[發(fā)明專利]一種難熔金屬偏聚韌化高硬合金及其鑄造與熱處理方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201810589672.9
• 申請日: 2018-06-08
• 公開（公告）號: CN108660393A
• 公開（公告）日: 2018-10-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅豐華;羅弘瑞;閔小兵;盧靜;熊落保;嚴(yán)淑群
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號: C22C38/32
• 分類號: C22C38/32;C22C38/22;C22C38/26;C22C38/24;C22C38/04;C22C38/02;C22C33/06;C21D1/18
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一種難熔金屬偏聚韌化高硬合金及其鑄造與熱處理方法，合金各元素的質(zhì)量含量為Cr：9.0～13.0，B：2.6～2.9，C：0.7～0.9，W：1.2～2.5，Nb：0.4～0.8，V：0.4～0.8，Mn的含量小于0.3，Si的含量小于0.07，余量為Fe；其中C和B：3.3～3.6；C/Cr含量比：0.06～0.08；Nb和V：0.5～1.0。熔化溫度1540～1680℃，在1260～1320℃澆鑄合金。950～1050℃淬火，200～250℃回火。本發(fā)明鑄錠硬度66.2～67.5HRC，沖擊韌性155～17.9J/cm²，抗彎強(qiáng)度1460～1615MPa。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高硬度耐磨鑄鐵領(lǐng)域，涉及一種難熔金屬鎢元素韌化硬質(zhì)相和過飽和固溶體、馬氏體基體相的耐磨耐蝕鑄鐵的合金及其鑄造、熱處理方法，可廣泛用于電力、冶金、機(jī)械、化工等行業(yè)中機(jī)械耐磨件制造。

技術(shù)背景

Fe-Cr-B-C耐磨鑄造合金是以Fe₂B或M₂B硬質(zhì)相為硬質(zhì)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(yīng)用前景。

Fe-B合金中的硬質(zhì)相M₂B(M代表溶入硼化物中的Fe、Cr、V、Nb等合金元素)呈連續(xù)網(wǎng)狀分布，完全破壞了基體的連續(xù)性，導(dǎo)致合金的韌性較低，很難應(yīng)用到受沖擊力較大的惡劣工作條件中，故使其應(yīng)用范圍受到限制。采用高溫?zé)崽幚怼⑾⊥磷冑|(zhì)，合金化等手段，改善硼化物的連續(xù)網(wǎng)狀分布形態(tài)對Fe-B合金進(jìn)行強(qiáng)韌化處理，擴(kuò)大其使用范圍，充分發(fā)揮其耐磨潛力是一項(xiàng)十分重要的課題，但目前所做的研究還沒有取得實(shí)質(zhì)性突破。

將Fe-B合金基體相的強(qiáng)度進(jìn)一步提高，并保留一定量Fe₂B或M₂B硬質(zhì)相，則可實(shí)現(xiàn)高硬度、高韌性。非晶/納米晶、過飽和固溶體、馬氏體等都具有很高的強(qiáng)度和硬度，韌性良好，并且耐蝕性好，由此，可通過基體相的非晶/納米晶化，形成新的高硬度、高耐蝕性合金。

專利文獻(xiàn)1：授權(quán)公告號CN 105695884 B，制備的耐磨合金硬度為HRC66～70，沖擊韌性4～9J/cm²。在制備大尺寸規(guī)格(厚度大于30mm)和形狀復(fù)雜鑄件時(shí)，會出現(xiàn)熱應(yīng)力裂紋，并且有硬度分布不均勻的現(xiàn)象。在大型雷蒙磨床、礦石破碎機(jī)、渣漿泵等設(shè)備中使用的磨球、襯板、錘頭、齒板、過流件、葉輪等耐磨件，體積龐大，形狀復(fù)雜，因此專利文獻(xiàn)1所采用的工藝方法限制了該合金的應(yīng)用。

該類合金的硬度較高，但沖擊韌性不足，強(qiáng)度指標(biāo)較低，抗彎強(qiáng)度較低，在346～477MPa范圍，因此限制了該合金應(yīng)用于一些外部載荷大、需要耐沖擊力作用的場合。

Ti(C,N)基金屬陶瓷起源于上世紀(jì)七十年代。1971年，Kieffer發(fā)現(xiàn)在TiC基金屬陶瓷中引入N時(shí)，只要在粘結(jié)相中加入適當(dāng)?shù)腗o或Mo₂C就可獲得比TiC基金屬陶瓷更好的性能。隨著對其合金化作用認(rèn)識的加深，燒結(jié)技術(shù)和設(shè)備的不斷改進(jìn)，此類材料不但具有較高的硬度、耐磨性、紅硬性、優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、與金屬間極低的摩擦系數(shù)，而且還有一定的韌性和強(qiáng)度。

Ti(C,N)基金屬陶瓷的主要成分是TiC、TiN或Ti(C,N)，以W或Ni為粘結(jié)劑，以其它碳化物為添加劑，如WC，Mo₂C，(Ta,Nb)C，Cr₃C₂，VC，AlN等。它們形成了(Ti,W,Mo,Cr,V)(C,N)固溶體，通過固溶強(qiáng)化機(jī)制而強(qiáng)化硬質(zhì)相。其微觀結(jié)構(gòu)特征一般是：TiC或Ti(C,N)硬質(zhì)相為核心，邊緣為(Ti,Mo)C或(Ti,Mo)(C,N)固溶體組成的環(huán)形結(jié)構(gòu)(SS相)及Ni、W和溶入其中的Ti、Mo、C、N等組成的粘結(jié)相(r相)三部分組成。如添加WC、TaC也同樣可生成SS相。這是由于Mo₂C、TiC、WC、TaC向液相中溶解，并在TiC或Ti(C,N)粗顆粒上析出的結(jié)果。在硬質(zhì)相周圍生成SS相，改善了Ni對Ti(C,N)的潤濕性，抑制了Ti(C,N)晶粒長大，有利于碳化物晶粒細(xì)化。