗裂紋擴(kuò)展能力差，當(dāng)物體在馬氏體表面發(fā)生磨損 時(shí)，材料表面局部區(qū)域受很大應(yīng)力，極易使裂紋擴(kuò)展，對硬脆的硼化物和碳化物破壞作用很 大。在沖擊和鑿削作用下極容易產(chǎn)生疲勞剝落和脆性剝落致使失重量增大，這時(shí)需要提高 材料的顯微韌性，增加局部應(yīng)力集中的緩和能力才可以提高耐磨性。因此，在沖擊磨損條 件下，馬氏體基體材料的耐磨性不如奧氏體基體的好。
[0012] 但是，鑄造合金所形成的奧氏體基體的亞穩(wěn)狀態(tài)，與碳鋼的殘余奧氏體不同，它要 具有一定的相對穩(wěn)定性，而在摩擦磨損時(shí)表層又易于形變誘發(fā)馬氏體相變。同時(shí)，這種合金 還有較高的沖擊韌性。
[0013] 更為重要的是，當(dāng)耐磨材料的奧氏體組織處于亞穩(wěn)狀態(tài)時(shí)，在摩擦磨損過程中， 表層奧氏體基體產(chǎn)生大量位錯(cuò)和層錯(cuò)。不同滑移系中的位錯(cuò)相互交截、纏結(jié)、制約著彼此運(yùn) 動(dòng)，從而形成位錯(cuò)叢聚，構(gòu)成亞晶界位錯(cuò)墻。而位錯(cuò)叢聚區(qū)及層錯(cuò)區(qū)也正是α馬氏體和ε馬氏體的形核地，在摩擦應(yīng)力作用下，表層亞穩(wěn)奧氏體在磨損過程中誘發(fā)（α + ε)馬氏體 相變，從而磨損表面以形成α馬氏體為主，次表層以形成ε馬氏體為主，使表層硬度得以 大幅度提高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通奧氏體加工硬化所達(dá)到的硬度。并且形成一個(gè)從表層向心部的 負(fù)的硬度梯度，增強(qiáng)了合金的抗沖擊磨損能力。另外，由于合金中的奧氏體基體處于亞穩(wěn) 狀態(tài)，當(dāng)表面誘發(fā)相變馬氏體硬化層磨掉之后，下面的奧氏體在摩擦應(yīng)力作用下繼續(xù)誘發(fā) 相變馬氏體產(chǎn)生。從能量角度來看，表層亞穩(wěn)奧氏體在磨損過程中誘發(fā)馬氏體相變，必然要 吸收和消耗部分能量。這樣，就造成磨損破裂的畸變能中有一部分消耗于這種組織轉(zhuǎn)變，從 而使材料磨損減少，即材料耐磨性提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種以硬度高、耐磨性好，并具有 高強(qiáng)韌性、高硼化物含量的具有高硬度的鉻及鉻的碳化物作為耐磨合金的硬質(zhì)相，硼化物 鑲嵌在髙韌性的馬氏體基體上，獲得具有髙強(qiáng)韌性、高耐磨性，低成本高韌性含硼高速鋼及 其制備方法。
[0015] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明可以通過以下基本化學(xué)成分的設(shè)計(jì)和技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)： 本發(fā)明所提供的一種高韌性含硼高速鋼的化學(xué)成分及其質(zhì)量百分比為；〇. 30~0. 6% C，3. 5 ~5. 0% Cr，0. 4 ~1. 15% Si，3. 4 ~5. 2% Μη，0· 8 ~2. 5% Β，0· 9 ~2. 8% Μο, 1. 0 ~ 3. 2% W，0· 5 ~1. 5% V，0· 6 ~1. 8% Cu，0· 5 ~1. 2% Ti，0· 05 ~0· 20% Ca，0· 05 ~0· 25% Ce，0· 05 ~0· 2% Υ，0· 02 ~0· 18% Ν，0· 05 ~0· 3% Nb，0. 12 ~0· 25% Mg，0. 06 ~0· 15Ba， 0. 04~0. 13%K，S < 0. 03%，P < 0. 04%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素。
[0016] 本發(fā)明所提供的高韌性含硼高速鋼及其制備方法，其制造工藝步驟是： (1) 供硼劑和變質(zhì)孕育劑制造： 將釩鐵、鈦鐵、氧化鉀、硅鈣鋇合金、含氮鉻鐵、含氮釩鐵破碎成60~100目的粉末，將 60~100目的隊(duì)、818203、3丨#4和變質(zhì)元素稀土〇6、￥-起按照質(zhì)量百分比0.8~2.5%8， 0· 5 ~1. 2% Ti，0· 10 ~0· 30% V，0· 05 ~0· 20% Ca，0· 05 ~0· 25% Ce，0· 05 ~0· 2% Y， 0.02~0.18%10.05~0.3%他，0.12~0.25%]\%，0.06~0.158&，0.04~0.13%1(配比 后混合均勻，采用厚度0. 12~0.25mm低碳鋼鋼帶包裝，滾乳成直徑8~15mm金屬包芯線， 或者直接裝入低碳鋼管中； (2) 冶煉 將廢鋼、絡(luò)鐵在電爐中恪化，鋼水恪清后加入銅板、娃鐵、猛鐵、鑰鐵、媽鐵、I凡鐵，控制 碳含量達(dá)到要求，爐前調(diào)整成分合格后，將熔體溫度升高至1560~1620°C，加入硅鈣合金 進(jìn)行預(yù)脫氧，加入鋁終脫氧； (3) 加硼和變質(zhì)孕育處理 將（1)所制造的供硼劑和變質(zhì)孕育劑金屬包芯線通過喂線機(jī)，按照所需質(zhì)量百分比含 量加入到冶煉好的鋼水中加硼和變質(zhì)孕育處理，或?qū)ⅲ?)所制造的供硼劑和變質(zhì)孕育劑鋼 管，按照所需質(zhì)量百分比含量添加到冶煉好的鋼水中加硼和變質(zhì)孕育處理，或者直接添加 到鋼包內(nèi)澆注的鋼水中進(jìn)行加硼和變質(zhì)孕育處理； (4) 澆注成型 將經(jīng)處理好的鋼水在砂型或金屬型內(nèi)澆注成鑄件，或在離心機(jī)上采用離心復(fù)合鑄造法 澆注成外層為高硼高鉻耐磨合金鋼，內(nèi)層為鑄鐵、合金鑄鐵、球墨鑄鐵或低合金鋼的雙金屬 復(fù)合材料，熔體澆注溫度1400~1450°C ; (5) 熱處理 ① 鑄件清理后，在700~780°C溫度下保溫4 一 6小時(shí)進(jìn)行亞臨界空淬，將基質(zhì)分解成 鐵素體和碳化物的混合體，使其基體形成亞穩(wěn)奧氏體組織，并使其硬度降低到30~35HRC， 以便于進(jìn)行機(jī)械加工； ② 鑄件清理后，或經(jīng)機(jī)械加工后，將鑄件或加工件在920~1150°C保溫2 - 4小時(shí)進(jìn)行 熱處理，使其硬化以形成亞穩(wěn)奧氏體，然后進(jìn)行空冷到室溫，以便在合金基質(zhì)中形成馬氏體 顯微組織，經(jīng)過該熱處理工藝處理后的材料的硬度可以達(dá)到HRC50~65 ; ③ 將熱處理后的材料在150~200°C進(jìn)行回火處理，回火保溫時(shí)間2 - 4小時(shí)，隨爐空 冷至室溫，以進(jìn)一步調(diào)整硬度； 所述的供硼劑為工業(yè)BC、B203、BN，其中BC含量為50~60%，其中B20 3含量為20~30%， BN含量為10~20% ; 所述的B203供硼劑為工業(yè)硼砂或者硼酸經(jīng)脫水后制得，采用劑稀土硅鐵在鋼水中直接 還原成B ; 所述的N源為VN、Si3N4和含氮鉻鐵； 所述的變質(zhì)孕育劑為稀土 Ce、Y、氧化鉀、硅鈣鋇合金。
[0017] 有益效果 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)： 1、本發(fā)明由于采用廉價(jià)的工業(yè)BC、B203、BN取代硼鐵為供硼源，硼的加入量偏差波動(dòng) 小，且減少了鋼水冶煉時(shí)含硼合金的添加量，提高了硼的收的率；由于