一种高钒钢耐磨材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高钒钢耐磨材料及其制备方法，它是一种硬度，韧性和耐磨性都非常优良的耐磨材料，可以用于制作高性能轧辊，刀具，冲压模具等。其化学成分设计为（重量％）：Ｃ：２．２～２．５％，Ｖ：８．５～１１．８％，Ｃｒ：５．０～６．５％，Ｍｏ：１．０～１．８％，Ｎｉ：０．５～１．３％，Ｓｉ＜０．５％，Ｍｎ＜０．５％，Ｐ＜０．０４％，其余为Ｆｅ；制备方法包括：原料熔化，雾化制粉，热等静压烧结，热锻，完全退火，淬火和回火。退火的加热温度为８５０℃～８７０℃，保温３～４小时后随炉冷却。淬火的加热温度为１０００℃～１１５０℃，保温３０ｍｉｎ，油冷。回火温度为５００℃～６００℃，回火保温时间为０．５ｈ～１ｈ，空冷，回火次数２～３次。与传统的高铬铸铁相比，高钒钢耐磨材料的碳化物硬度高，形态好，粒度细小，且分布均匀，硬度和冲击韧性都非常优良。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，以生产对韧性和耐磨性要求较高的切削工具、高载荷模具、轧辊、特殊耐热耐磨部件等。
技术介绍
磨损是造成材料失效的主要方式之一。据统计，我国耐磨材料年消耗达到300万 吨，已经形成一个受人关注的耐磨材料行业。对耐磨材料，硬度和韧性是衡量其质量优劣的 关键性能。通过提高金属基体和碳化物硬度、增加碳化物体积分数、改善碳化物形态和分布 来能使材料耐磨性得以提高。基体组织的高硬度可以通过调整基体含碳量和适当的热处理 制度获得；但要从根本上提高材料的耐磨性，优化碳化物的硬度和形态分布更具有实际意义。 耐磨材料中，不同类型碳化物的显微硬度和形态分布差别很大，MC型碳化物硬度 达到HV2700左右，呈团球或短杆状分布，碳化物没有尖角，割裂作用小，呈现高的抗磨损 性。向铁基体中加入钒合金可以获得大量形态较好、硬度较高的MC型碳化物，是大幅提高 材料的耐磨性的重要途径。 中国专利技术专利CN1803325公开了一种高速钢复合轧辊及其制备方法，采用离心铸 造的方法制备高钒高速钢，作为轧辊的外层耐磨损材料。其轧辊外层材料化学成分(重 量％ )为1. 2 2. 5C， 0. 3 1. 5Si， 0. 4 1. OMn， 3. 0 8. OCr， 2. 0 7. OMo， 2. 0 7. 0V，1. 0 5. OW，O. 01 0. 5RE，P < 0. 05， S < 0. 05，余量为Fe。但该方法的缺点是轧辊耐磨层 的组织粗大，部分碳化物呈连续分布，抗热疲劳性能差，同时，采用离心铸造成型时，元素偏 析严重，降低了表层的碳化钒含量，耐磨性差。中国专利技术专利CN1158361A公开了一种耐磨耐腐蚀粉末冶金高钒工具钢制品及其生产方法，由美国坩埚材料有限公司专利技术，其化学成 分(重量％ )为:1. 47 3. 77C，0. 2 2. OMn，Si < 2. 0， 11. 5 14. 5Cr，Mo < 3. 0，8. 0 15. OV，O. 03 0. 46N，P<0. 10，S<0. 10，余量为Fe。其制品的碳化物的体积分数为16% 36% ，最大碳化物直径不超过6 ii m，无偏析，Charpy-C缺口冲击韧度达到18J/cm2，耐磨性优 良。但没有具体制备工艺和热处理方法方面的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供。本专利技术采用氮气雾化制粉，热等静压烧结和锻造的方法制备高钒钢耐磨材料，采用退火、淬火和回火的工艺来进一步提高产品的性能，得到基体为高韧性的回火马氏体，碳化物为高硬度的碳化钒，且均匀弥散分布在基体上。可以很好的把高硬度和高韧性良好地结合起来，耐磨极佳。本专利技术的一种高钒钢耐磨材料，所述材料化学成分以百分重量计C:2.2 2. 5%，V :8. 5 11. 8%，Cr :5. 0 6. 5%，Mo :1. 0 1. 8%，Ni :0. 5 1. 3%，Si < 0. 5%， Mn < 0. 5%， P < 0. 04%，其余为Fe。 本专利技术的一种高钒钢耐磨材料的制备方法，包括如下步骤 (1)将工业纯铁、钒铁、纯铬、纯钼和石墨按1 : 0. 25 0.29 : 0. 04 30.06 : 0. 015 0.025 : 0. 02 0.035的质量比例配比，装入雾化设备的熔化室中，进行 真空熔炼； (2)制粉完成后，把收集室里的粉末和残渣经20目 300目真空振动筛分级过筛， 分离粉末和大块的合金残渣，除去大块的非金属夹杂，然后取出粉末进行装套、脱气、封焊； (3)将包套装入热等静压炉中加温加压，热等静压的温度为1150°C 120(TC，压 力为60 80Mpa，达到最高温度和压力后保持2-3个小时； (4)热锻前将高钒钢坯体缓慢加热到850°C，保温30min，继续加热到始锻温度 1095 115(TC，保温15min，出炉锻造，温度低于终锻温度950 970°C时，停止锻造，重新 加热到始锻温度再进行锻造，锻造后，随炉冷却。 本专利技术的一种高钒钢耐磨材料的制备方法还可以进一步包括对所述高钒钢耐磨 材料的热处理方法，所述热处理方法包括退火，淬火和回火处理 (1)退火温度为850°C 870°C，随炉冷却； (2)淬火在电阻炉中进行，淬火加热温度为1000°C 115(TC，20(TC出炉冷却； (3)淬火后进行回火处理，回火加热温度为500°C 600°C，空冷。 本专利技术的高钒钢耐磨材料与现有技术相比，具有如下技术特点 制备的高钒钢耐磨材料的金相组织中，基体为高韧性的回火马氏体，含有17 25%的高硬度碳化钒，碳化物的平均粒度小于1. 2 m 2 m，最大碳化物粒度小于5 y m 8 m，碳化物呈球状，弥散分布。 制备的高钒钢材料的硬度达到HRC 51 62，冲击韧性达到16 62J/cm2，抗弯强 度达到2400 3800MPa，抗磨粒磨损性能是马氏体不锈钢Crl2的10 15倍。附图说明 图1所示是铸造高钒钢的碳化物分布形貌图。 图2所示是本专利技术高钒钢耐磨材料实施例1的碳化物分布形貌图。具体实施方式 实施例1 本实施例制备高钒钢耐磨材料，采用氮气雾化制粉+热等静压工艺制备高钒钢， 再进行锻造，退火，淬火和回火。其步骤是 (1)将工业纯铁、钒铁、纯铬、纯钼和石墨按1 : 0.267 : 0. 06 : 0.018 : O. 025的质量比例配比，装入雾化设备的熔化室中，真空熔炼； (2)氮气雾化制粉，收集粉末粒度为+300目的粉末进行热等静压，热等静压的温 度为115(TC，压力为65Mpa，达到最高温度和压力后保持2个小时。随后进行热锻，始锻温 度1095 1150。C，终锻温度为950 970°C 。 (3)在85(TC退火后，在100(TC淬火，60(TC回火。本实施例制备的高钒钢的化学成分为(重量％ ) :C:2. 27%， V:9. 53%， Cr :5. 86%， Mo :1. 58%， Ni :0. 84%， Si < 0. 3%， Mn < 0. 5%， P < 0. 02%，其余为Fe。 实施例2 制备的步骤是 (1)将工业纯铁、钒铁、纯铬、纯钼和石墨按1 : 0.267 : 0. 06 : 0.018 : 0. 025的质量比例配比，装入雾化设备的熔化室中，真空熔炼； (2)氮气雾化制粉，收集粉末粒度为+300目的粉末进行热等静压，热等静压的温 度为115(TC，压力为65Mpa，达到最高温度和压力后保持2个小时。随后进行热锻，始锻温 度1095 1150。C，终锻温度为950 970°C 。 (3)在85(TC退火后，在115(TC淬火，55(TC回火。 本实施例制备的高钒钢的化学成分为(重量％ ) :C:2. 27%， V:9. 53%， Cr : 5. 86%， Mo :1. 58%， Ni :0. 84%， Si < 0. 3%， Mn < 0. 5%， P < 0. 02%，其余为Fe。 实施例3 制备的步骤是 (1)将工业纯铁、钒铁、纯铬、纯钼和石墨按1 : 0. 29 : 0.04 : O. 024 : O. 035的质量比例配比，装入雾本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高钒钢耐磨材料，其特征在于：所述材料化学成分以百分重量计，Ｃ：２．２～２．５％，Ｖ：８．５～１１．８％，Ｃｒ：５．０～６．５％，Ｍｏ：１．０～１．８％，Ｎｉ：０．５～１．３％，Ｓｉ＜０．５％，Ｍｎ＜０．５％，Ｐ＜０．０４％，其余为Ｆｅ。

【技术特征摘要】
一种高钒钢耐磨材料，其特征在于所述材料化学成分以百分重量计，C2.2～2.5％，V8.5～11.8％，Cr5.0～6.5％，Mo1.0～1.8％，Ni0.5～1.3％，Si＜0.5％，Mn＜0.5％，P＜0.04％，其余为Fe。2. 根据权利要求1所述的一种高钒钢耐磨材料的制备方法，所述方法包括如下步骤2. 1将工业纯铁、钒铁、纯铬、纯钼和石墨按1 : 0. 25 0. 29 : 0. 04 0.06 : 0. 015 0.025 : 0. 02 0.035的质量比例配比，装入雾化设备的熔化室中，真空熔炼；2. 2制粉完成后，把收集室里的粉末和残渣经20目 300目真空振动筛分级过筛，分离粉末和大块的合金残渣，除去大块的非金属夹杂，然后取出粉末进行装套、脱气、封焊；2.3将包套装入热等静压...

【专利技术属性】
技术研发人员：燕青芝，王浩强，葛昌纯，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]