一種耐磨合金材料的製作方法

2023-05-31 21:54:36 3

專利名稱：一種耐磨合金材料的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種合金材料，具體地說是一種可用於堆焊和鑄造的耐磨合金材料。
背景技術：
近年來，耐磨損材料技術得到了突飛猛進的發展，其中高鉻合金作為耐磨損材料的一個分支，在工業生產中應用最為普遍。高鉻合金的發展最初始於鑄造。鑄造高鉻(合金)白口鐵一般使用在亞共晶到共晶成分段，配合熱處理工藝優化性能，以其高硬度和高耐磨性能而著稱，比較著名的合金如Cr15Mo3等。和鑄造高鉻白口鐵並行發展的是高鉻合金耐磨堆焊材料，一般使用共晶到過共晶成分段，在焊態下使用，其宏觀表現是硬度和耐磨性能更高，比較著名的堆焊材料如瑞士卡斯託林·厄特蒂公司生產的牌號為6715的堆焊焊條及其相同合金成分的堆焊用藥心焊絲。
高鉻合金之所以耐磨是由其微觀組織結構所決定的。高鉻合金的主體合金成分特點是高鉻(≥12％)和高碳(≥2％)。
鑄造高鉻合金一般取亞共晶成分，在其微觀組織中含有大量的共晶碳化物(Cr7C3和Cr23C6等)硬質相，這些硬質相和強、韌性較好的基體相組合，獲得優良的耐磨損性能。熱處理工藝主要用來調節基體金屬性能。
堆焊高鉻合金一般取過共晶成分，其微觀組織中不僅含有共晶碳化物相，而且還含有初生碳化物(Cr7C3)相。由於初生碳化物相(也稱一次相)相對於共晶碳化物相(也稱二次相)晶粒尺寸較大，在磨損過程中對基體合金組織的陰影保護效應更加明顯，因此較之鑄造高鉻合金表現出更高的耐磨性。
在耐磨損領域，追求合金具有更高耐磨損性能和更好的綜合性能是材料創新的主流方向。高鉻合金能夠實現高耐磨性的本質原因是合金中含有高硬度「碳化鉻」硬質相。研究表明，合金中所含硬質相硬度越高，其耐磨性能越好。在這個意義上，高鉻合金存在的弱點是硬質相硬度偏低，Cr7C3和Cr23C6的硬度分別為HV1300和HV1000，制約了該體系合金耐磨損性能的進一步提高。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是克服上述現有技術的不足，提供一種以高硬度金屬碳硼化合物為硬質相，宏觀硬度高，硬質相與基體相結合牢固，具有很高的抗磨粒磨損性能，抗衝擊磨損性能和抗大角度衝蝕磨損性能，應用範圍廣泛的耐磨合金材料。
本發明解決上述技術問題採用的技術方案是一種耐磨合金材料，其特徵是合金組成含量(重量％)為C 0.8-5、Cr 9-30、Nb 0.3-9、V 0.1-2、Mo 0.3-5、B 0.2-5、Ni 0.5-6、稀土0.01-2、餘量為Fe。
本發明從提高硬質相硬度入手，兼顧綜合性能考量，合金的微觀組織特徵是以鉻的碳硼化合物(Cr7(C、B)3為主要硬質強化相，共晶基體組織中存在大量的複雜金屬碳硼化合物相，對照現有技術，本發明的合金中鉻的碳硼化合物相顯微硬度在HV1600～1900之間，是提高合金耐磨性能的本質所在。大量的複雜金屬碳硼化合物相彌散而且均勻地分布在合金基體的共晶相之中，對合金的耐磨性能起補充作用。當磨粒對合金表面進行磨損時，鉻的碳硼化合物相起耐磨骨架作用，對合金基體相產生陰影保護效應。共晶金屬碳硼化合物相強化基體組織自身的耐磨性。稀土在堆焊金屬結晶過程中起孕育劑作用，使堆焊金屬晶粒，特別是碳硼化合物晶粒細小並且均勻分布，對提高堆焊合金基體組織韌性和合金整體耐磨性都有積極作用。
本發明合金體系的亞共晶和共晶成分段可用於鑄造耐磨件；亞共晶、共晶和過共晶成分段可以製成堆焊焊條、藥芯焊絲、塊狀堆焊材料或粉末堆焊材料。該合金的宏觀硬度高，硬質相與基體相結合牢固，具有很高的抗磨粒磨損性能，抗衝擊磨損性能和抗大角度衝蝕磨損性能，應用範圍十分廣泛。
具體實施例方式
下面結合實施例對本發明作進一步的描述本發明耐磨合金材料為鐵基耐磨損合金材料，以Nb、V、Mo、Cr、B、稀土等為主要合金元素，以鉻的碳硼化合物為主要硬質強化相。本發明中稀土可選用鈰Ce、釔Y等的化合物或合金。合金的具體組成含量(重量％)為C 0.8-5、Cr 9-30、Nb 0.3-9、V 0.1-2、Mo 0.3-5、B 0.2-5、Ni 0.5-6、稀土0.01-2、餘量為Fe。
本發明合金用於鑄造時，其最佳的組成含量(重量％)為C 0.8-3、Cr 15-30、Nb 0.3-9、V 0.1-2、Mo 0.3-5、B 0.6-2、Ni 0.5-6、稀土0.01-2、餘量為Fe。稀土優選稀土鈰Ce化合物，含量(重量％)為0.03-1.5。
本發明合金用於堆焊時，其最佳的組成含量(重量％)為C 0.8-5、Cr9-25、Nb 0.3-9、V 0.1-2、Mo 0.3-5、B 0.2-5、Ni 0.5-6、稀土0.01-2、餘量為Fe。稀土優選稀土釔Y化合物，含量(重量％)為0.02-1.0。
本發明具有很高的抗磨粒磨損性能，抗衝擊磨損性能和抗大角度衝蝕磨損性能，其原因是(1)用於抗磨粒磨損時，取過共晶組織。大量鉻的碳硼化合物硬質相彌散而且均勻地分布在合金的基體相之中，當磨粒對其表面進行磨損時，鉻的碳硼化合物在合金中起耐磨骨架作用，對合金基體相產生陰影保護效應。
(2)用於抗衝擊磨損時，取亞共晶組織。合金的微觀結構為大量合金奧氏體加奧氏體與複雜金屬碳硼化合物共晶。這時的合金奧氏體具有很強的抗衝擊能力和冷作硬化能力。
(3)用於抗大角度衝蝕磨損時，取合金奧氏體發生馬氏體轉變的亞共晶組織或共晶組織。合金的微觀結構為大量合金馬氏體加奧氏體與複雜金屬碳硼化合物共晶。這時的合金宏觀表現是硬度高，韌性優良，具有很強的抗大角度衝蝕磨損性能。
(4)堆焊層中引入了稀土。稀土在堆焊金屬結晶過程中起孕育劑作用，使堆焊金屬晶粒特別是碳硼化合物晶粒細小並且均勻分布，對提高堆焊合金基體組織韌性和合金整體耐磨性都有積極作用。
本發明可以用於鑄造或堆焊。用於堆焊時可以製成堆焊焊條、藥芯焊絲、塊狀堆焊材料或粉末堆焊材料，堆焊層宏觀硬度高，硬質相與基體相結合牢固，具有很高的抗磨粒磨損性能，抗衝擊磨損性能和抗大角度衝蝕磨損性能，可應用領域十分廣泛。
實施例1、一種耐磨合金材料，以Nb、V、Mo、Cr、B等為主要合金構成。合金的具體組成含量(重量％)為C 0.8-3、Cr 18-28、Nb 0.5-1.5、V0.3-1.2、Mo 0.6-1.5、B 0.2-1.2、Ni 1.2-3、稀土0.03-1.5、餘量為Fe。稀土優選稀土鈰Ce化合物，含量(重量％)為0.03-1.5。熱處理後宏觀硬度為HRC66，用於旋流器、疏浚泵、泥漿泵製造，耐磨損性能明顯高於Cr15Mo3。
實施例2、一種耐磨合金材料，以Nb、V、Mo、Cr、B等為主要合金構成。合金的具體組成含量(重量％)為C 0.8-5、Cr 15-30、Nb 0.5-1.5、V0.3-1.2、Mo 0.6-4.5、B 0.2-1.2、Ni 1.2-4、稀土0.01-2、餘量為Fe。稀土優選稀土鈰Ce化合物，含量(重量％)為0.03-1.5。熱處理後宏觀硬度為HRC65，可用於旋流器、疏浚泵、泥漿泵製造，耐磨損性能提高明顯。
實施例3、一種耐磨合金材料，以Nb、V、Mo、Cr、B等為主要合金構成。合金的具體組成含量(重量％)為C 0.8-3、Cr 9-22、Nb 0.3-9、V 0.5-1.5、Mo 0.6-3、B 0.6-2、Ni 2.0-6.0、稀土釔Y化合物0.02-1.0、餘量為Fe。適用於做堆焊耐磨材料，堆焊後宏觀硬度為HRC58-62，抗衝擊性能優良，用於破碎機錘頭及挖掘機鬥齒堆焊修復，耐磨性能提高明顯。
實施例4、一種耐磨合金材料，以Nb、V、Mo、Cr、B等為主要合金構成。合金的具體組成含量(重量％)為C 1.5-4、Cr 12-25、Nb 0.3-9、V 0.5-2、Mo 0.8-5、B 1.0-5、Ni 0.5-3、稀土釔Y化合物0.02-1.0、餘量為Fe。堆焊後宏觀硬度為HRC60-65，抗抗磨粒磨損性能優良，同時具一定的抗衝擊性能，用於條件惡劣、磨損強烈的使用場合。性能優於目前國內市售堆焊合金。
權利要求
1.一種耐磨合金材料，其特徵在於合金具體組成含量(重量％)為C 0.8-5、Cr 9-30、Nb 0.3-9、V 0.1-2、Mo 0.3-5、B 0.2-5、Ni 0.5-6、稀土0.01-2、餘量為Fe。
2.根據權利要求1所述的耐磨合金材料，其特徵在於其組成含量(重量％)為C 0.8-3、Cr 18-28、Nb 0.5-1.5、V 0.3-1.2、Mo 0.6-1.5、B 0.2-1.2、Ni 1.2-3、稀土Ce化合物0.03-1.5、餘量為Fe。
3.根據權利要求1所述的耐磨合金材料，其特徵在於其組成含量(重量％)為C 0.8-3、Cr 9-22、Nb 0.3-9、V 0.5-1.5、Mo 0.6-3、B 0.6-2、Ni 2.0-6、稀土釔Y化合物0.02-1.0、餘量為Fe。
4.根據權利要求1所述的耐磨合金材料，其特徵在於其組成含量(重量％)為C 1.5-4、Cr 12-25、Nb 0.3-9、V 0.5-2、Mo 0.8-5、B 1.0-5、Ni 0.5-3、稀土釔Y化合物0.02-1.0、餘量為Fe。
全文摘要
本發明涉及一種耐磨合金材料，其合金組成含量(重量％)為C 0.8－5、Cr 9－30、Nb 0.3－9、V 0.1－2、Mo 0.3－5、B 0.2－5、Ni 0.5－6、稀土0.01－2、餘量為Fe。本發明合金的微觀組織特徵是以鉻的碳硼化合物為主要硬質強化相，共晶基體組織中存在大量的複雜金屬碳硼化合物相，鉻的碳硼化合物相顯微硬度在HV1600～1900之間。本發明合金體系的亞共晶和共晶成分段可用於鑄造耐磨件；亞共晶、共晶和過共晶成分段可以製成堆焊焊條或粉末堆焊材料。本發明宏觀硬度高，硬質相與基體相結合牢固，具有很高的抗磨粒磨損性能，抗衝擊磨損性能和抗大角度衝蝕磨損性能，應用範圍廣泛。
文檔編號C22C30/00GK1831180SQ200610043490
公開日2006年9月13日 申請日期2006年4月6日 優先權日2006年4月6日
發明者於鳳福 申請人:威海三盾焊接材料工程有限公司