一种高韧性耐磨高锰钢材料及其制备方法技术

本申请涉及合金钢材料领域，更具体地说，它涉及一种高韧性耐磨高锰钢材料及其制备方法。一种高韧性耐磨高锰钢材料，包括以下重量份物质：1.15～1.68份C、12.3～15.5份Mn、0.25～1.18份Si、0.02～0.05份P、75～80份Fe、0.005～0.0125份稀土元素，所述稀土元素包括La、Ce、Eu和Y中的一种或多种。本申请技术方案对钢材料的元素组分进一步限定，优化后的钢材料组分对Mn的含量有效把控，使制备的钢材料具有，良好的耐磨性能和较高的韧性强度，在此基础上，本申请通过进一步将稀土元素添加至钢材料中，改善钢材料的韧性强度。改善钢材料的韧性强度。

【技术实现步骤摘要】
一种高韧性耐磨高锰钢材料及其制备方法


[0001]本申请涉及合金钢材料领域，更具体地说，它涉及一种高韧性耐磨高锰钢材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]高锰钢其独特的力学性能且在高冲击载荷下表现出来的优异的耐磨性，使其经常被用作耐磨材料生产各大工件。高锰钢中的元素含量成分有很多，常见的碳﹑锰﹑硫等，其中元素成分不一样会影响其使用性能。其中锰碳比是影响高锰钢耐磨性好坏的最大成分因素。
[0003]高锰钢有好的耐磨性是因为其在强冲击载荷下的加工硬化能力，表层在冲击载荷作用下，会形成形变硬化层，提高磨面的硬度，耐磨性得到提高。高锰钢的耐磨性受到多方面的影响。本身的化学成分是主要影响因素，在铸造过程中其浇铸温度﹑热处理方法等都会影响其耐磨性。在高锰钢作用过程中的载荷﹑环境的湿度及与磨料的接触方式也会影响耐磨性的好坏。
[0004]针对上述相关技术，专利技术人认为，现有的改性高锰钢的技术方案能显著改善高锰钢材料的耐磨性能，但是对其韧性强度有所破坏，导致高锰钢材料出现韧性不足的问题显著提升。

技术实现思路

[0005]为了克服现有改性高锰钢材料耐磨性能后其韧性强度降低的缺陷，本申请提供一种高韧性耐磨高锰钢材料及其制备方法，采用如下的技术方案：
[0006]第一方面，本申请提供一种高韧性耐磨高锰钢材料，采用如下的技术方案：
[0007]一种高韧性耐磨高锰钢材料，包括以下重量份物质：
[0008]1.15～1.68份C；
[0009]12.3～15.5份Mn；/>[0010]0.25～1.18份Si；
[0011]0.02～0.05份P；
[0012]75～80份Fe；
[0013]0.005～0.0125份稀土元素，所述稀土元素包括La、Ce、Eu和Y中的一种或多种。
[0014]通过采用上述技术方案，本申请技术方案对钢材料的元素组分进一步限定，优化后的钢材料组分对Mn的含量有效把控，使制备的钢材料具有，良好的耐磨性能和较高的韧性强度，在此基础上，本申请通过进一步将稀土元素添加至钢材料中，改善钢材料的韧性强度。
[0015]进一步地，所述高韧性耐磨高锰钢材料还包括1.2～1.8重量份碳化钨。
[0016]通过采用上述技术方案，本申请技术方案在高锰钢中添加碳化钨进行改性，碳化钨的添加有效细化钢材料中的晶粒，由于裂纹扩展随着晶粒尺寸变小，晶界面积增大，所需
要的能量也就越多，从而使得冲击韧性提高。其次本申请制备的钢材料通过添加碳化钨材料，使其内部夹杂物的数量和体积减少，减少了应力集中现象，使得高锰钢的韧性提高。
[0017]进一步地，所述高韧性耐磨高锰钢材料还包括0.5～1.2重量份润湿改性合金，所述润湿改性合金包括Co、Cr、Ni中的至少两种元素的组合物。
[0018]通过采用上述技术方案，本申请技术方案进一步优化高韧性耐磨高锰钢材料的组分，通过选用润湿改性合金元素，在改性过程中，润湿改性合金中的活性元素在碳化钨颗粒的表面吸附、扩散、包覆形。随着保温时间的延长，活性元素的原子不断从合金熔体中溶解、扩散，并吸附、堆积包覆在碳化钨颗粒的表面界面，从而有效改善了合金材料的韧性强度和力学性能。
[0019]进一步地，所述润湿改性合金设于所述碳化钨外周且形成为复合核壳颗粒，所述复合核壳颗粒采用以下方案成型：
[0020]取碳化钨并研磨粉碎，收集粉碎颗粒；
[0021]将润湿改性合金各组分混合后研磨过筛，收集和混合合金颗粒；
[0022]将混合合金颗粒与粉碎颗粒搅拌混合，升温加热至混合合金颗粒熔融，保温处理后，将其经脉冲微孔喷射装置喷射成型，即可制备得所述复合核壳颗粒。
[0023]通过采用上述技术方案，本申请技术方案进一步优化润湿改性合金和碳化钨之间的结构方式和结合工艺。一方面，本申请通过核壳结构的改性，能改善后续包覆结合过程中的效率和稳定性能。另一方面，经脉冲微孔喷射成型的颗粒均一稳定的尺寸结构，在实际负载填充改性的过程中，能在钢材料内部形成稳定均匀地分散结构，而金属材料引起脆性断裂的原因主要是因为晶界处存在分布不均匀且尺寸偏大的碳化物，所以本申请制备的复合核壳颗粒能提高钢材料的结构强度和尺寸稳定性能，从而进一步改善了高锰钢的韧性强度。
[0024]第二方面，本申请提供一种高韧性耐磨高锰钢材料的制备方法，包括以下制备步骤：
[0025]先取C、Mn、Si、P、Fe和稀土元素搅拌混合，收集得预混合颗粒；
[0026]取预混合颗粒并将其与复合核壳颗粒搅拌混合，加热熔融后，浇注至模具中热处理；
[0027]水淬后静置，即可制备得所述高韧性耐磨高锰钢材料。
[0028]通过采用上述技术方案，本申请技术方案进一步优化了高锰钢材料的制备工艺，通过两部混合的方案，进一步提高高锰钢材料的结构均匀性能和韧性强度。
[0029]进一步地，所述热处理包括以下步骤：
[0030]将铸件按80～100℃/h的升温速度加热到550℃，保温1.5h；
[0031]然后按相同速率加热到650～700℃保温1.5h；
[0032]然后加热1100～1150℃保温2h即可。
[0033]通过采用上述技术方案，本申请技术方案对高锰钢材料进行有效的热处理改性，经热处理改性后的高锰钢材料，其内部添加的碳化钨逐渐分散，在基体内部分布均匀且形状细小的碳化钨能有效改善高猛钢材料的冲击韧性有利，从而进一步改善了高锰钢的韧性强度。
[0034]综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
[0035]第一、本申请技术方案对钢材料的元素组分进一步限定，优化后的钢材料组分对Mn的含量有效把控，使制备的钢材料具有，良好的耐磨性能和较高的韧性强度，在此基础上，本申请通过进一步将稀土元素添加至钢材料中，改善钢材料的韧性强度。
[0036]第二、本申请技术方案进一步优化高韧性耐磨高锰钢材料的组分，通过选用润湿改性合金元素，在改性过程中，润湿改性合金中的活性元素在碳化钨颗粒的表面吸附、扩散、包覆形。随着保温时间的延长，活性元素的原子不断从合金熔体中溶解、扩散，并吸附、堆积包覆在碳化钨颗粒的表面界面，从而有效改善了合金材料的韧性强度和力学性能。
[0037]第三、本申请技术方案进一步优化润湿改性合金和碳化钨之间的结构方式和结合工艺。一方面，本申请通过核壳结构的改性，能改善后续包覆结合过程中的效率和稳定性能。另一方面，经脉冲微孔喷射成型的颗粒均一稳定的尺寸结构，在实际负载填充改性的过程中，能在钢材料内部形成稳定均匀的分散结构，而金属材料引起脆性断裂的原因主要是因为晶界处存在分布不均匀且尺寸偏大的碳化物，所以本申请制备的复合核壳颗粒能提高钢材料的结构强度和尺寸稳定性能，从而进一步改善了高锰钢的韧性强度。
具体实施方式
[0038]以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
[0039]制备例1
[0040]取碳化钨并研磨粉本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高韧性耐磨高锰钢材料，其特征在于，包括以下重量份物质：1.15～1.68份C；12.3～15.5份Mn；0.25～1.18份Si；0.02～0.05份P；75～80份Fe；0.005～0.0125份稀土元素，所述稀土元素包括La、Ce、Eu和Y中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的高韧性耐磨高锰钢材料，其特征在于，所述高韧性耐磨高锰钢材料还包括1.2～1.8重量份碳化钨。3.根据权利要求2所述的高韧性耐磨高锰钢材料，其特征在于，所述高韧性耐磨高锰钢材料还包括0.5～1.2重量份润湿改性合金，所述润湿改性合金包括Co、Cr、Ni中的至少两种元素的组合物。4.根据权利要求3所述的高韧性耐磨高锰钢材料，其特征在于，所述润湿改性合金为单分散的CoCrFeNi合金。5.根据权利要求3所述的高韧性耐磨高锰钢材料，其特征在于，所述润湿改性合金设于所述碳化钨外周且形成为复合核壳颗粒，所述复合核壳...

【专利技术属性】
技术研发人员：奚浩泽，庄建东，孔春成，
申请(专利权)人：常州亿富泰特钢有限公司，
类型：发明
国别省市：