硬质低合金耐磨材料制造技术

本发明专利技术的材料涉及黑色金属合金领域。它可在水泥、电力、矿山等工业中用作耐磨球、耐磨管道、喷嘴、磨环成套、叶轮等耐磨件的材料。它解决了合金元素用量少而综合机械性能高的问题，并且可通过简单的热处理退火或正火工艺降低硬度、改善切削加工的性能，或者在进一步提高硬度的同时，仍保持较好的冲击韧性与抗弯强度。（*该技术在2009年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的硬质低合金耐磨材料是属于黑色金属合金领域。用它铸成耐磨管道、叶轮、磨球、喷咀、磨环或磨套可直接在机械、设备中配套或应用;也可以将铸件进行简单的热处理，使它具有良好的切削加工性能或进一步提高硬度后再应用到机械设备中。目前，白口铸铁或硼铸铁一类的耐磨材料因综合机械性能较差而满足不了日益发展的工业生产需要，为此国内外正在开发应用有镍硬耐磨铸铁和高铬系列耐磨铸铁，例如美国A-S-H(ALLENSHERM-ANHOFFCO)公司的一种镍硬铸铁管道，其硬度在55HRC左右，冲击韧性较低，而且因稀贵金属的含量较多而成本高。在美国国家标准ANSI/ASTMA532-82中提供一组Ⅱ-B、Ⅱ-C、Ⅱ-D和Ⅱ-E合金铸铁，所含的稀贵金属的量也多，综合机械性能还不甚理想。本专利技术的目的在于提供一种稀贵金属含量少、综合机械性能好的耐磨铸铁，使其成本降低，並且其铸件在简单的热处理后，即可获得较高的硬度和良好的抗冲击、抗弯曲性能，或者具有理想的切削加工性能。本专利技术的硬质低合金耐磨材料包含有铁、碳、铬、钼、铜、锰、硅，它们的含量(以下均以重量%表示)与限定理由如下1.碳。碳量的提高使碳化物的数量增加，材料的硬度随之提高，但其他性能却难以保证，而且也增加了热处理工艺的复杂性。兼顾两者，选用碳含量为1.0～1.4%。2.铬。它能进一步提高材料的硬度和改善机械性能，但过高的铬引起成本的上升。经正交试验选为2.1～2.6%。3.钼。它能使组织细密和均匀，因此能提高淬透性和抗热裂性能，但考虑到它是一种稀贵金属，所以选用量为0.3～0.6%。4.铜。它能提高导热性能和进一步改善机械性能，並且在与铬、钼共存时，铜具有强烈的细化组织的作用;但过量的铜会使基体出现富铜相和微裂纹。因此，选用量为0.9～1.25%。5.锰。它能提高淬透性和强化基体，还能增加碳化物的弥散度和稳定性。因此选用0.8～1.2%。6.硅。增加硅的含量将有助于脱氧。但过量的硅会降低淬透性，所以选用0.5～0.9%。7.其余为铁和杂质，其中硫、磷含量不大于0.05%。硬质低合金耐磨材料的热处理工艺确定理由如下1.退火工艺。根据主要元素对基体的作用和对保温温度与保温时间进行正交试验，为使铸态下的屈氏体、马氏体组织转化为珠光体型组织、使条块状的碳化物成球状或部分溶解于基体，从而达到硬度下降的退火工艺是保温温度为820～850℃，保温时间为2～3小时，此后以每小时60℃的冷却速度冷却到200℃，然后空冷。2.正火工艺。该工艺应使被退火切削加工后的铸件或铸造后的铸件获得较高的抗磨性能，同时又能保持良好的抗冲击性能。因此需要使材料的组织出现淬火马氏体，並使其碳化物较均匀地弥散分布在基体上，且组织细密均匀。经试验后选定正火工艺为以空气为淬火介质，保温温度为820～850℃、保温时间为2～3小时，然后空冷或风冷。用本专利技术的硬质低合金耐磨材料制成在铸态下使用的耐磨球，其化学组分(重量%)为C1.0～1.4，Cr2.1～2.6，Cu0.9～1.25，Mo0.3～0.6，Mn0.8～1.2，Si0.5～0.9，其余为铁和杂质。用本专利技术的硬质低合金耐磨材料制成的偏心耐磨管道(管道最大内径φ300，偏心截面上的最大厚度为50mm、最小厚度为9mm)，其化学组分(重量%)为C1.0～1.4，Cr2.1～2.6，Cu0.9～1.25，Mo0.3～0.6，Mn0.8～1.2，Si0.5～0.9，其余为铁和杂质。它的退火工艺为工件入炉缓慢升温到820～850℃，在该温度下保温2～3小时，此后以每小时60℃的冷却速度随炉冷却到200℃，並将工件出炉空冷。它的正火工艺为工件入炉缓慢升温到820～850℃，在该温度下保温2～3小时，然后之即将工件出炉空冷或风冷。本专利技术的硬质低合金耐磨材料与美国国家标准ANSI/ASTM A532-82中提供的一组合金铸铁相比较，合金元素的用量从25%左右下降到5.5%左右，其中镍含量从0.5～1.5%下降到0，铬含量从14～23%下降到2.1～2.6%，钼含量从1～3.5%下降到0.3～0.6%，使材料成本大幅度降低;然而综合机械性能提高，其中热处理退火后，铸件硬度从400HB(HRC＝38)下降到25～32HRC，正火后铸件硬度从600HB(HRC＝55)提高到60～62.4HRC，冲击韧性(无缺口)能保持在4.9～8.1J/cm2。本专利技术材料热处理退火和正火工艺均简单、成本低且时间短，经退火后的铸件硬度降低到32HRC以下，经正火后的铸件硬度可提高到60HRC以上，冲击韧性保持在5J/cm2以上，抗弯强度大于1000N/mm2。采用本专利技术材料制作耐磨球的两个实施例1.制成φ100mm的耐磨球，其组分(重量%)为C0.98，Cr2.09，Mo0.43，Cu0.95，Mn1.09，Si0.71。铸态机械性能试验结果硬度为46～48HRC，冲击韧性(无缺口)8.0～9.7J/cm2。2.制成φ70mm的耐磨球，其组分(重量%)为C1.37，Cr2.63，Mo0.47，Cu1.25，Mn0.98，Si0.81。铸态机械性能试验结果硬度47～51.5HRC，冲击韧性为7.9～8.1J/cm2。附附图说明图1上表示了耐磨球铸态金相组织，即为碳化物+屈氏体+马氏体和残余奥氏体。用本专利技术硬质低合金耐磨材料制成偏心耐磨管道，並进行热处理的实施例有以下两个1.耐磨弯管的组分(重量%)为C1.37，Cr2.63，Mo0.47，Cu1.25，Mn0.98，Si0.81。退火工艺工件入炉，温升达850℃时进行3小时的保温，随后以每小时60℃的冷却速度随炉冷却到200℃，並出炉空冷。退火后的铸件平均硬度为32～32.3HRC。正火工艺工件入炉，温升达830℃时进行2个半小时的保温，随后出炉空冷。正火后的铸件平均硬度为60～62HRC，冲击韧性(无缺口)为4.9～5.3J/cm2。退火工艺工件入炉，温升达820℃时进行2小时保温，随后以每小时60℃的冷却速度冷却到200℃出炉，並空冷。退火后的铸件平均硬度为25.6～25.7HRC。正火工艺为铸件入炉，随炉升温到830℃时进行2小时保温，随后就出炉空冷。正火后的铸件平均硬度为59.4～62.4HRC，冲击韧性(无缺口)为5.0～8.1J/cm2。附图2为退火态金相组织，即大部分为颗粒状碳化物+珠光体型。附图3为正火态金相组织，即碳化物+淬火马氏体+屈氏体+少量残余奥氏体。本专利技术材料制成的铸态耐磨球已用于工业球磨机中，粉碎水泥矿石和可磨系数为13～16的钼铁矿石;经热处理后的弯管道用于电力工业生产中输送灰、砂、渣。权利要求1.一种含有铁、碳、铬、钼、铜、锰、硅的硬质低合金耐磨材料，其特征是材料组分(重量%)的含量是C1.0～1.4，Cr2.1～2.6，Mo0.3～0.6，Cu0.9～1.25，Mn0.8～1.2，Si0.5～0.9，S、P低于0.05。2.如权利要求1所述的硬质低合金耐磨材料的热处理退火工艺，其特征是铸件随炉升温到820～850℃，在该温度上保温2～3小时，然后以60℃/小时的冷却速度冷却到200℃出炉，並空冷。3.如权利要求1所述的硬质低合金耐磨材料的热处理正火工艺，其特征是铸件随炉升温到820～850℃，在该温度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含有铁、碳、铬、钼、铜、锰、硅的硬质低合金耐磨材料，其特征是材料组分（重量％）的含量是：Ｃ１．０～１．４，Ｃｒ２．１～２．６，Ｍｏ０．３～０．６，Ｃｕ０．９～１．２５，Ｍｎ０．８～１．２，Ｓｉ０．５～０．９，Ｓ、Ｐ低于０．０５。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：雷柏祥，胡键萍，
申请(专利权)人：雷柏祥，胡键萍，
类型：发明
国别省市：33[中国|浙江]