一种用于固体物料输送管的高流动性高耐磨性合金材料制造技术

本发明专利技术公开了一种用于固体物料输送管的高流动性、高耐磨性合金材料。其合金组成含量选择方案为：接近Ｆｅ－Ｃ－Ｃｒ三元相图两相共晶线；含有０．１０～０．５０％（重量）的磷元素；高含碳量的高耐磨、高流动性合金。本发明专利技术合金的显微组织特征是以马氏体和残余奥氏体为基体相，铬的碳化合物为主要硬质强化相，基体相与硬质强化相间结合牢固，且硬质强化相的显微硬度可高达１２００－１６００ＨＶ５０，宏观硬度高达ＨＲＣ５０－６５以上。有益效果是：具有较好的合金流动性，因此特别适合通过消失模铸造的方法来生产各种管件、弯头、三通、阀门、泵叶等耐磨、薄壁制件。

High fluidity, high wear resistance alloy material for conveying pipe of solid material

The invention discloses an alloy material with high fluidity and high wear resistance for conveying pipes of solid material. The composition of the alloy content selection scheme is close to the Fe - C - Cr three phase diagram of two-phase eutectic line; containing 0.10 to 0.50% (weight) of phosphorus; high wear resistance, high fluidity alloy high carbon content. The microstructure characteristics of the alloy of the invention is to martensite and residual austenite as matrix, carbon chromium compounds as the main strengthening hard phase, hard matrix and reinforcement phases combined with solid, hard and microhardness of strengthening phase can be as high as 1200 1600HV50, the macro hardness of more than HRC5065. The utility model has the advantages that the alloy has better fluidity, so the utility model is particularly suitable for producing wear-resistant fittings and thin wall parts of various pipe fittings, elbows, three passes, valves, pump leaves and the like by the method of lost foam casting.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于固体物料输送管的高流动性高耐磨性合金材料，属于铸造技 术领域。特别适用于铸造生产各种管件、弯头、三通、阀门、泵叶等耐磨、薄壁铸件。
技术介绍
研究和发展新型耐磨材料，减少金属磨损，对国民经济具有重要的意义。在现有的 耐磨材料中，高铬白口铸铁是一个重要的分支，其成分特点为高碳高铬，其微观组织特点为 基体金属上弥散分布有碳化铬硬质相。其缺点主要是合金含量高，对于壁厚较薄的零件，合 金使用量偏大，合金浪费大。镍硬白口铸铁也是一类重要的耐磨材料，该类合金是国际镍公司Climax在1拟8 年研制成功的，它是在普通白口铸铁中加入3.0% 5.0%的Ni和1.5% 3.0%的Cr，铸 态组织为(Fe+Cr)3C+马氏体+奥氏体。在较高含铬量的镍硬IV型铸铁中，出现了部分M7C3 型碳化物，在一定程度上破坏了碳化物的网状分布，从而改善了韧性。镍硬白口铸铁在强 度、硬度和耐磨性方面都优于普通白口铸铁且生产工艺简单，故得到了广泛应用。但该类耐 磨合金材料存在如下两个缺点1、由于碳化物主要是连续片状的渗碳体，脆性较大。近年来 虽然研究通过热处理方法获得贝氏体+回火马氏体，以得到较高的综合力学性能，但是抗 磨损能力仍旧有限；2、对镍元素的需求较大，因而成本较高。近年来为了节约镍，开展了以 锰、铜代镍的研究工作，试验结果表明，要得到相同的性能，镍只能被部分代替。高锰钢也是目前应用较为广泛的一种耐磨材料，其铸态组织是奥氏体+马氏体+ 碳化物，水韧处理后为单一奥氏体组织。高锰钢的主要特征是屈服强度低，具有极高的韧 性，使用中易变形，但可以产生加工硬化，从而具有良好的耐磨性。但是高锰钢的主要缺点 是必需有较大的冲击载荷和高应力，才能使组织得到有效硬化，从而起到抵抗磨损的作 用。对于低应力使用工况，高锰钢的耐磨性很差，因此用于固体物料输送管道是不适用的。如将高耐磨性合金铸铁用于固体物料输送管道的双金属铸造，存在的主要问题是 流动性差，内部高耐磨合金层的厚度不能小于16毫米，若厚度小于16毫米，便会发生浇不 足缺陷，使产品成品率大幅度降低；如选择过厚的合金层，除管道重量增加、产品成本提高 外，还导致凝固晶粒组织粗大，材料耐磨性降低。为此，选择一种即具有高耐磨性的合金材 料，又具有良好铸造流动性的材料，是非常重要的。为此，专利技术人就以上内容，对相关耐磨材料及铸造工艺专利检索，其相关内容引述 如下1、中国专利200810150461. 1，公开了一种公开了一种铁硼铸造耐磨合金中硬质相 Fe2B的韧化处理方法，该专利涉及的硬质相为!^e2B且强调通过热处理得到较好的韧性，一 般不用于固体物料输送管的铸造成形。2、中国专利95112491. 9，公开了一种低合金耐磨铸钢管及其铸造方法，该专利由 于强调可焊性而将成分控制在低碳范围，因而发挥耐耐磨作用的硬质相与本专利不同，且 使用离心铸造方法生产铸钢管。3、中国专利97100251. 7，公开了一种高硬度可焊耐磨铸造合金，该专利强调材料 的焊接性，一般不用于固体物料输送管的铸造成形。4、中国专利01107155. 9，公开了一种高抗磨离心铸管，该专利的成分特征是 CO. 25 0. 55 %，Sil. 0 2. 0 %，Mn2. 0 3. 0 %，B0. 0005 0. 005 %，S ≤ 0. 035 %, P≤O. 035%，余量为Fe，因此该专利所公开的合金也属低碳合金材料，且该材料采用离心铸造。5、中国专利02132929. X，公开了一种铸造铬钨多元低合金耐磨钢及其生产工 艺，该专利的成分特征是碳0. 3-0. 6 %、硅0. 8-1. 4 %、锰0. 8-1. 2 %、铬1. 8-2. 5 %、钨 0. 6-1. 5%、钼 0. 5-0. 6%、铜 0. 5-0. 6%、钒 0. 08-0. 15%、稀土 0. 06-0. 12%，其余为铁，因 此该专利所公开的合金也属低碳合金材料，且该材料合金流动性有限，对于薄壁管类零件 的铸造不适应。上述所列耐磨材料均有以下缺陷或不足1、硬质相提高耐磨性有限；2、合金流动性较差，不适宜采用消失模铸造生产薄壁管件。
技术实现思路
本专利技术专利的目的是提供一种用于固体物料输送管的高流动性高耐磨性合金材 料，基本能够克服上述耐磨材料的缺点，因而可以获得性能更为优越的耐磨、薄壁产品。本专利技术专利的技术方案如下一种用于固体物料输送管的高流动性高耐磨性合 金材料，合金的组成重量％为接近I^e-C-Cr三元相图两相液相共晶线范围的成分；含有 0. 10 0.50% (重量)的磷元素，降低液相线及共晶温度，延长合金保持液态的时间，使 合金具有较好的流动性；铬的合金碳化合物的含量均勻分布在基体相上，提高了合金的耐 磨性；根据合金中铬含量不同，减少碳和铜合金含量，分为四类，各元素含量的重量百分比 为第I 类，铬 5. 0-7. 0%，碳 3. 6-4. 0%，钼 0-0. 5%，锰 0. 5-1. 3%，铜 0. 8-1. 5%，稀 土 0-0. 5 %，磷 0. 10-0. 50 %，余量为铁；第II 类，铬 13. 0-16. 0%，碳 3. 2-3. 8%，钼 0-0· 5%，锰0· 5-1. 3%，铜0· 5-1. 0%, 稀土 0-0. 5 %，磷 0. 10-0. 50 %，余量为铁；第III 类，铬 19. 0-21. 0 %，碳 2. 9-3. 3 %，钼 0-0. 5 %，猛 0. 5-1. 3 %，铜 0. 3-0. 8 %，稀土 0-0. 5 %，磷 0. 10-0. 50 %，余量为铁；第IV类，铬26. 0-29. 0%，碳 2. 5-3. 0%，钼 0-0· 5%, 110. 5-1. 3%，铜0· 3-0. 8%, 稀土 0-0. 5%，磷0· 10-0. 50%，余量为铁。上述合金材料设计原则是1)合金成分控制在!^e-C-Cr三元相图两相液相线附 近；2)含有0. 10% 0. 50%的磷元素存在，以降低液相线及共晶温度，延长液态保持时间， 增加合金的流动性。另外磷元素可以产生断续、碎网状、细小而均勻分布的磷共晶，该共晶 组织一方面起着支撑骨架的作用，同时提高了耐磨性，幻高含碳量的成分，大幅度增加硬质 相铬的碳化合物的体积分数，从而显著的提高固体物料输送管道的耐磨性。合金的显微组织特征是以马氏体和残余奥氏体为基体相，铬的碳化合物为主要硬 质强化相，另外由于合金成分在三元相图两相液相线附近，且由于有磷元素的存在，使合金具有较好的流动性，因此特别适合用来铸造生产各种管件、弯头、三通、阀门、泵叶等耐磨、薄壁产品。熔炼时，可以选用电弧炉，也可以选用感应炉，首先加入废铁废钢原料，待熔清后， 再加入铬铁，炉料配比根据铬元素的含量来确定，待炉料全部熔化后进行炉前取样成分分 析，根据分析结果，如果铬元素低于上述范围，则再补加铬元素的原料，如果高于上述范围， 则再加碳钢料或生铁，最终调整炉料成分配比合格。出炉前，根据此时的炉料总量将锰铁 合金加入熔炼炉，最后加入脱氧剂，搅拌、扒S，1600°c左右出炉，以适当的浇注速度进行浇 注。以上合金材料铸造完毕后，无需进行淬火热处理，仅需通过低温回火，以减少铸造 应力。本专利技术合金本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于固体物料输送管的高流动性高耐磨性合金材料，其特征在于：合金的组成含量重量％为接近Ｆｅ－Ｃ－Ｃｒ三元相图两相液相共晶线范围的成分；含有０．１０～０．５０％（重量）的磷元素，降低了液相线及共晶温度，延长了合金保持液态的时间，使合金具有较好的流动性；铬的合金碳化合物的含量，均匀分布在基体相上，提高了合金的耐磨性；根据合金中铬含量不同，减少碳和铜合金含量，分为四类，各元素含量的重量百分比为：第Ｉ类，铬５．０－７．０％，碳３．６－４．０％，钼０－０．５％，锰０．５－１．３％，铜０．８－１．５％，稀土０－０．５％，磷０．１０－０．５０％，余量为铁；第ＩＩ类，铬１３．０－１６．０％，碳３．２－３．８％，钼０－０．５％，锰０．５－１．３％，铜０．５－１．０％，稀土０－０．５％，磷０．１０－０．５０％，余量为铁；第ＩＩＩ类，铬１９．０－２１．０％，碳２．９－３．３％，钼０－０．５％，锰０．５－１．３％，铜０．３－０．８％，稀土０－０．５％，磷０．１０－０．５０％，余量为铁；第ＩＶ类，铬２６．０－２９．０％，碳２．５－３．０％，钼０－０．５％，锰０．５－１．３％，铜０．３－０．８％，稀土０－０．５％，磷０．１０－０．５０％，余量为铁。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：方亮，王延庆，孙琨，王治国，岑启宏，齐笑冰，
申请(专利权)人：徐州胜海机械制造科技有限公司，西安交通大学，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]