本发明专利技术公开了一种用于圆锥破碎机衬套上的高锰钢复合材料，所述高锰钢复合材料的化学成分按重量百分比包括：C：1~1.6%，Si：0.3~1%，Mn：17~19%，P：≤0.05%，S：≤0.05%，Cr：1.8~2.2%，其特征在于：Ti：0.05~0.5%，Na：0.1~1.0%，K：0.1~1.0%，其余为Fe。本发明专利技术加入Ti、Na、K形成了弥散分布的碳化物高硬相，使高锰钢复合材料的加工硬化能力、抗疲劳破坏能力提高。在使用过程中即使遇到铁块等夹杂异物也不会出现龟裂孔洞等现象，而且经冲击磨损后，衬套表面硬度HV=600~700，增强了衬套的抗挤压、剪切能力，提高了耐磨性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及耐磨金属材料领域，具体涉及一种用于圆锥破碎机衬套上的高锰钢复合材料。
技术介绍
耐磨金属材料被广泛地应用于工业生产的各个领域，而随着科学技术和现代工业的高速发展，由于金属磨损而引起的能源和金属材料消耗增加等所造成的经济损失相当惊人。近年来，对金属磨损和耐磨材料的研究，越来越引起国内外人们的广泛重视。耐磨猛钢是应用最广的耐磨材料,其中高猛钢是英国人Hadfield于1882年专利技术的，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，高锰钢工件使用中易变形，冲击值达I960 2940kJ/m2，显示出极高的韧性，在强烈冲击工况下可产生加工硬化，从而具有良好的耐磨性。研究和实践表明，添加一种以上的合金元素比添加单一的合金元素，在改善性能上起的作用更大。为使厚大铸件中心部位也为全奥氏体组织，提高加工硬化能力，发展了超高锰钢(Mnl5、Mnl7、Mn20、Mn25)。挪威的 Staranger Stool 公司开发了一种名为 STR0MHARD的超高锰钢，其锰含量为15% 23%，同普通高锰钢相比，其初始硬度提高了 8(Γ150ΗΒ，加工硬化性能明显增强，有相当好的耐磨性。近年来，人们已开始着手对具有稳定奥氏体组织的超高锰钢进行研究，主要是想在普通高锰钢标准成分的基础上通过提高碳、锰含量来达到改善锰钢组织，提高耐磨性的目的。研究人员通过对Fe-C-Mn合金奥氏体的价电子结构进行分析发现,在含C、Mn原子的一个奥氏体晶胞内，C-Mn之间的结合力大于C-Fe之间的结合力。这样，锰原子可通过对碳原子运动的拖曳提高碳的固溶度，而且利用锰不易和碳原子生成碳化物，来降低碳原子的扩散能力，抑制碳化物的析出。因此，同时提高碳、锰含量，不但可以提高锰钢的加工硬化能力，而且可保持高韧性的奥氏体组织，使其在使用时具有良好的耐磨性。当前，变质处理技术在开发新的超高锰钢钢种的试验中，已经取得了很大进展。科研人员在对超高锰钢变质处理前后的组织进行研究发现，在未变质处理的组织中，晶粒较粗大，晶界共晶碳化物的网状特征非常明显；在变质处理的组织中，晶粒明显细化，晶界碳化物的网状特征得到明显改善。这些成果的研发为改善超高锰钢组织并提高其耐磨性提供了新的途径。圆锥破碎机是利用破碎腔内的空间变化来达到破碎矿石的目的。衬套在冲击负荷下承受挤压应力，矿石尖角部分压入衬套表面，而且矿石的硬度越高，压入越深。当动锥旋转时，又产生巨大的剪切应力，造成衬套表面出现大量的凿坑，犁皱及沟槽，这是衬套失效的主要形式之一。更有甚者的是，由于我国大部分矿山在圆锥破碎机使用过程中，都避免不了物料带有夹杂物，例如残留的铲齿，螺钉螺母等，此时衬套被反复挤压会出现龟裂，严重时出现孔洞。衬套表面出现凿坑，犁皱，沟槽等必然使衬套局部产生大量的塑性变形，由于挤压应力、剪切应力反复周期地作用在衬套表面，致使其局部的塑性变形也是多次反复的，因此必然导致材料的疲劳，脆性化，并出现裂纹，裂纹经过不断扩大，相互交割，最后导致大块剥落，由于衬套局部多次塑性变形,接触疲劳引起的破坏也是衬套失效的主要形式。目前，圆锥破碎机是矿山生产过程中必不可少的主要设备。针对其衬套的服役条件，失效形式作了大量分析，可知衬套对材料的要求相当苛刻，它要求材料有较高的强度，以保证衬套表面具有抵抗矿石压入及切入的能力；但同时它又要求材料具有足够的韧性，以保证衬套能够吸收部分冲击力；它还要求材料具有良好的塑性,通过变形来松弛部分的应力，因此，迫切需要专利技术一种新材料满足圆锥破碎机的需求。
技术实现思路
本专利技术目的在于针对现有技术的缺陷，提供了一种用于圆锥破碎机衬套上的高锰钢复合材料，通过目前国内外大量使用的衬套材料Mnl8Cr2钢进行孕育处理的材料，在强化奥氏体基体的同时得到弥散分布的第二相硬质点，从而提高材料的加工硬化能力及抗疲劳破坏的能力，增加材料的耐磨性和衬套的使用寿命。·为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种用于圆锥破碎机衬套上的高锰钢复合材料，所述高锰钢复合材料的化学成分按重量百分比包括c Γ1. 6%，Si 0. 3^1%,Mn : 17 19%，P ^ O. 05%, S ^ O. 05%, Cr 1. 8 2· 2%, Ti 0. 05 O. 5%, Na 0. 1-1. 0%, K O.Γ . 0%，其余为 Fe。进一步地，所述高锰钢复合材料的化学成分按重量百分比包括C 1.6%，Si 0. 3 1%，Mn : 17 19%，P ^ O. 05%, S ^ O. 05%, Cr 1. 8 2. 2%, Ti 0. 15 O. 25%, Na O.2 O. 5%, K 0. 2 O. 5%，其余为 Fe。再进一步地，所述高锰钢复合材料的化学成分按重量百分比包括C:f 1.6%，Si 0. 3^1%, Mn : 17 19%，P ^ O. 05%, S ^ O. 05%, Cr 1. 8^2. 2%, Ti 0. 15^0. 25%, Na 0.2 0. 5%, K 0. 2 0. 5%，其余为 Fe。本专利技术的原理单一 ZGMnl8Cr2的碳化物是(FeMn) 3C型，其本身的硬度就不够高，更危险的是它很容易富集于晶界形成连续网状而降低材料的韧性，因此本项目的研究宗旨是寻找能形成更高硬度，又能分布均匀，且有利于热处理和细化晶粒的合金元素，当然还需考虑其经济性，钾(K)，钠(Na)，钛(Ti)是符合这些条件较为理想的几个元素，Ti的加入大部分形成Ti(CN)，少部分形成TiC和TiN，它们固溶到奥氏体中的很少，其硬度很高，除提高耐磨性外还能起到固氮作用，在凝固过程中降低了气体的排放量，从而提高铸件的致密性，减少气孔、疏松等缺陷。在Mnl8Cr2的基础上添加Ti来作为强烈形成稳定碳化物元素，在其奥氏体基体上形成第二相TiC硬质点，阻碍位错滑移和晶体变形提高材料的硬化能力，减缓疲劳剥落从而提高耐磨性使矿石棱角压入深度浅，阻碍表面塑性变形和金属流动，将凿和碾挤的磨损方式变为滑动磨损，从而减少了大面积的金属流失。由于Ti的碳化物有较高的强度，大大提高了钢的耐磨性。Ti的加入量取决于所要求的碳化物数量，经过理论计算，获得2 5%的碳化物量需加入O. Γ0. 6%的Ti，由于Ti的加入会夺取材料中所含的碳形成碳化物，所以材料中的碳量必须增加，以保证奥氏体基体中的碳量。Na, K元素的使用可以起到改变夹杂物的形态作用，且使碳化物粒状均匀分布于奥氏体基体上，从而避免了韧性的大幅下降同时又提高了其耐磨性；净化晶界为块状、蠕虫状、粒状而不会形成网状，有利于提高材料的综合性能指标。实验证明适量的钾(K)，钠(Na)，钛(Ti)变质剂加入能显著提高Mnl8Cr2的冲击韧性，同时能显著降低Mnl8Cr2的裂缝倾向，且又不降低基体硬度，提高耐磨性。但过量加入则会适得其反。钾(K)，钠(Na)，钛(Ti)变质剂对Mnl8Cr2冲击韧性的影响如图I。C含量分析加入合金后必须相应的增加碳量以形成更多的碳化物，当然不能过量，否则会降低材料的韧性，经过理论计算，C含量定在f I. 6%为佳。Mn含量分析由于碳化物的增加，为了利于热处理，需把Mn含量提高，以提高奥氏体的固溶能力本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于圆锥破碎机衬套上的高锰钢复合材料，其特征在于：所述高锰钢复合材料的化学成分按重量百分比为：C：1~1.6%，Si：0.3~1%，Mn：17~19%，P≤0.05%，S≤0.05%，Cr：1.8~2.2%，Ti：0.05~0.5%，Na：0.1~1.0%，K：0.1~1.0%，其余为Fe。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李志华，宋均平，程伊金，夏剑雄，刘博华，
申请(专利权)人：武汉钢铁集团公司，湖北中金鑫材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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