本发明专利技术为一种高韧性硼化物耐磨金属材料及其制造工艺，其强化硬质相是ＴｉＢ↓［２］、Ｆｅ↓［２］Ｂ和ＢＮ、ＴｉＮ，强化相的体积百分数为１５－２２％，其金属材料各元素的化学成分按重量百分比为：０．１０－０．４０％Ｃ，１．９０－２．６％Ｂ，０．７－１．４％Ｔｉ，１．０－１．６％Ｃｕ，０．５－２．８％Ｃｒ，０．０５－０．０８％Ｍｇ，０．０３－０．２５％Ｃｅ，０．０４－０．１３％Ｋ，Ｓｉ＜０．５％，Ｍｎ＜０．５－１．３０％，０．０２－０．１５％Ｃａ，０．０２－０．１８％Ｎ，Ｓ＜０．０３％，Ｐ＜０．０４％，余量为Ｆｅ和不可避免的杂质元素。本发明专利技术高韧性硼化物耐磨金属材料利用电炉生产，经熔炼、熔体炉外变质处理和吹氩精炼处理、铸造和热处理后，金属材料的硬度大于５５ＨＲＣ，抗拉强度大于６５０ＭＰａ，冲击韧性大于２０Ｊ／ｃｍ↑［２］，具有优良的综合性能，用于生产金属抗磨零件，具有良好的使用效果和良好的经济效益。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属耐磨材料制造领域，涉及一种含有高硼化物含量的耐磨钢，特别是高韧性硼化物耐磨金属材料及其制造工艺。
技术介绍
目前广泛应用的耐磨材料主要有三大类①高锰钢；②低、中合金耐磨钢；③高铬铸铁。高锰钢自1882年问世以来，已有100多年的历史，成为传统的耐磨材料，得到广泛的应用。但在使用实践中发现，高锰钢的耐磨性是有条件的，只有在冲击大、应力高、磨料硬的情况下，高锰钢才耐磨，而且其屈服强度低、易于变形。因此，在许多领域已逐渐为其它耐磨材料所代替。低、中合金耐磨钢是以硅、锰为基础，加入铬、钼、镍以及其它微量元素而发展起来的。其合金系统由成分简单的单一锰系、硅系、铬系、铬锰系到成分复杂的铬-锰-硅-钼-镍-其他微量元素的多元复合系统，该材料具有较好的强韧性，低、中冲击载荷下的耐磨性优于高锰钢，但存在淬透性和淬硬性低的不足，因此，其耐磨性较低。高铬铸铁组织中含有超过20%的高硬度共晶碳化物，具有优异的耐磨性，但存在合金元素含量高，生产成本高，以及高温热处理易变形和开裂的不足。普通白口铸铁和低合金白口铸铁碳化物硬度低，碳化物呈连续状分布，脆性大，使用中易剥落甚至开裂。开发生产工艺简单、生产成本低、强度和韧性高、淬透性和淬硬性好的新一代钢铁耐磨材料，减少金属磨损，是耐磨材料产业所一直致力于研究开发的长期课题，对国民经济具有重要的意义。在目前国内外所开发的金属耐磨材料中，为了提高材料的强韧性和耐磨性，通常都要加入镍、钼、铬、钒、钨等合金元素，随着铬、钼、镍、钨、钒等合金元素在钢铁材料中使用量的不断增加，价格飞速上涨，供应日趋紧张，导致普通钢铁耐磨材料生产成本不断攀升。硼是地壳中含量相对丰富的一种元素，是我国富产元素，总贮量占世界第五位。硼元素价格低而且稳定。将其作为合金元素来应用，可以大量节省贵重元素，对工业生产和国防建设都有积极的意义。大量研究发现，微量硼可以显著增加结构钢的淬透性，对耐热钢有提高高温强度和蠕变性能的作用，加入不锈钢和耐热钢中可以改善热加工性能。在白口铸铁中加入微量硼还可以细化共晶碳化物，改善碳化物的形态和分布，提高白口铸铁力学性能。在工程应用中已经证实，硼加入结构钢中可以代替一部分或全部镍、铬、锰、钼等，在汽车工业中用硼钢代替40Cr钢，其使用寿命不低于铬钢，在轧辊中以硼代替部分镍、铬、锰、钼等所3制造的轧辊其使用寿命比球墨铸铁轧辊提高8倍，达到与高铬铸铁相当的寿命，而成本却低于高络铸铁。近年来，利用硼化物的高硬度和良好的热稳定性，以硼化物为主要耐磨硬质相的耐磨材料的研究日益受到国内外材料研究工作者的重视，中国专利技术专利CN1086471报道了以硼为主要合金元素的耐磨堆焊焊条，该焊条采用H08低碳钢为焊芯，在药皮中添加大量的碳化硼和少量的钒、钨、铌、稀土合金元素，其重量系数为50 100%，堆焊层的硬度可达65 70服C，耐磨性为淬火65Mn钢的17.38倍。主要用于刮板机中部槽、水轮机叶片、高炉料钟、螺旋输送机叶片、钻杆、挤砖机、挖掘机斗齿等。中国专利技术专利CN1065689公开了一种钢铁表面的渗硼工艺，该渗硼工艺以碳氮共渗液为基盐，采用以渗硼为主的硼一碳一氮三元共渗工艺。在硼化物层下有较宽的碳氮共渗过渡层，显微硬度梯度变化缓，盐浴流动性好，硼化物形成速度快，本工艺可广泛应用于钢铁材料的表面强化处理，使钢材表面采用渗硼工艺获得的含硼化物的表面具有有良好的耐磨性。在上述工艺中，由于采用堆焊工艺获得的含硼化物耐磨层与基体材料结合强度较低，在冲击磨损工况下已碎裂甚至剥落，且工件在堆焊过程中易产生变形，采用表面渗硼处理工艺获得的硼化物耐磨层厚度较薄，难以抵抗重载高应力磨料磨损，且仅适用与小型工件。为了获得建有良好韧性和耐磨性的金属耐磨材料，中国专利技术专利CN1624180公开了一种高硼铸造铁基耐磨合金及其热处理方法，其特征在于其主要化学成分是(重量％): 0.15 0. 70C，0. 3 1.9B， 0. 3 0.8Cr， 0. 4 0. 8Si， 0. 6 1.3Mn， 0. 05 0. 20Ce， 0. 02 0. 10La， 0. 005 0.018Ca， 0. 04 0. 18K， 0.08 0.25A1， S<0. 04， P<0. 04，其余为Fe;它的热处理方法是珠光体化预处理、淬火和回火，珠光体化预处理加热温度760 820°C，炉冷至小于50(TC后炉冷或空冷；淬火加热温度为960 1050°C，随后以冷却速度不小于5XVmin快速冷却，回火加热温度为1S0 40(TC，随后炉冷或空冷；该专利技术的优点是大幅度提高了合金耐磨性、大幅度减少了铬合金加入量、生产成本显著降低、生产工艺简单、设备通用性强、其综合性能优于常用的高锰钢、高铬铸铁和低合金钢，具有极高的性能价格比。但由于该材料通过热处理后所获得的板条马氏体加高硬度硼化物组成的复合组织中，硼化物呈连续网状分布，使材料的脆性较大。为了提高高硼耐磨材料的的韧性，中国专利技术专利CN1804091公开了铸造高硼耐磨合金的韧化方法，该专利中材料的化学成分为0.30 0.35C， 1.0 1.5B， 0.6 0.8Si， 0.8 1.0 Mn， S<0.04， P<0. 04，其余为Fe、 Ti，其中Ti是由变质剂钛铁带入的。通过在高硼合金中加入铸造高硼耐磨合金重量的0. 75 1%变质剂钛铁合金进行变质处理，然后在通过热处理工艺进行韧化。韧化热处理工艺为工件加热温度1020 1050°C，保温时间2 3小时，然后进行淬火或正火，最后回火。经韧化处理后的高硼耐磨合金的共晶硼化物呈4孤立状分布于基体中，由于硼化物仍然呈块状分布，因此高硼合金的脆性仍然较大，韧性不太高，仅为2.5J，无法满足重载、冲击磨损工况下应用。高硼低碳耐磨模具钢具有优异的耐磨性能，但由于其韧性的不足使其在重载、高冲击工况下的应用受到了限制。改善硼化物的形态和分布是改善其韧性的有效手段，与此同时，提高金属熔体纯净度、细化晶粒，对高硼低碳耐磨模具钢进行纯净化处理和细化凝固组织的微合金变质处理，使其达到高的强韧性和耐磨性，是实现高硼钢在重载、冲击磨损工况下应用的关键，对高硼钢的推广应用具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服上述现有技术中不足，提供一种高韧性硼化物耐磨金属材料及其制造工艺，在低合金钢中加入较高的硼元素，并加入适量的钛，使其在金属基体中合成1.5%一6%的高含量TiB2+Fe2B+ BN+TiN颗粒，加入微量稀土镁合金和金属铈、S^N4和K、 Na碱金属所组成的复合变质孕育剂对合金进行变质处理，改善硼化物的形态和分布，得到颗粒状TiB2+Fe2B均匀分布在板条马氏体基体上的复合组织，为减少金属熔体中气体和非金属夹杂物含量，采用中间包底部吹入惰性气体搅拌工艺对硼化物耐磨金属材料精炼，从而获得高纯净度的金属材料，可以降低硼化物耐磨金属材料的脆性，提高其强度和韧性。为提高基体淬透性，还加入适量的铜和猛。为提高和改善硼化物耐磨金属材料的抗回火稳定性，在材料中加入了适量的铬，并通过韧化热处理工艺，使硼化物耐磨金属材料具有高强度、高硬度和较好的韧性和耐磨性，尤其是韧性得到大幅度提高，满足了高硼钢在重载、冲击磨损工况下的应用。为实现上述目本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高韧性硼化物耐磨金属材料及其制造工艺，其特征在于强化相是ＴｉＢ↓［２］、Ｆｅ↓［２］Ｂ和ＢＮ、ＴｉＮ，其体积百分数为１５－２２％，其金属材料各元素的化学成分按重量百分比为：０．１０－０．４０Ｃ％，１．９０－２．６％Ｂ，０．７－１．４％Ｔｉ，１．０－１．６％Ｃｕ，０．５－２．８％Ｃｒ，０．０５－０．０８％Ｍｇ，０．０３－０．２５％Ｃｅ，０．０４－０．１３％Ｋ，Ｓｉ＜０．５％，Ｍｎ＜０．５－１．３０％，０．０２－０．１５％Ｃａ，０．０２－０．１８％Ｎ，Ｓ＜０．０３％，Ｐ＜０．０４％，余量为Ｆｅ和不可避免的杂质元素。
【技术特征摘要】
1、一种高韧性硼化物耐磨金属材料及其制造工艺，其特征在于强化相是TiB2、Fe2B和BN、TiN，其体积百分数为15-22％，其金属材料各元素的化学成分按重量百分比为0.10-0.40C％，1.90-2.6％B，0.7-1.4％Ti，1.0-1.6％Cu，0.5-2.8％Cr，0.05-0.08％Mg，0.03-0.25％Ce，0.04-0.13％K，Si＜0.5％，Mn＜0.5-1.30％，0.02-0.15％Ca，0.02-0.18％N，S＜0.03％，P＜0.04％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。2、 如权利要求1所述的高韧性硼化物耐磨金属材料及其制造工艺，其特征在于采用电炉冶炼生产，其工艺步骤是(1) 将普通废钢、铜板、铬铁在电炉中熔化，钢水熔清后加入硅铁、锰铁，炉前调整成分合格后，将熔体温度升高至1600—1650。C，插铝脱氧，然后加入硼铁和钛铁熔化。(2) 当硼铁和钛铁全部熔化后，将小于12mm以下的颗粒状稀土镁合金和金属铈、Si3N4 和K、 Na碱金属所组成的复合变质孕育剂用薄铁皮包好，经20(TC以下烘烤后放在钢水包的 底部，将炉内的钢水倒入...
【专利技术属性】
技术研发人员：丁家伟，丁刚，符寒光，
申请(专利权)人：江苏新亚特钢锻造有限公司，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]
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