一种无铬高硼铁基铸造合金及制备方法技术

本发明专利技术是一种不含铬的高硼铁基铸造合金及制备方法。高硼铁基合金的化学成分为（重量百分比）：０．２～１．０Ｃ；１．０～４．５Ｂ；０．２０～０．７０Ｓｉ；０．２０～０．８Ｍｎ；＜０．１Ｓ；＜０．１Ｐ；其余为Ｆｅ以及不可避免的微量杂质。该合金利用感应电炉生产，熔炼浇铸后经过热处理使用。该合金不含铬，价格低廉，综合性能良好，能通过控制硼和碳的比例方便实现合金性能大范围可控，以满足不同工况条件的需求。生产成本低、工艺简单、操作性强。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及金属铸造
，特别是一种无铬高硼铁其铸造合金及其制备方 法。
技术介绍
铬是提高钢铁材料性能的常用元素。近年来，由于资源匮乏，价格飞涨，含铬铁基 铸造合金的应用越来越受到限制。硼作为地壳中富有元素，其在钢铁材料中的作用最近受 到重视。20世纪80年代末，前苏联Egorov和Nevar等先后研究了含硼4. 9 % 5. 1 %、铬 2. 85% 3. 10%、含钴1. 0% 4. 0%的铁碳合金的组织和性能，结果表明，硼元素能有效 提高材料硬度。前苏联专利SU5058116公布的含硼的铁基合金中，含有较多的铬及昂贵的 钴，应用未见报道。上世纪90年代初，澳大利亚Queensland大学材料系的研究人员提出了利用硼在 α -Fe和Y-Fe中的溶解度差异，以高铬合金为基础，开发了耐磨性能优异的铁铬硼合金。 随后，中国的专利技术专利ZL200410089538. 0公开了一种高硼铸造铁基耐磨合金，其主要化学 成分是(重量％ ) 0. 15 0. 70C，0. 3 1· 9Β，0· 3 0. 8Cr,0. 4 0. 8Si，0. 6 1· 3Mn, 0. 05 0. 20Ce，0. 02 0. IOLa, 0. 005 0. 018Ca，0. 04 0. 18K，0. 08 0. 25A1，S<0. 04， P < 0. 04，其余为Fe。该合金性能优于常用的高锰钢、高铬铸铁和低合金钢，但是合金中含 有Cr、Ce、La等，热处理工艺复杂，生产成本较高。中国专利技术专利ZL200610105251. 1公开了一种高硼耐磨铸钢及其制备方法，其 化学成分重量百分比为c 0. 10% 0. 50% ;B :0. 8% 5. 0% ；Cu :0. 3% 0. 6% ；Mn 0. 8% 2. 0%;Cr 1. 0% 2. 5%;Si < 1. 5%;Ti ；0. 08% 0. 20%;Ce :0· 04% 0· 12%； Mg :0. 02% 0. 18% ；N 0. 06% 0. 18% ；S < 0. 05% ；P < 0. 05% ；余量为 Fe 和不可避免 的微量杂质。其制备方法采用电炉熔炼，钢水熔清后加入锰铁和硼铁，然后加入铝脱氧，而 后出炉。用稀土镁合金和含氮物质对钢水进行复合变质处理，经高温奥氏体化后快速冷却， 随后进行低温回火消除应力。这种高硼铸钢具有较好的力学性能，但铬依然是其中不可缺 的合金元素，制备工艺较为复杂、成本高。中国专利技术专利申请公开说明书200810049365. 8公开了一种高碳高硼耐磨合金及 其制备方法，其公开的合金成分为c 1. 0 1. 8%,B 3. 8 6. 5%, Mo 0. 3 0. 8%, Ni 0. 3 1. 0%，Cr :0. 3 2. 0%，Mn :0. 5 1. 0%，Si :0. 5 1. 0%，S<0. 05%，P<0. 05%，余量为铁。该种合金依然使用较多的Cr、Ni、Mo合金元素。中国专利技术专利ZL200810104992. 7公开了高硼低碳耐磨铸钢及其热处理方法，其 公开的合金成分重量百分比为0. 15 0. 30C, 1. 5 2. 5Β，2· 6 3. OSi, 1. 4 1. 8Cr, 0. 5 0· 8Μη，0· 05 0. 12Ce，0. 03 0. 15V,0. 03 0. 15Ti, P < 0. 05，S < 0. 05，余量为Fe。仍加入大量的Cr以及V、Ti等元素。可见，目前高硼铁基铸造合金实际上均是在铸造铁铬合金基础上发展而来，均含有较多的铬、镍、钼、钒等合金元素，生产成本较高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种新型低成本无铬的高硼铁基铸造合金及制备方法。该合 金通过控制硼和碳的含量及硼碳比，可以在较大范围方便的调节其性能，以满足不同工况 条件的性能要求，其生产工艺简单，成本低廉。本专利技术是通过调节硼、碳含量及硼碳比实现性能大范围可调的无铬高硼铸造合金 及制备方法。无铬高硼铸造合金的化学成分为(重量百分比)0.2 1.0C;1.0 4.5B; 0. 20 0. 70Si ；0. 20 0. 8Mn ；S < 0. 1 ;P < 0. 1 ；其余为Fe以及不可避免的微量杂质；无铬高硼铁基合金制备方法如下1)将废钢、硼铁、硅铁、锰铁、增碳剂按照上述的合金成分进行配料；配料时，根据 原材料的中各元素的含量及收得率进行。炉料烘干后，先将称量好的废钢与增碳剂加入感 应电炉中进行熔化，熔清后插铝脱氧，并依次加入锰铁、硅铁及硼铁；2)将炉温升至1550°C，然后再次插铝脱氧拔渣后出炉，出炉温度1520°C 1550 0C ；3)合金液在浇包中静置一段时间，待温度降至1420°C 1450°C，浇入铸型，凝固 冷却后即得到所述无铬高硼铸造合金铸件；4)合金的热处理850°C 1050°C奥氏体化后水淬处理，淬火时奥氏体化保温时 间(分钟)按照公式(1. 2 1. 4) δ +20进行控制，或在淬火处理后根据铸件结构复杂程度， 在200°C 300°C进行去应力退火处理，去应力退火保温时间(分钟)按按照公式(1. 2 1.3) δ+50进行控制，其中δ为工件厚度，单位为mm;本专利技术公开的合金成分中不含铬，通过改变合金中硼、碳含量及硼碳比，可以实现 合金硬度在30HRC 65HRC之间和冲击值在80J 4J之间大范围调节，以满足不同工况条 件的要求。本专利技术确定的合金成分及生产工艺的原理如下硼硼是我国储量丰富，价格低廉的合金元素，硼在铁中的溶解度很小，加入铁 中的硼大部分以硼化物或含硼碳化物的形式存在。硼与铁生成的FeB(HV1800-2000)、 Fe2B (HV1400-1500)、Fe3 (C, B) (HVl 100 1400)、Fe23 (C, B) 6 (HV 1300)的硬度远高于 Fe3C(HV800-900)，也高于铬的碳化物Cr7C3 (HV1300-1500)或与之相当，用合金硼化物代替 合金碳化物，可明显提高合金的硬度和耐磨性。而硼化物和含硼碳化物的量与硼的含量有 直接的关系，通过控制硼含量，可以控制硬质相的量，从而控制合金的硬度。根据不同的工 况条件的要求，B含量可以选择在1. 0 4. 5%之间。碳碳主要决定碳化物的数量、基体组织的类型及合金的韧性。碳含量高，经过淬 火后，基体会获得高硬度的马氏体，但韧性较低。碳含量低，合金组织中将有较多的铁素体、 奥氏体等韧性相，能提高合金韧性。根据不同的工况条件，碳含量选择在0. 2 1. 0%，通过 控制硼碳比，可以使合金的硬度在30HRC 65HRC之间、冲击值在80J 4J之间大范围可调。锰锰是强奥氏体形成元素，它既可溶于基体，提高合金的淬透性，又可溶于碳化物，降低碳化物硬度，少量锰还可以降低临界冷却速度，促进马氏体的形成。锰含量过高，会 导致淬火组织中残留奥氏体增多；过量的锰溶于碳化物中使碳化物变得更脆，易产生裂纹。 因此锰在本合金中的含量应受到限制，控制在0. 2 0. 8%。硅硅在熔炼时能起到一定的脱氧作用，改善合金的凝固特性，另外，可以增加基 体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无铬高硼铁其铸造合金，其特征在于无铬高硼铸造合金的化学成分重量百分比为：０．２～１．０Ｃ；１．０～４．５Ｂ；０．２０～０．７０Ｓｉ；０．２０～０．８Ｍｎ；Ｓ＜０．１；Ｐ＜０．１；其余为Ｆｅ以及不可避免的微量杂质。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘美红，黎振华，周荣，蒋业华，何正员，赵国荣，岑启宏，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：53[]