[發明專利]一種無鉻中錳高硼鐵基耐磨合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201910458701.2
• 申請日: 2019-05-29
• 公開（公告）號: CN110205544B
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 吳潤;張永錕;宋述鵬;徐凱;陳金;郝康達;周和榮
• 申請（專利權）人: 武漢科技大學
• 主分類號: C22C38/02
• 分類號: C22C38/02;C22C38/04;C22C38/06;C22C38/14;C22C33/06;C21D1/18
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 張火春

一種無鉻中錳高硼鐵基耐磨合金及其制備方法。技術方案是：所述高硼鐵基耐磨合金的化學成分是：B為1.5～3.0wt％；C為0.2～0.6wt％；Al為0.8～1.2wt％；Si為0.7～1.4wt％；Mn為4.0～10.0wt％；Ti為0.3～0.5wt％；Ce為0.4～0.6wt％；Mg為0.4～0.6wt％；S﹤0.03wt％；P﹤0.04wt％；余量為Fe和不可避免的雜質。先將廢鋼、生鐵、硼鐵、硅鐵、錳鐵、鈦鐵、稀土鎂硅合金、稀土硅鐵合金和增碳劑按高硼鐵基耐磨合金的化學成分進行配料，再將鈦鐵、稀土鎂硅合金和稀土硅鐵合金預置在澆包包底，然后將由其他配料冶煉的鋼液澆入澆包，采用砂模或鐵模澆鑄成形，冷卻，進行Mn配分熱處理，制得無鉻中錳高硼鐵基耐磨合金。本發明所制制品的成本低、硬度高和韌性好。

技術領域

本發明屬于高硼鐵基耐磨合金技術領域。具體涉及一種無鉻中錳高硼鐵基耐磨合金及其制備方法。

背景技術

材料破壞有三種主要形式：斷裂、腐蝕和磨損。盡管磨損不像另外兩種形式引起金屬工件災難性的危害，但其造成的經濟損失卻是相當驚人的。失效的機械零件中約有75～80％源于金屬磨損，而磨損導致的失效不僅影響機器設備使用效能的發揮和耐用性，而且消耗大量人力、物力以更換配件和維修設備，造成巨大的經濟損失。為此，人們研發了各類耐磨材料，高硼鐵基耐磨合金是其中的一類。高硼鐵基耐磨合金相比于其他鋼鐵基耐磨材料，有兩個突出優點：一是由于不含有大量Ni、Cr、Cu、Mo、W和V等貴重合金元素，成本低；二是合金中硬質相Fe₂B的顯微硬度為HV1300～1600，與高鉻鑄鐵合金中硬質相Cr₇C₃的顯微硬度HV1200～1500相當或略高，耐磨性能好。這些優點已引起研究人員的廣泛關注。

然而，由于Fe₂B脆性較大，且當硼含量較高時，形成網狀結構，導致高硼鐵基耐磨合金的沖擊韌性降低，限制了高硼鐵基耐磨合金在中、高沖擊載荷工況下的應用。故現有技術多集中在改善硼化物脆性上：

一是改善硼化物本身的脆性。此類方法主要是通過添加Cr、Mo提高硼元素的固溶度，同時合金元素置換了Fe₂B中的部分鐵原子，提高B-B之間鍵的結合力，從而降低Fe₂B硬質相的本質脆性，從而改善耐磨合金沖擊韌性性能。如鄧培凱等研究了不同鉻含量對合金組織和性能的影響，(鄧培凱等.鉻對亞共晶Fe-C-B合金組織和力學性能的影響[J].材料熱處理學報.2013.34(12):67-71)。

二是改善硼化物的網絡狀分布結構。此類方法是變質處理和高溫熱處理。師曉莉研究了單一變質劑和復合變質對高硼鐵基耐磨合金性能的影響(師曉莉，Fe-Cr-B-C系高硼鐵基合金硬質相形態控制及其對性能影響研究[D].昆明理工大學.2016:91-92)；何正員等通過高溫熱處理對硼化物的分步進行改進，促使網狀Fe₂B斷裂(何正員等，淬火溫度對鑄造Fe-0.61C-1.56B合金組織和性能的影響[J].金屬熱處理.2013.38(2):67-69)。

上述技術雖在一定程度上改進了材料的韌性，但由于添加大量的Cr元素，使得合金生產成本上升。同時這些研究局限在改善硼化物的分布和本質脆性上，合金的另一重要組成部分(基體)對韌性的貢獻沒有得到發揮。這導致目前高硼鐵基耐磨合金的微觀組織結構較為單一，在鑄態情況下多為大量鐵素體和少量珠光體組織，高溫熱處理后多為大量馬氏體及少量奧氏體組織。這類以單一組元為主的基體結構，在受到沖擊時，內部組織結構之間難以相互協調變形，韌性相對較低。

發明內容

本發明旨在克服破現有技術缺陷，目的在于提供一種低成本、高硬度和韌性好無鉻中錳高硼鐵基耐磨合金及其制備方法。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：