一種高強度硬性耐磨材料的製作方法

2023-10-11 05:33:04 1

本發明涉及耐磨材料領域，尤其涉及一種高強度硬性耐磨材料。

背景技術：

耐磨材料是一大類具有特殊電、磁、光、聲、熱、力、化學以及生物功能的新型材料，是信息技術、生物技術、能源技術等高技術領域和國防建設的重要基礎材料，同時也對改造某些傳統產業具有十分重要的作用。

目前耐磨材料主要有以下幾大類：耐磨球、耐磨鋼板、耐磨焊條、耐磨陶瓷、耐磨地坪、耐磨橡膠、耐磨管道、耐磨軸承、耐磨焊材、耐磨鑄件等其它耐磨材料。

現有產品的耐磨材料均為鑄鐵材質，緻密度低，韌性差，耐磨性有待進一步提高；手工生產勞動強度大，生產效率低，難於實現清潔生產和機械化生產。而消失模鑄造是一項創新的鑄造工藝方法，其工藝流程包括預發泡、模型成型、模型簇組合、模型簇浸塗、澆注、落砂清理。採用該鑄造工藝，在技術、經濟、環保等方面具有很大的優勢，可降低勞動強度，生產效率高，可有效地克服現有手工生產所存在的弊病；此外，鉻合金含量低的產品不耐磨，鉻合金含量高的雖然耐磨性有所提高，但成本較高，性價比較低。因此，加快磨球產品技術更新、換代步伐，開發性價比更高的替代產品，已經成為耐磨材料企業的重要責任和當務之急。

技術實現要素：

為解決背景技術中存在的技術問題，本發明提出一種高強度硬性耐磨材料，強度和硬度高，耐磨性好。

本發明提出的一種高強度硬性耐磨材料，所述高強度硬性耐磨材料由1.9質量百分比以上且2.8質量百分比以下的C、1.4質量百分比以上且2.9質量百分比以下的Si、0.6質量百分比以上且0.8質量百分比以下的Mn、5質量百分比以上且12質量百分比以下的Cr、0.6質量百分比以上且1.2質量百分比以下Cu、0.1質量百分比以上且0.3質量百分比以下的Mo、0.01質量百分比以上且0.04質量百分比以下的P、0.01質量百分比以上且0.04質量百分比以下的S，剩餘部分由Fe及不可避免的雜質構成。

優選地，炭矽當量值(C+1/3Si)為2.8-3.2。

優選地，Mn、Cu及Mo的合計含量(Mn+Cu+Mo)與C的含量之比(Mn+Cu+Mo)/C以質量比計，滿足364＜(Mn+Cu+Mo)/C＜437。

優選地，Si含量與P含量之比Si/P以質量比計，滿足72.5＜Si/P＜140。

優選地，Cr含量與Mn含量之比Cr/Mn以質量比計，滿足25＜Cr/Mn＜45。

優選地，Cr、Cu及Mo的含量滿足如下述式：([％Cu]+10[％Cr])/2[％Mo]≤1，其中[％M]為M元素的耐磨材料中含量(質量％)。

(C)：高錳鋼鑄件耐磨性不是含碳量越高越耐磨，而是有一個極限值，當含碳量>1.4％後鑄態析出碳化物很多，水韌處理時碳化物不能完全溶到奧氏體中去，間隙固溶的碳化物也達到了飽和，這樣不僅對耐磨性沒有好處，而且降低材料的強度和韌性，服役時容易斷裂。

(Si)：含矽量高，降低碳在奧氏體中的溶解度，碳化物在晶界上析出增多且肥大，水韌處理後，在晶界上留下較大的顯微疏鬆。矽是使γ相區封閉的合金元素，它可使鋼的淬透性略有提高，使鋼的屈服強度有所提高。鋼中同時加入矽和錳兩種合金元素，可以發揮各自的優點，減弱二者的缺點

(Mn)：高錳鋼由於含錳量高，鋼的鑄態組織為奧氏缽及碳化物，經1000℃左右加熱水淬處理(通常稱水韌處理)後。絕大部分碳化物固溶於奧氏體中，鋼的組織為單相奧氏體或奧氏體加少量碳化物，Mn是使γ相區擴大的合金元素，它可使鋼的淬透性增加，使Ms點降低，促進奧氏體晶粒長大。

(Cr)：鉻是碳化物形成元素。鉻除與碳結合成碳化物外，其餘部分溶於基體內，從而提高基體的電極電位，對抗腐蝕是有利的。若其含量較小時，可能會出現M3C型碳化物，使硬度和韌性都降低。若其含量較大時，結晶時碳化物數量顯著增多，使韌性明顯下降，同時由於基體中含碳量降低，導致基體的硬度降低，從而耐磨性下降。但現在已經有部分廠家採用特殊的生產和處理工藝解決了這個問題，使鉻的含量最大可達到30％。

(Cu)：銅是奧氏體形成元素，多加了組織中出現奧氏體。在屈氏體磨球中加鎳主要作用是提高基體電極電位，提高耐蝕性。

(Mo)：鉬的主要作用是細化基體，細化碳化物，提高基體的電極電位，提高耐蝕性，在金屬型鑄造條件下，加入少量即可起明顯作用，實用於有特殊要求的耐磨材料。

(P)：磷單獨溶解在鋼中很少，常以Fe2p，Fe3P的形式存在於晶界上使鋼的強度、韌性和耐磨性大為降低，碳含量高加劇了P以共晶形式析出在晶界上。

(S)：由於鋼中含錳量高，能生成大量的MnS從渣中排出。又由於是在鹼性渣中熔煉，硫可順利降低到0.03％以下。這樣低的硫量對鋼的強度、韌性和耐磨性均無明顯影響。

本發明通過對高強度硬性耐磨材料的組分進行合理選擇，並控制P、S兩種雜質的含量，提升了耐磨件的耐磨性能和耐腐蝕性能，延長了使用壽命；控制Mn、Cu及Mo的含量，使Mn、Cu及Mo相互配比，並控制與C的配比，Mn是使γ相區擴大的合金元素，它可使鋼的淬透性增加，使Ms點降低，促進奧氏體晶粒長大，銅是奧氏體形成元素，多加了組織中出現奧氏體。鉬的主要作用是細化基體，細化碳化物，提高基體的電極電位，提高耐蝕性，在金屬型鑄造條件下，加入少量即可起明顯作用，實用於有特殊要求的耐磨材料；控制與C含量的配比，能有效提高耐磨材料的硬度，進而有效提高了耐磨材料的抗衝擊性能。鉻其含量較小時，可能會出現M3C型碳化物，使硬度和韌性都降低。若其含量較大時，結晶時碳化物數量顯著增多，使韌性明顯下降，同時由於基體中含碳量降低，導致基體的硬度降低，從而耐磨性下降。但現在已經有部分廠家採用特殊的生產和處理工藝解決了這個問題，使鉻的含量最大可達到30％。鑄鐵合金中的碳矽元素是促使形成粗片狀珠光體的重要因素，碳矽量的過高，會嚴重影響形成白口，降低硬度。適當降低碳矽含量，還可增強基體組織的強韌性指標，降低因衝擊而破碎的可能性，但是如果過於降低碳矽當量，又有可能使磨球的韌性指標過高，硬度降低，耐磨性變差，因此本發明控制了炭矽當量值(C+1/3Si)為2.8-3.2，從而有效提高了硬度和耐磨性。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明做出詳細說明，應當了解，實施例只用於說明本發明，而不是用於對本發明進行限定，任何在本發明基礎上所做的修改、等同替換等均在本發明的保護範圍內。

實施例1

本發明提出的一種高強度硬性耐磨材料，所述高強度硬性耐磨材料由2.35質量百分比的C、2.15質量百分比的Si、0.7質量百分比的Mn、8.5質量百分比的Cr、0.9質量百分比Cu、0.2質量百分比的Mo、0.025質量百分比的P、0.025質量百分比的S，剩餘部分由Fe及不可避免的雜質構成。

實施例2

本發明提出的一種高強度硬性耐磨材料，所述高強度硬性耐磨材料由1.9質量百分比的C、2.9質量百分比的Si、0.6質量百分比的Mn、12質量百分比的Cr、0.6質量百分比Cu、0.3質量百分比的Mo、0.01質量百分比的P、0.04質量百分比的S，剩餘部分由Fe及不可避免的雜質構成。

實施例3

本發明提出的一種高強度硬性耐磨材料，所述高強度硬性耐磨材料由2.8質量百分比的C、1.4質量百分比的Si、0.8質量百分比的Mn、5質量百分比的Cr、1.2質量百分比Cu、0.1質量百分比的Mo、0.04質量百分比的P、0.01質量百分比的S，剩餘部分由Fe及不可避免的雜質構成。

實施例4

本發明提出的一種高強度硬性耐磨材料，所述高強度硬性耐磨材料由2.0質量百分比的C、2.8質量百分比的Si、0.65質量百分比的Mn、11質量百分比的Cr、0.7質量百分比Cu、0.25質量百分比的Mo、0.02質量百分比的P、0.03質量百分比的S，剩餘部分由Fe及不可避免的雜質構成。

實施例5

本發明提出的一種高強度硬性耐磨材料，所述高強度硬性耐磨材料由2.7質量百分比的C、1.5質量百分比的Si、0.75質量百分比的Mn、6質量百分比的Cr、1.1質量百分比Cu、0.15質量百分比的Mo、0.03質量百分比的P、0.02質量百分比的S，剩餘部分由Fe及不可避免的雜質構成。

以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。