[發明專利]一種鎢元素偏聚韌化合金及其鑄造與熱處理方法

有效

• 申請號: 201910431118.2
• 申請日: 2019-05-22
• 公開（公告）號: CN110029282B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 羅豐華;王冠;劉浪飛;溫家飛;黃明初;高翔
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 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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一種鎢元素偏聚韌化合金及其鑄造與熱處理方法，合金各元素的質量含量為Cr：9.0～13.0，B：2.6～2.9，C：0.7～0.9，W：1.5～2.8，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。將原料在1540～1680℃熔化，再降至1300～1350℃，用純鋁脫氧；保溫5～10分鐘，在1250～1320℃澆鑄合金。本發明鑄錠平均硬度為HRC66.2～71.0，沖擊韌性達到12.2～17.9J/cm²，抗彎強度達到1310～1615MPa。

技術領域

本發明屬于高硬度耐磨鑄鐵領域，涉及一種難熔金屬鎢元素韌化硬質相和過飽和固溶體、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，可廣泛用于各行業的機械耐磨件制造。

技術背景

Fe-Cr-B-C耐磨鑄造合金是以Fe₂B或M₂B硬質相為硬質相，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。

專利文獻1：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，因此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。

并且，在制備大尺寸規格(厚度大于30mm)和形狀復雜鑄件時，會出現熱應力裂紋，并且有硬度分布不均勻的現象。在大型雷蒙磨床、礦石破碎機、渣漿泵等設備中使用的磨球、襯板、錘頭、齒板、過流件、葉輪等耐磨件，體積龐大，形狀復雜，因此專利文獻1所采用的工藝方法限制了該合金的應用。

文獻2：共晶Fe-Cr-B-C合金的快冷組織與性能，鑄造，2017，66(10):1053～ 1056。鑄態Fe-Cr-B-C合金的快冷組織由馬氏體+殘余奧氏體基體和沿晶界連續網狀分布的(Fe,Cr)₂(B,C)+(Fe,Cr)₂₃(B,C)₆硬質相組成。快冷組織基體相的顯微硬度為800～880HV,硬質相顯微硬度為1150～1400HV,宏觀硬度為HRC68，沖擊韌性達到13.6J/cm²；而經960℃×2h退火后，基體組織轉變為鐵素體和粒狀滲碳體，硬質相(Fe,Cr)₂(B,C)和(Fe,Cr)₂₃(B,C)₆少量溶解，局部區域出現斷網，出現新相(Fe,Cr)₃(B,C)，退火后基體相顯微硬度為330～400HV，硬質相為850～ 1250HV，宏觀硬度降低為HRC46，沖擊韌性減少到3.4J/cm²。

文獻2所得結果反映出基體相的硬度對該類材料的硬度和沖擊韌性起重大作用；對比專利文獻1，該類合金在沖擊韌性等性能方面還有提升的可能。

發明內容

一種鎢元素偏聚韌化合金及其鑄造與熱處理方法，該合金以Fe₂B或M₂B 為硬質相，添加W元素，在硬質相中偏聚形成SS相，抑制了硬質相晶粒長大，并阻礙硬質相形成連續網狀結構；通過熱處理，形成多元素過飽和固溶體、馬氏體等非平衡相為基體組織。使得合金在保持高硬度的同時，韌性和強度得以大幅度提高，從而具有更廣闊的應用前景。

本發明選用的高耐磨性、高耐蝕性Fe-Cr-B-C合金為基礎合金，再添加1.2～2.5wt.％W元素。形成含Fe、Cr、B、C、Nb、V、W等元素的多元共晶合金，各元素的質量百分含量為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，雜質元素Si的含量小于0.07，S、P：≤0.01，余量為Fe。其中C、B總和：3.3～3.6；C/Cr含量比： 0.06～0.08；Nb、V的總和為0.5～1.0。