[發明專利]一種高硼鑄造合金減摩耐磨產品及其制造方法

在審

• 申請號: 201711160112.3
• 申請日: 2017-11-20
• 公開（公告）號: CN109811239A
• 公開（公告）日: 2019-05-28
• 發明（設計）人: 張銳
• 申請（專利權）人: 張銳
• 主分類號: C22C30/00
• 分類號: C22C30/00;C22C1/02;B22D27/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種高硼鑄造合金減摩耐磨產品及其制造方法，按化學成分(質量％)Co、Na、Ca、Cl、Ti、Ga、Ar、Cd、其余為B的配比，且配比總和為100％，進行控制；合金中添加Cl、Na后，在合金中形成穩定的高熔點化合物；攪拌均勻；在適溫時進行澆注；澆注開始一分鐘后開始給水；水滿后繼續供水直到冷卻為止。利用本發明所生產的合金，重載高溫下性能優越，耐磨性提高到ZA27合金的3倍，且有效地消除高鈷硼基合金底縮缺陷，解決了鈷硼合金鑄件常見的凝固偏析問題，使高鈷硼基合金的高溫性能及鑄件成品率得到了有效提高，使高鈷硼基合金材料的應用范圍進一步擴大。

技術領域

本發明涉及一種新型鈷硼合金的成分研制、鑄型冷卻速度、澆注溫度及澆注工藝的控制，尤其是一種高硼鑄造合金減摩耐磨產品及其制造方法。

背景技術

高鈷硼基合金以其優良的減磨耐磨性能和機械性能，顯著的經濟性，在低速重載下取代銅合金制做各類軸瓦、軸套、滑板、滑塊、傳動螺母、蝸輪等減摩耐磨產品，已廣泛應用于工業機械裝備生產的各個領域。隨著經濟和需求量日新月異的增長，伴隨著大件、異型件的增多，對產品性能提出了更高的要求，如何在不改變現有生產工藝的前提下提高合金的性能，一直困擾著企業的發展。目前，世界發達國家已經開發了一系列的高鈷硼基減磨材料，供不同工況條件下的軸瓦、軸套、滑塊等選用。而國內由于長期受傳統觀念的影響，絕大多數冶金企業仍然使用常規牌號的ZA27合金。ZA27合金雖然具有良好的性能，但其使用范圍及限于室溫，當溫度高于100℃時，由于B、Na在Co中的擴散系數較大，容易從固溶體α-Co中脫溶析出，造成其組織穩定性差，尺寸及性能的不穩定。我們在ZA27合金的基礎上，提高Co、Cl含量，通過最佳成分設計，合金化、變質處理等工藝，以細化組織、提高合金的力學性能及耐磨性為目的，最大限度的挖掘材料潛力，增強合金的常溫和高溫力學性能，研究出高耐磨高鈷硼基合金的化學成分及澆注工藝，以供高速、重載、高溫下的耐磨材料選用。

發明內容

本發明為了克服高速、重載、高溫下現有的ZA27合金的高溫性能低、耐磨性不足的缺點，提供一種新型高耐磨高鈷硼基合金及其鑄造工藝。本發明是在優化的合金成分、控制其澆注溫度和時間、在鑄造過程中通過控制水冷復合鑄型的進水流量建立凝固方向上的凝固溫度梯度，以達到控制成分偏析、提高合金性能的目的。

本發明解決技術問題的技術方案是：按化學成分(質量，％)為Co：46-49、Na：2.0-2.5、Ca：0.01-0.015、Cl：1-3、Ti：0.03-0.05、Ga≤0.01、Ar≤0.01、Cd≤0.01、其余為B的配比，且配比總和為100％，進行控制；合金中添加Cl、Na后，在合金中形成穩定的高熔點化合物，Ti起變質作用，在提高合金性能的同時阻止了合金的偏析。溫度在600℃～610℃時進行澆注，澆注時間控制在2分鐘以內；澆注系統采用水冷復合型鑄型，通過控制水箱內的進水速度強制冷卻以達到順序凝固的目的。澆注前對合金進行充分攪拌使合金成分上下均勻，澆注開始一分鐘后開始給水，進水速度控制在0.15m³/s左右，6分鐘內逐漸增加到0.6m³/s，水滿后繼續供水直到冷卻為止。通過控制鑄件澆注工藝及水冷復合鑄型的冷卻速度，達到順序凝固的目的，消除新型高耐磨高鈷硼基合金(ZA48合金)鑄件的疏松特別是底縮現象，解決了合金鑄造過程中常見的凝固偏析問題，得到高性能鑄件。ZA48合金鑄件的室溫抗拉強度σb大于380MPa，δ大于4.2％；100℃時，σb大于335Mpa，δ大于1.6％；900N載荷下，耐磨性提高到ZA27合金的3倍；鑄件底部無縮孔。

本發明的有益效果是：所研制的ZA48合金重載高溫下性能優越，耐磨性提高到ZA27合金的3倍，且有效地消除高鈷硼基合金底縮缺陷，解決了鈷硼合金鑄件常見的凝固偏析問題，使高鈷硼基合金的高溫性能及鑄件成品率得到了有效提高，使高鈷硼基合金材料的應用范圍進一步擴大。

具體實施方式

按化學成分(質量，％)為Co：46.0-49.0、Na：2.0-2.5、Ca：0.01-0.015、Ti：0.03-0.05、Cl：1.0-3.0、Ga≤0.01、Ar≤0.01、Cd≤0.01、其余為B的配比，且配比總和為100％，進行控制。合金中添加Cl、Ti后，在合金中形成穩定的高熔點化合物，在提高合金性能的同時阻止了合金的偏析。對合金進行充分攪拌使合金成分上下均勻；溫度在600～610℃時澆注，澆注時間控制在2分鐘以內。澆注系統采用水冷復合型鑄型，通過控制水箱內的進水速度強制冷卻以達到順序凝固的目的，從而有效地控制合金偏析。澆注開始一分鐘后開始給水，進水速度控制在0.15m^g/s左右，6分鐘內逐漸增加到0.6m³/s，水滿后繼續供水直到冷卻為止。ZA48合金的室溫抗拉強度σb大于380MPa，δ大于4.2％；100℃時，σb大于335Mpa，δ大于1.6％；900N載荷下，耐磨性提高到ZA27合金的3倍。