[發明專利]一種稀土鑭變質增韌高硬度合金及其鑄造方法

在審

• 申請號: 201810587908.5
• 申請日: 2018-06-08
• 公開（公告）號: CN108570612A
• 公開（公告）日: 2018-09-25
• 發明（設計）人: 羅豐華;吳若晴;夏光明;賀立;盧靜;劉浪飛
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C22C38/32
• 分類號: C22C38/32;C22C38/26;C22C38/24;C22C38/04;C22C33/06;C21D6/00;C21D1/18
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一種稀土鑭變質增韌高硬度合金及其鑄造方法，合金各元素的含量為Cr：9.0～13.0，B：2.6～2.9，C：0.7～0.9，Nb：0.4～0.8，V：0.4～0.8，Mn的含量小于0.3，La：0.05～0.5，余量為Fe，C、B總量為3.3～3.6；C/Cr含量比：0.06～0.08；Nb、V的總量為0.5～1.0，首先準備好Fe?La₂O₃粉末壓塊，將合金配料、熔煉與變質處理后澆鑄合金。本發明合金HRC68.2～71.0，沖擊韌性達到8.6～11.2J/cm²，抗彎強度達到800～920MPa。

技術領域

本發明屬于高硬度耐磨鑄鐵領域，涉及一種稀土鑭變質的微細硬質相和過飽和固溶體、馬氏體基體相組成的耐磨耐蝕鑄鐵的制備方法，可廣泛用于電力、冶金、機械、化工等行業中機械耐磨件制造。

技術背景

Fe-Cr-B-C耐磨鑄造合金主要以Fe₂B或M₂B為硬質相，具有良好的韌性和高硬度、高耐蝕性，熔煉-鑄造工藝性好，具有十分廣闊的應用前景。

變質處理是改善Fe-Cr-B-C合金組織和力學性能有效方法之一。變質劑按照作用可分為強碳、氮、硫化物形成元素，比如Ti、V等元素，和強成分過冷元素，比如表面活性元素稀土(RE)、Mg等。

稀土元素聚集在液固的生長界面上，限制晶粒長大，以提高合金的硬度、強度和耐磨性；并細化組織，使硼化物出現斷網狀和顆粒狀分布，提高沖擊韌性。研究表明：在Fe-Cr-B-C合金中添加0.6％的鈰(Ce)可使沖擊韌性提高86.4％。添加1.0％(Ce+La)的混合變質劑到Fe-Cr-B合金中，合金的硬度由52HRC增大到70.2HRC，沖擊韌性由3.36J/cm²提高到6.38J/cm²。

稀土變質可稀土合金或稀土絲的單一變質方法，也可采取復合變質處理，即以N、Ti、V、Mg、Si等元素和稀土的混合物作為變質劑。硅鎂混合稀土變質劑最常見的是復合變質方法，有研究表明：Fe-Cr-B-C合金經RE-Si-Mg變質后沖擊韌度比未變質前提高了72.2％；經RE-Ti變質并熱處理后，沖擊韌性提高了1.8倍；經RE-Mg變質沖擊韌性提高34.6％；經RE-Ti-N變質后網狀組織全部消失，韌性提高了133.3％；經RE-Mg-V-Ti變質處理后，沖擊韌性達到15.6J/cm²；經RE-Ti-Si-V變質處理后，沖擊韌性達到12J/cm²以上。

這些采用稀土變質的方法都有一個共同難點，即高活性的純稀土、稀土合金或復合稀土材料。由于稀土的高活性，使得變質劑本身或變質處理后合金的組織、性能難以控制，變質效果難以保證。

文獻1：LM陰極研究-發射原理與研究現狀[D].北京工業大學，2001：pp44-50。文獻1分析了碳化La₂O₃-Mo合金的化學平衡：

3Mo₂C(s)+La₂O₃(s)＝2La(s,l)+3CO(g)+6Mo

由于Mo₂C的作用，生成單質La的還原反應自由焓變化小了很多，從而反應產物La和CO的平衡分壓也高了10幾個數量級。當溫度高于1673K時，即1400℃，CO分壓低于E-9atm時，反應式會自動向右進行，即還原生成單質La。

專利文獻2：授權公告號CN 105695884B，制備的耐磨合金硬度為HRC66～70，沖擊韌性4～9J/cm²。該類合金的硬度較高，但沖擊韌性不足，強度指標較低，抗彎強度較低，在346～477MPa范圍，限制了該合金應用于一些外部載荷大、需要耐沖擊力作用的場合。

發明內容