一种防腐性、耐磨性高铬铸铁合金及其制备方法技术

本发明专利技术属于耐磨金属材料技术领域，公开了一种防腐性、耐磨性高铬铸铁合金及其制备方法，包括：原料准备、雾化混料制粉、模压制坯、变温烧结、热处理冷却、混合剂处理、制得成品。本发明专利技术通过调整高铬铸铁合金胚件的原料配比，来提高耐蚀性和抗冲击性。并在浇筑前用硫磺粉调质，配合热处理工艺，能够避免奥氏体中析出较多的碳化物，凝结组织细小，具有较好的力学性能，使基体组织和石墨大小、形状和分布得到改善，使耐蚀性能显著提高，提高铬铸铁合金胚件的硬度；然后利用混合剂对高铬铸铁合金件表面进行了改性，在保证高铬合金铸铁高硬度的同时，提高了高铬合金铸铁的吸收抗冲击能力，进而提高其耐磨性。

A high chromium cast iron alloy with corrosion resistance and wear resistance and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种防腐性、耐磨性高铬铸铁合金及其制备方法
本专利技术属于耐磨金属材料
，尤其涉及一种防腐性、耐磨性高铬铸铁合金及其制备方法。
技术介绍
目前，最接近的现有技术：目前普通的白口铸铁已近淘汰，取而代之的是合金白口铸铁，由于中国铬资源丰富且价格便宜，所以铬成为合金白口铸铁的主要添加元素。人们常说的高铬铸铁主要是指高铬钼白口铸铁，可分为Cr15和Cr20两类，前者用于承受一般冲击磨损，而后者用于高冲击磨损和厚度较大的耐磨件，含铬量超过30％的高铬铸铁一般用于耐热或耐蚀零件。本世纪30年代，几乎是在发展镍硬马氏体白口铸铁的同时，主要在美国进行了含10％～30％Cr的高铬白口铸铁的研究，而后，英国、前苏联、德国等也相继进行了大量的生产研究。60年代以后，由于电炉的广泛应用，使得这种铸铁发展较快。高铬白口铸铁由于成分设计的特点，具有比镍硬白口铸铁更好的组织、性能。铬的加入改变了白口铸铁的碳化物类型，由普通白口铸铁中的M3C型碳化物变成M7C3型碳化物，这不仅提高了耐磨性，而且还提高了韧性。因此，自从高铬铸铁问世以来，一直被认为是较理想的耐磨材料，应用十分广泛。国内外对高铬铸铁的成分、组织与性能之间的关系以及各种磨损条件下的使用性能进行了大量的研究，近年来还对结晶规律进行了一些研究。高铬白口铸铁是国内外公认的优异耐磨材料，但由于以下两方面的原因，使其应用领域受到了限制：一是生产成本高，这不仅是原材料成本高，而且还需要电炉熔炼；二是在矿山湿磨条件下不宜使用。80年代以来，为了进一步提高高铬白口铸铁的性能并扩大应用范围，进行了大量的研究。在基础理论方面，T.Ohide和G.Ohira发现，当Cr>10％以后，合金的凝固特性发生了根本的变化，表现为糊状凝固，碳化物由斜方晶系M3C型转化为六方晶系M7C3型，显微硬度由1060～1240HV提高到1500～1800HV，使其在腐蚀性的湿磨条件下得到一定程度的应用。日本、英国、德国均向高铬铸铁中加入钒，随着钒量的增加，VC颗粒(2800HV)明显增加，由于VC颗粒周围的铬浓度相对提高，从而提高了高铬白口铸铁的耐蚀性和耐磨性。为了解决高铬铸铁成本高和抗冲击性能不足的弱点，北京科技大学吴承建等人采用了离心铸造的方法生产了高铬铸铁和球墨铸铁双金属复合辊圈，其使用寿命比目前的中锰球铁辊圈提高近4倍、生产成本比中锰球铁高出20％左右。高铬白口铁具有优良的耐磨性能和相对较好的冲击韧性，在耐磨领域得到了广泛的应用，但由于耐腐性较差，不能应用于耐蚀领域，这在一定程度上制约了其推广应用。高铬白口铸铁由于其较好的使用效果在金属冶炼、煤炭、铁矿、化肥制造、铝业生产等众多行业得到广泛的使用，目前对高铬铸铁的组织与性能、耐磨性的研究均较多，对高铬铸铁的腐性研究较少。综上所述，现有技术存在的问题是：现有技术对高铬铸铁的腐性研究较少，耐腐性较差；现有制备工艺采用一次性热处理，且热处理温度较高，无法保证高铬铸铁强度；采用一次烧结，或是两次烧结温度相同，不利于发挥高铬铸铁的潜能。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种防腐性、耐磨性高铬铸铁合金及其制备方法。本专利技术是这样实现的，一种防腐性、耐磨性高铬铸铁合金的制备方法。所述防腐性、耐磨性高铬铸铁合金的制备方法包括：步骤一，原料准备；步骤二，雾化混料制粉；步骤三，模压制坯；步骤四，变温烧结；步骤五，热处理冷却；步骤六，混合剂处理；步骤七，制得成品。进一步，所述步骤一的原料准备具体包括：高铬铸铁合金按元素配比包括，碳0.8-1.2％、硅0.6-0.8％、铬18-22％、锰2.2-3.2％、钒0.2-0.6％、磷0.01-0.03％、镍0.4-0.8％、钼0.2-0.5％、氮0.2-0.4％、锌0.06-0.08％，余量为铜、铁和不可避免的杂质；进一步，所述步骤二的雾化混料制粉具体包括：按设计的高铬铸铁进行混料，充分熔融混合，待炉内60～80％的炉料熔化后，加入相当于其重量0.01-0.03％的硫磺粉，水雾化制得预合金粉末；进一步，所述步骤三的模压制坯具体包括：往所得预合金粉末中加入成型剂，压制后得到高铬铸铁合金胚件；进一步，所述步骤四的变温烧结具体包括：将所得压坯进行变温烧结，上限烧结温度为1250～1280℃，保温时间为10～30min，之后再迅速降温至下限烧结温度1220～1245℃，保温时间为30～90min，得到烧结样坯；进一步，所述步骤五的热处理冷却具体包括：将所得烧结样坯在电炉中经两次热处理后空冷至室温，用砂纸打磨、抛光后烘干，得到加工件；进一步，所述两次热处理内容包括：第一次热处理，升温至750-780℃，保温1-2小时，完成后升温至980-1020℃，保温30-40分钟，降温至920-930℃，保温1-2小时，冷却至室温；第二次热处理，在温度为650-680℃，保温3-4小时，水冷至室温，然后加热至520-540℃，空冷至室温即可。进一步，所述步骤六的混合剂处理具体包括：将所得加工件置于75-85℃的干燥箱中，保温6-8小时后，在加工件表面涂覆混合剂，混合剂厚度为400-600μm，然后在真空加热设备中进行高频感应熔覆，具体内容为：在真空度为55-75Pa的条件下，启动高频感应熔覆设备，在50-60s时间内将电流从300-360A升高至880-900A，保温60-80s，在40s内将电流降至500-520A后关闭高频感应设备，冷却至室温即可；其中，所述混合剂包括以下重量份的原料：22-26份镍60、1-3份碳化硼粉末、4-6份碳化钨粉末、1-2份铅粉末、10份粘结剂；进一步，所述步骤七的制得成品具体包括：将上述处理后的高铬铸铁合金件放入电炉中，在温度为340-380℃的条件下保温2-4小时，降温后即得。综上所述，本专利技术的优点及积极效果为：本专利技术通过调整高铬铸铁合金胚件的原料配比，即加入适量的镍、铜，使基体变为奥氏体，来提高耐蚀性和抗冲击性。并在浇筑前用硫磺粉调质，配合热处理工艺，能够避免奥氏体中析出较多的碳化物，凝结组织细小，具有较好的力学性能，使基体组织和石墨大小、形状和分布得到改善，进而减少原电池数量及电动势，使耐蚀性能显著提高，提高铬铸铁合金胚件的硬度，然后利用混合剂对高铬铸铁合金件表面进行了改性，铬和锰的流动性增强，熔覆层中的元素均匀分布，熔覆层内的残余应力变小，在保证高铬合金铸铁高硬度的同时，提高了高铬合金铸铁的吸收抗冲击能力，进而提高其耐磨性。本专利技术雾化混料制粉-模压制坯-变温烧结-热处理冷却-混合剂处理，在获得形貌简单、小尺寸、分布均匀的碳化物后，使得高铬铸铁冲击韧性得到提高的同时，合金的抗弯强度也得到了极大的提高，进一步提升了高铬铸铁合金抗冲击耐磨性能。本专利技术两次烧结温度均超过1200摄氏度，高于一般铸铁的温度，保证达到高铬铸铁合金的熔点，保证了其稳定性；同时两次采用不同的烧结温度，加强了其稳定性，更加有利于发挥高铬铸铁合金内在的潜能。本专利技术采用两次不同的热处理，第一次热处理升温至750-780℃，保温1-2小时，完成后升温至980-1020℃，保温30-40分钟，降温至920-930℃，保温1-2小时，冷却至室温；第二次热处理，在温度为650-680℃，保温3-4小时，水冷至室温，然后加热至520本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种防腐性、耐磨性高铬铸铁合金的制备方法，其特征在于，所述防腐性、耐磨性高铬铸铁合金的制备方法包括：步骤一，原料准备；步骤二，雾化混料制粉；步骤三，模压制坯；步骤四，变温烧结；步骤五，热处理冷却；步骤六，混合剂处理；步骤七，制得成品。

【技术特征摘要】
1.一种防腐性、耐磨性高铬铸铁合金的制备方法，其特征在于，所述防腐性、耐磨性高铬铸铁合金的制备方法包括：步骤一，原料准备；步骤二，雾化混料制粉；步骤三，模压制坯；步骤四，变温烧结；步骤五，热处理冷却；步骤六，混合剂处理；步骤七，制得成品。2.如权利要求1所述防腐性、耐磨性高铬铸铁合金的制备方法，其特征在于，所述步骤一的原料准备具体包括：高铬铸铁合金按元素配比包括，碳0.8-1.2％、硅0.6-0.8％、铬18-22％、锰2.2-3.2％、钒0.2-0.6％、磷0.01-0.03％、镍0.4-0.8％、钼0.2-0.5％、氮0.2-0.4％、锌0.06-0.08％，余量为铜、铁和不可避免的杂质。3.如权利要求1所述防腐性、耐磨性高铬铸铁合金的制备方法，其特征在于，所述步骤二的雾化混料制粉具体包括：按设计的高铬铸铁进行混料，充分熔融混合，待炉内60～80％的炉料熔化后，加入相当于其重量0.01-0.03％的硫磺粉，水雾化制得预合金粉末。4.如权利要求1所述防腐性、耐磨性高铬铸铁合金的制备方法，其特征在于，所述步骤三的模压制坯具体包括：往所得预合金粉末中加入成型剂，压制后得到高铬铸铁合金胚件。5.如权利要求1所述防腐性、耐磨性高铬铸铁合金的制备方法，其特征在于，所述步骤四的变温烧结具体包括：将所得压坯进行变温烧结，上限烧结温度为1250～1280℃，保温时间为10～30min，之后再迅速降温至下限烧结温度1220～1245℃，保温时间为30～90min，得到烧结样坯。6.如权利要求1所述防腐性、耐磨性高铬...

【专利技术属性】
技术研发人员：王荣峰，吴瑞瑞，王恒涛，
申请(专利权)人：太原科技大学，
类型：发明
国别省市：山西,14