铬钨硫化物减摩铸钢制造技术

本发明专利技术是一种金属基自润滑复合材料铬钨硫化物减摩铸钢，是在钢液中加入铬铁、钨铁及硫化铁，高温下形成Ｃｒ↓［３］Ｓ↓［４］、ＷＳ↓［２］、ＦｅＳ固体润滑剂的铁基自润滑复合减摩铸钢，化学组分是：０．３０％－０．９５％Ｃ，０．４５％－０．７５％Ｓｉ，０．３５％－０．５０％Ｍｎ，２．１０％－５．００％Ｃｒ，２．５０％－４．００％Ｗ，３．１０％－４．５％Ｓ；０－３．００％Ｎｉ；≤０．０５％Ｐ；０－３．００％Ｃｏ，余量为铁；经冶炼铸造成型铸件，退火热处理，机械加工后用于摩擦偶合件，具有良好的减摩、耐磨、耐高温、抗冲击性能，较低的生产成本，用于替代昂贵的铜合金及滚动轴承等部件，延长使用寿命１－３倍，有较好的经济效益和社会效益。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及金属基自润滑复合材料，特别是一种含有Cr3S4、WS2及FeS固体润滑剂作为分散相的铁基自润滑复合材料铬钨硫化物减摩铸钢。材料是摩擦学设计的基础，是近十多年来，摩擦学研究的重点由传统的润滑和润滑系统向材料科学转移的原因所在，没有高性能的材料作为保障，就不可能有效地解决现代机械的磨损失效问题。目前被广泛应用的金属基自润滑复合材料，如以镍基、钴基、银基、铜基粉末冶金法制备的自润滑材料，以添加活性元素硫铸造法制备的镍基、镍铬基自润滑材料等，这类材料虽有较好的使用性能，但原材料昂贵，工艺复杂，应用于普通工业领域受到限制；为此，目前又采用铸造法制备铁基自润滑材料，由于工艺简单，成本低，使用性能尚可满足工业需要，得到应用。如一种“含硫石墨减摩钢”专利，(CN-1060879A 920506)它是以石墨和硫化锰(MnS)作固体润滑剂。但石墨的自润滑性虽较好，而它与金属表面附着力很差，在大气压中使用时，温度超过454℃即氧化失效，真空中使用摩擦系数很大(达0.8)。钢中石墨的形成是靠高温石墨化退火，时间长，能耗高；MnS在固态钢中有两种晶系结构，即立方、六方，只有六方晶系的层状结构物具有润滑性，而立方晶系结构硬而脆，不具有润滑性，作为减摩材料有不利影响；另一种“高硫合金钢及生产方法”专利，(CN-1068858A 930210)是以FeS作为固体润滑剂，实施中还及了MnS、MoS2、WS2固体润滑剂，但按照该方案MoS2钢配料，经过验算硫化物的总量高达23.74％，这样的材料强度韧性是很差的，无实用价值；再有“经退火处理的耐磨合金钢”专利，(CN-1188812A 980729)它是以FeS固体润滑剂为主要组分，Mo含量很少(0.10％-1.0％)，化合所得MoS2含量低(0.24％-2.5％)，自润滑性差；MoS2的熔点低(1185℃)，密度小(4.7g/cm3)，对铸态组织的致密度及韧性有害，Cr含量低(0.20％-2.00％)，Cr与S形成CrS，在钢液冷凝结晶过程中起阻碍晶粒长大的作用，由于Cr及S含量低，Cr3S4的形成受到抑制，自润滑性差，难以得到有效应用。有杂志《河南冶金》1997年第1期的《金属硫化物减摩材料的研究》一文中本专利技术人公开了下列化学组分及含量(以质量分数计)0.15％-1.20％C， 0.15％-0.40％Si， 0.30％-0.60％Mn，0.50％-1.50％Cr， 0.20％-2.00％W，0.20％-2.00Mo，0.10％-0.40％V， 0.80％-3.00S，≤0.04％P，余量为铁。在此技术方案中，Cr、W、Mo、V加入量很少，其作用仅为改善基体组织的辅助元素。硫化物的主体是FeS。在上述技术中，均采用了以FeS、MoS2为主要组分的固体润滑剂，这是一种技术偏见。当然，对于采用化学热处理方法，使工件表面得到一定厚度的FeS渗层是可行的，因FeS是六方晶系结构，易沿密排面滑移，具有低的剪切强度，渗硫层表面硬度又较低(50-100HV)，因而是优良的固体润滑剂。但是用铸造法制备以FeS固体润滑剂为主要组份的摩擦偶件时，就显然不同了，从理论及实践中证实，因FeS熔点低(FeS熔点＝1190℃)密度小(FeS密度＝4.6/cm3)，用铸造法制备冷凝过程中，会造成严重的硫化物聚集，分布不均，质地疏松多孔，力学性能差，称之为脆性材料，因而应用范围小。本专利技术的目的在于针对上述情况用常规冶练及铸造法，制备一种铬钨硫化物减摩铸钢，以解决对生产中复合材料的需要问题。本专利技术的目的是这样来实现的，选用高熔点、高密度的Cr3S4、WS3(Cr3S4、WS2熔点分别是1550℃、1480℃、WS2密度7.5g/cm3)固体润滑剂，在钢液中加入铬铁、钨铁及硫化铁，在高温下形成Cr3S4(硫化铬)、WS2(硫化钨)及FeS(硫化铁)固体润滑剂的铁基自润复合铬钨硫化物减摩铸钢，其组份是(以质量分数计)0.30％-0.95％C， 0.45％-0.75％Si， 0.35％-0.50％Mn，2.10％-5.00％Cr，2.50％-4.00％W，3.10％-4.50％S，≤0.05％P，余量为铁。所得硫化物组分及含量(以质量分数计)是3.60％-9.10％Cr3S4，3.40％-5.40％WS2，1.00％-2.00％FeS。本专利技术钢材具有减摩性良好，不易磨损，强度高，韧性好，应用面广，因其硫的化学性质活泼，几乎能与所有金属元素直接化合，钢液中加入硫化铁或工业硫，硫即以单原子状态存在于钢液中，硫与金属元素化合生成硫化物时，其亲合率以下列顺序递增Si Co Ni Fe W Mo Cr VMn Ti Zr，按此冶金熔体化学反应规律，Cr W元素先于Fe形成Cr3S4、WS2固体润滑剂，冷凝后以一定数量、形态均匀分布于基体组织中，铁基体起支撑负荷和粘结作用，固体润滑剂起减摩作用，组成具有良好抗粘着和抗咬合磨损的铁基自润滑复合材料。以下结合实施例对本专利技术作详细说明。本专利技术按组分0.30％-0.95％C， 0.45％-0.75％Si， 0.35％-0.50％Mn，2.10％-5.00％Cr，2.50％-4.00％W，3.10％-4.50％S，≤0.05％P，余量为铁，选取配料，采用中频感应电炉冶练，按常规冶练及铸造浇铸成形铸件，经退火处理后加工成轴瓦、轴套等摩擦偶合件。为了增加铸钢的抗拉强度，在实际生产中，其化学组分中还可加有0-3.00％Ni、0-3.00％Co。实施例11、原材料技术条件化学成分(以质量分数计)生铁 4.5％C，0.80％Si，0.20％Mn，0.05％P，0.05％S，废钢0.20％C，0.30％Si，0.50％Mn，0.04％P，0.05％S，钨铁合金75.0％W，0.05％C，铬铁合金65.0％Cr，5.0％C，硫 化 铁30.0％S，0.05C％及常用硅铁、锰铁合金等。2、技术措施A、配料设计的化学组分及含量(以质量分数计)0.80％C，0.60％Si，0.40Mn，0.04％P，4.00％S，3.00％Cr，3.00％W，余量为铁。B、设计的硫化物组分及含量(以质量分数计)计算式1Cr3S4=156+128128×%=2.22×%]]>%=128×3.00%Cr156=2.46%]]>Cr3S4＝2.22×2.46％＝5.46％式中156、128为铬、硫的摩尔质量，％为钢中硫的质量分数。计算式2Ws2=183+6464×%=3.86×%]]>%=64×3%W183=1.05%]]>WS2＝3.86×1.05％＝4.05％式中183、64为钨、硫的摩尔质量，％为钢中硫的质量分数。计算式3FeS=56+3232×%=2.74×%]]>％＝4.00-(2.46％+1.05％)＝0.49FeS＝2.74×0.49＝1.34％式中56、32为铁、硫的摩尔质量，％为钢中硫的质量分数。硫化物总量Cr3S4+WS2+FeS＝5.46％+4.05％+1.34％＝10.85％本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铬钨硫化物减摩铸钢，其特征在于所说的该减摩铸钢的化学组分是以质量分数计为： ０．３０％－０．９５％Ｃ， ０．４５％－０．７５％Ｓｉ， ０．３５％－０．５０％Ｍｎ， ２．１０％－５．００％Ｃｒ， ２．５０％－４．００％Ｗ， ３．１０％－４．５０％Ｓ， ≤０．０５％Ｐ；余量为铁； 化学组成化合硫化物组成，以质量分数计为： ３．６０％－９．１０％Ｃｒ↓［３］Ｓ↓［４］；３．４０％－５．４％ＷＳ↓［２］；１．００％－２．００％ＦｅＳ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐泽儒，
申请(专利权)人：徐泽儒，
类型：发明
国别省市：41[中国|河南]