[發明專利]一種高硼高鉻白口鑄鐵及其制備方法

有效

• 申請號: 201610187188.4
• 申請日: 2016-03-28
• 公開（公告）號: CN105734398B
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 陳祥;鄔海斌;繆躍輝
• 申請（專利權）人: 長興德田工程機械股份有限公司
• 主分類號: C22C37/10
• 分類號: C22C37/10;C22C37/06;C22C33/08
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙)11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本發明屬冶金技術領域，具體地說是一種高硼高鉻白口鑄鐵及其制備方法。

背景技術

高鉻鑄鐵作為新一代抗磨材料，正在越來越廣泛的領域內取代傳統的高錳鋼而成為抗磨粒磨損的優質材料。尤其在磨料塊度小而硬度高的場合下，如粉碎水泥熟料、制備石英砂等工況下更成為一種最佳材質，并被廣大相關工業界所接受。我公司生產的耐磨塊也是采用高鉻鑄鐵。但實際工業化生產所得到的性能如硬度、韌性、硬度差等尚有很大的提升空間。因此，在低成本的前提下，能否使高鉻鑄鐵的成分、組織及熱處理工藝更加優化，從而使其性能有一個更大的上升則是極具現實意義的一個目標。

硼在我國資源豐富，是強碳化物形成元素。微量的硼即可大大提高鋼鐵的淬透性而節約大量昂貴的強淬透性合金元素，并使金屬材料的耐磨性得到極大提高，這是眾所周知的。

以硼作為主要合金元素的鑄造鐵基合金的研究亦有報道。日本研究人員介紹了具有不同硼、碳含量的Fe-15Cr-C-B合金，即使在鑄態下也有很高的硬度，接近60HRC，這種合金有可能象鎳硬鑄鐵一樣不經熱處理在鑄態下直接使用。

上世紀90年代初，澳大利亞Queensland大學材料系的研究人員在高鉻鋼基礎上開發了一種耐磨性能優異的鐵鉻硼合金，不僅具有優異的耐磨性，并且其硬度可以在很大的范圍內變化，從HRC22至HRC62，鑄造鐵鉻硼合金具有低硬度特性為機械加工提供了可能，另外還具有良好的耐熱沖擊性能。

另外，國內外在堆焊耐磨合金研究中，利用硼化物硬度和熱穩定性高于碳化物，特別是硼與鐵生成的FeB(HV1800～2000)和Fe₂B(HV1400～1500)的硬度不但遠高于Fe₃C(HV800～900)，而且高于鉻的碳化物Cr₇C₃(HV1300～1500)，用合金硼化物代替合金碳化物作為耐磨合金的耐磨相，可進一步提高耐磨合金的硬度和耐磨性，還可減少鉻、鎢、鉬、釩、鈦等貴重合金加入量。隨著堆焊合金中硼含量增加，堆焊合金組織發生變化，組織中先后出現了作為耐磨相的Fe₃(C，B)、Fe₂₃(C，B)₆和Fe₂B等碳、硼化合物，隨著其數量的增加，堆焊合金的硬度和耐磨性顯著提高，而且發現共晶組織具有最佳的抗沖擊韌性。

因此將硼加入高鉻鑄鐵中能否在有沖擊的磨粒磨損的工況下也能有效提高其抗磨性，從而達到降低成本、提高性能、節約合金的目標呢？本項目擬著重考察含硼量和熱處理工藝與高鉻鑄鐵的硬度和沖擊韌性的關系，以便能為高鉻鑄鐵的成分、組織及熱處理工藝的優化設計提供依據。

隨著現代工業的飛速發展，為滿足各類工程構件和裝備的需要，新材料不斷涌現。同時，對傳統材料的質量要求也越來越高，提高傳統材料的質量、改進傳統材料的制備工藝已成為當務之急。特別是對國防和國民經濟發展具有戰略意義的特殊材料，由于制備工藝的問題，供需矛盾更加突出，并且受到國外限制，嚴重影響了我國相關工業的進步和發展。在本世紀的前十年內，是我國經濟持續、穩定和健康發展的關鍵時刻，各類新型材料的制備和應用面臨著十分艱巨和嚴峻的形勢，必須加大力度研究和開發能夠促進經濟發展的新型工程材料。鋼鐵材料具有生產規模大、易于加工、性能可靠、使用方便、價格低廉和便于回收等特點，仍是占主導地位的工程結構材料，改善鋼鐵材料的組織和性能一直是國內外冶金和材料工作者不斷關注并力求實現的重要課題，耐磨鋼鐵材料的創新和發展是其中的重要組成部分。磨損是冶金、礦山、機械、電力、煤炭、石油、交通、軍工等許多工業部門普遍存在并成為引起設備失效或材料破壞的一個重要原因，也是造成經濟損失最多的問題之一，研究和發展新一代耐磨材料，減少金屬磨損，對國民經濟具有重要的意義。

目前，國內外廣泛使用高鉻白口鑄鐵生產耐磨件，特別是耐磨塊。高鉻白口鑄鐵基體碳含量較高，淬火后馬氏體中含有殘余奧氏體，不但降低了高鉻白口鑄鐵的硬度，而且在應用過程中易發生相變，促使裂紋產生，降低了耐磨性能。采用深冷處理技術和亞臨界熱處理可以減少殘余奧氏體的數量，提高鑄鐵的耐磨性能。可以通過合金化來細化初晶組織，提高其耐磨性能。但在提高高鉻白口鑄鐵韌性方面未有實質性研究進展，即使含有貴重的Mo、Ni、W、V，它的脆性仍然大，使用中存在易剝落甚至開裂的不足。高鉻白口鑄鐵只能應用在沖擊不高的工況條件，在沖擊較高時，容易產生斷裂或破碎失效。本項目的FBC耐磨材料的生產成本低廉、強度和韌性高、淬透性好，有望取代目前廣泛使用的耐磨材料。