[發(fā)明專利]一種變溫馬氏體局部強(qiáng)化的奧氏體少錳鋼錘頭材料及其制備工藝

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810051362.8
• 申請日: 2008-10-31
• 公開（公告）號: CN101386954A
• 公開（公告）日: 2009-03-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙宇光;周宏;高峰;趙洋;胡尚偉
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號: C22C38/04
• 分類號: C22C38/04;C21C7/04;B22D1/00;C21D6/04;C21D1/18
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 朱世林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及各工業(yè)部門磨粒磨損工況下使用的一種變溫馬氏體局部強(qiáng)化的奧氏體少錳鋼錘頭材料及其制備工藝。

背景技術(shù)

奧氏體高錳鋼(13％Mn)自1882年問世至今126年來，一直是應(yīng)用最廣泛的重要耐磨材料。其特點是韌性好但原始硬度低，只有在經(jīng)受較強(qiáng)沖擊、表層產(chǎn)生加工硬化時才表現(xiàn)出良好的耐磨性，因而比較適合于在強(qiáng)烈沖擊工況條件下使用；而對其它大多數(shù)工況則顯得韌性有余而硬度不足，初始磨損嚴(yán)重，尤其在中、低沖擊磨粒磨損工況下因不能充分加工硬化而不耐磨。為了在保持高錳鋼較高韌性的同時提高其初始硬度，或提高其在中、低沖擊磨損工況下的加工硬化能力，人們做了大量的研究工作，如對高錳鋼的Cr、Mo、V、Nb再合金化，彌散硬化熱處理，水韌處理后噴丸硬化或爆炸硬化以及中錳鋼的開發(fā)等。引入第二相硬質(zhì)點阻礙位錯運動、造成位錯增殖可提高錳鋼的加工硬化能力，而降低C、Mn含量可降低奧氏體穩(wěn)定性、促進(jìn)形變誘發(fā)馬氏體的產(chǎn)生，從而提高其耐磨性。關(guān)于高錳鋼加工硬化的原因和耐磨機(jī)理至今尚有爭論，比較符合實際的解釋是沖擊造成位錯—堆垛層錯—ε馬氏體—α馬氏體的強(qiáng)化作用或位錯、層錯、形變馬氏體、形變孿晶和彌散析出微細(xì)碳化物等綜合作用所致。這些研究雖然取得了一定效果，但由于化學(xué)成分和熱處理工藝的束縛，其硬度和耐磨性的提高很有限，而韌性的降低卻很明顯。金屬基復(fù)合材料(Metal?Matrix?Composites簡稱：MMCs)把增強(qiáng)組元的高強(qiáng)度、高耐磨性與金屬基體的高延性、高韌性結(jié)合在一起，可提供傳統(tǒng)單一材料所不具備的強(qiáng)、韌結(jié)合的優(yōu)良的綜合性能，可較好地解決硬度和韌性的矛盾，因而采用MMCs來滿足各種工況條件的使用要求已成為人們關(guān)注的焦點。但現(xiàn)有的復(fù)合材料設(shè)計都側(cè)重于傳統(tǒng)的外加增強(qiáng)相與基體整體均勻復(fù)合，不僅工藝復(fù)雜、價格昂貴，而且增強(qiáng)相與基體之間相容性差、結(jié)合不良，增強(qiáng)組元消耗多，材料韌性損失大，用于“量大面廣”的耐磨材料顯然是不合適的。而現(xiàn)有的原位TiC_P增強(qiáng)鋼、鐵基復(fù)合材料制備工藝大都是通過一個配制好適當(dāng)成分的、能析出TiC顆粒的Fe-C-Ti合金熔體的凝固來制備，即Ti是在合金熔煉過程中加入的，其優(yōu)點是可獲得大體積分?jǐn)?shù)的TiC_p增強(qiáng)相。但同時也帶來一些難以解決的問題：由于是熔煉過程中加入，Ti的燒損嚴(yán)重，熔體粘度高、流動性差、充型極為困難，因此要提高熔化溫度，不僅浪費能源而且進(jìn)一步增加Ti的燒損。生成的TiC長大時間長、顆粒粗大，影響強(qiáng)化效果、降低材料性能；只能整體復(fù)合、成本較高，韌性儲備不足，難以在近期實現(xiàn)工程應(yīng)用。如近年有人在奧氏體錳鋼內(nèi)引入一定量的(Fe.Mn.Cr)₃C或TiC顆粒增強(qiáng)相，制成顆粒增強(qiáng)鋼基復(fù)合材料，但效果不佳。增強(qiáng)相體積分?jǐn)?shù)較低時，硬度提高幅度不大，較軟的奧氏體不足以支撐堅硬的TiC，耐磨性提高不大；增強(qiáng)相體積分?jǐn)?shù)較高時，硬度有所提高，但韌性損失嚴(yán)重，使用安全性無法保證；且由于增強(qiáng)相的引入，使工藝過程復(fù)雜化，鋼液粘度大增，流動性極差，缺陷增多，難以鑄造成型。尤其是近年來煤、電及錳、鉻等各種合金價格不斷上漲，因此，尋求合理的材料和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計，開發(fā)簡單實用的生產(chǎn)工藝，在保證使用要求的前提下節(jié)省資源和能源，已成為耐磨材料研究領(lǐng)域的熱點和難點。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足和物價上漲、迫切需要節(jié)省資源、能源的現(xiàn)狀，提供一種變溫馬氏體局部強(qiáng)化的奧氏體少錳鋼錘頭材料及其制備工藝。經(jīng)重新設(shè)計合金成分以降低錳含量；澆注后直接水韌以節(jié)省熱處理能源和時間消耗；表層或局部液氮深冷處理以提高部件磨損部位的原始硬度。使材料易磨損的局部或表層的奧氏體(A)發(fā)生一定量的馬氏體轉(zhuǎn)變(M)，耐磨部位的組織由M+少量A組成，原始硬度升高，其余部分仍保持為高韌性的奧氏體。即工作表面一側(cè)高硬度、抗磨損，而另一側(cè)高韌性、耐沖擊，其內(nèi)部顯微組織、力學(xué)性能在宏觀上近似呈梯度變化。這樣既可同時滿足高硬度、高韌性的性能要求，又可節(jié)省錳合金資源以及長時間高溫?zé)崽幚硐牡哪茉春凸r。并容易實現(xiàn)表層或局部梯度強(qiáng)化。

本發(fā)明的上述目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種變溫馬氏體局部強(qiáng)化的奧氏體少錳鋼錘頭材料，基體為組織細(xì)化、韌性好、加工硬化能力改善的亞穩(wěn)定奧氏體，強(qiáng)化區(qū)為初始硬度較高的深冷馬氏體+少量亞穩(wěn)定奧氏體，中間過渡區(qū)為梯度漸變的深冷馬氏體+奧氏體的混合組織。

所述的一種變溫馬氏體局部強(qiáng)化的奧氏體少錳鋼錘頭材料處理工藝，其特征在于按以下步驟進(jìn)行：

a)亞穩(wěn)定奧氏體少錳鋼基體成分設(shè)計