一种高硬度铁合金及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于合金技术领域，具体涉及一种高硬度铁合金及其制备方法和应用。本发明专利技术提供了一种高硬度铁合金，包括如下质量百分含量的元素组分：0.48～0.54％C，3.8～4.3％Cr，1.8～2.2％Ni，1.1～1.75％Mo，0.8～1.2％Si，0.8～1.2％V，0.4～0.6％Mn，0～0.03％P，0～0.03％S和余量的Fe。本发明专利技术提供的高硬度铁合金具有一定韧性的同时提高了高硬度铁合金的硬度，使高硬度铁合金具有耐磨性。由实施例结果可知，本发明专利技术提供的高硬度铁合金的硬度为58～61HRC，冲击吸收功为15～17J。

【技术实现步骤摘要】
一种高硬度铁合金及其制备方法和应用
本专利技术属于合金
，具体涉及一种高硬度铁合金及其制备方法和应用。
技术介绍
盾构机是专用于硬质岩层掘进的超大型机械设备，盾构机利用刀盘上固定的可更换式盘形滚刀对岩石进行贯入、碾压，进而逐步贯通隧道。刀圈作为盾构机最关键的且用量最大的耗材，其使用成本可以占到隧道施工总成本的三分之一。在硬岩地质条件下进行施工，盾构机的刀圈需要承受剧烈的冲击与摩擦，使得刀圈极易发生磨损及崩刃失效。目前，主流盾构机刀圈材料为H13(4Cr5MoSiV1)的衍生钢种，然而随着我国隧道掘进工程项目的发展，对刀圈的硬度和耐磨性提出了更高的要求，以延长刀圈的使用寿命，提高工作效率，降低使用成本。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种高硬度铁合金，本专利技术提供的高硬度铁合金在保证合金具有一定韧性的基础上提高了合金的硬度，具有较高的耐磨性，将所述高硬度铁合金用于制备盾构机刀圈可以提高盾构机刀圈的使用寿命，降低成本。本专利技术提供了一种高硬度铁合金，包括如下质量百分含量的元素组分：优选的，所述的高硬度铁合金包括如下质量百分含量的元素组分：本专利技术还提供了上述技术方案所述高硬度铁合金的制备方法，包括以下步骤：按照元素质量配比，将高硬度铁合金原料依次进行冶炼和锻造，得到毛坯材料；将所述毛坯材料进行淬火，得到初级高硬度铁合金；将所述初级高硬度铁合金进行至少三段回火，得到高硬度铁合金。优选的，所述淬火的温度为1040～1080℃，时间为20～40min。优选的，升温至所述淬火的温度的升温速率为5～15℃/min。优选的，所述淬火的冷却介质为油，所述油包括机械油，所述机械油的型号为L-AN20号或L-AN30号。优选的，当回火为三段回火时，所述三段回火依次包括第一回火、第二回火和第三回火，所述第一回火的温度为530～550℃，所述第二回火的温度为510～530℃，所述第三回火的温度为490～510℃；所述三段回火中每段回火的时间独立的为120～150min。优选的，每段回火的升温速率独立的为5～15℃/min。优选的，每段回火后还包括：分别将每段回火后的产物空冷至室温。本专利技术还提供了上述技术方案所述高硬度铁合金或上述技术方案所述制备方法制备得到的高硬度铁合金在盾构机刀圈中的应用。本专利技术提供了一种高硬度铁合金，包括如下质量百分含量的元素组分：0.48～0.54％C，3.8～4.3％Cr，1.8～2.2％Ni，1.1～1.75％Mo，0.8～1.2％Si，0.8～1.2％V，0.4～0.6％Mn，0～0.03％P，0～0.03％S和余量的Fe。本专利技术提供的高硬度铁合金含有较高含量的C，提高了高硬度铁合金的硬度；上述质量百分含量的Cr能够促进高硬度铁合金完全淬透，也提高了高硬度铁合金的硬度；上述质量百分含量的Mn能够在保证高硬度铁合金热敏感性可控的条件下，最大程度的提升高硬度铁合金的耐磨性。在本专利技术中，所述Si能够强化高硬度铁合金基体，增加高硬度铁合金的淬透性，提升耐磨层厚度。所述Mo、V能够与C形成Mo2C、VC，所述Mo2C、VC能够细化高硬度铁合金晶粒，提高高硬度铁合金的红硬性。本专利技术提供的高硬度铁合金在上述质量百分含量组分的共同作用下保证高硬度铁合金具有一定韧性的同时提高了高硬度铁合金的硬度，使高硬度铁合金具有较高的耐磨性，可作为盾构机刀圈的材料，提高了刀圈的使用寿命，降低了盾构机的使用成本。由实施例结果可知，本专利技术提供的高硬度铁合金的硬度为58～61HRC，冲击吸收功为15～17J。本专利技术还提供了上述技术方案所述高硬度铁合金的制备方法，包括以下步骤：将高硬度铁合金原料依次进行冶炼和锻造，得到毛坯材料；将所述毛坯材料进行淬火，得到初级高硬度铁合金；将所述初级高硬度铁合金进行至少三段回火，得到高硬度铁合金。本专利技术提供的制备方法简单易操作。在本专利技术中，所述淬火以油为冷却介质能够减小高硬度铁合金冷却变形和开裂倾向；多段回火能够使所述Mo2C、VC析出获得二次硬化的效果同时细化高硬度铁合金晶粒组织，使高硬度铁合金具有较高的硬度同时保持高硬度铁合金具有一定的韧性。具体实施方式本专利技术提供了一种高硬度铁合金，包括如下质量百分含量的元素组分：在本专利技术中，如无特殊说明，所有原料组分均为本领域技术人员熟知的市售产品。按照质量百分含量计，本专利技术提供的高硬度铁合金包括0.48～0.54％C，优选为0.5～0.51％。当合金中含碳量在0.6％以下时，随着含碳量的增加，合金的强度和硬度得到提高，同时合金的脆性也提高了，本专利技术在上述含量的C和各组分的共同作用下不仅使高硬度铁合金具有一定的韧性还提高了高硬度铁合金的硬度。按照质量百分含量计，本专利技术提供的高硬度铁合金包括3.8～4.3％Cr，优选为4～4.1％。在本专利技术中，所述Cr作为碳化物形成元素，能够阻止相变时碳化物的形核长大，提高高硬度铁合金的淬透性；所述Cr形成的碳化铬具有较高的稳定性，不易长大能够细化晶粒提高高硬度铁合金的强度；同时在回火时，Cr能够阻止M3C型碳化物长大，提高回火稳定性。在本专利技术中，所述Cr在上述含量范围中能够提高高硬度铁合金回火稳定性、淬透性和强硬性，提高高硬度铁合金的耐磨性。按照质量百分含量计，本专利技术提供的高硬度铁合金包括1.8～2.2％Ni，优选为1.9～2％。在本专利技术中，所述Ni作为奥氏体形成元素，能够降低高硬度铁合金中位错运动阻力，使应力松弛，提高高硬度铁合金的基体韧性。按照质量百分含量计，本专利技术提供的高硬度铁合金包括1.1～1.75％Mo，优选为1.5～1.7％。在本专利技术中，所述Mo能够与C形成Mo2C，细化高硬度铁合金晶粒组织，以提高高硬度铁合金的淬透性和热强性使高硬度铁合金在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力，提高高硬度铁合金的硬度。按照质量百分含量计，本专利技术提供的高硬度铁合金包括0.8～1.2％Si，优选为1～1.1％。在本专利技术中，所述Si作为铁素体形成元素，有较强的固溶强化作用，可提高钢的强度。按照质量百分含量计，本专利技术提供的高硬度铁合金包括0.8～1.2％V，优选为0.9～1％。在本专利技术中，所述V作为强碳化物形成元素，能够与C形成质点稳定性好的VC，所述VC在高硬度铁合金中弥散分布，能够起到细晶强化效果，以提高高硬度铁合金的硬度。按照质量百分含量计，本专利技术提供的高硬度铁合金包括0.4～0.6％Mn，优选为0.45～0.5％。在本专利技术中，所述Mn作为强化铁素体，在高硬度铁合金中有较好的固溶强化效果，能够有效提高高硬度铁合金强度，也能稳定残留的奥氏体相，降低Ms点以扩大奧氏体相区,增加钢的淬透性，使高硬度铁合金具有一定的韧性。所述Mn元素能够溶入碳化物，在高温下阻碍碳化物的粗化，且随着温度的升高,保温时间的延长，其阻碍能力越强,则热稳定性能越好。在上述含量范围内能够保证高硬度铁合金热敏感性处于可调控范围的同时提高高硬度铁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高硬度铁合金，包括如下质量百分含量的元素组分：/n

【技术特征摘要】
1.一种高硬度铁合金，包括如下质量百分含量的元素组分：





2.根据权利要求1所述的高硬度铁合金，其特征在于，包括如下质量百分含量的元素组分：





3.权利要求1或2所述高硬度铁合金的制备方法，包括以下步骤：
按照元素质量配比，将高硬度铁合金原料依次进行冶炼和锻造，得到毛坯材料；
将所述毛坯材料进行淬火，得到初级高硬度铁合金；
将所述初级高硬度铁合金进行至少三段回火，得到高硬度铁合金。


4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述淬火的温度为1040～1080℃，时间为20～40min。


5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，升温至所述淬火的温度的升温速率为5～15℃/min。


6.根据权利要求3～5任一项所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁志钟，张琰琳，曹赟，袁飞，张伯承，罗锐，程晓农，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32