[發明專利]一種變質高硼鐵基耐磨合金及其制備方法

有效

• 申請號: 202110579228.0
• 申請日: 2021-05-26
• 公開（公告）號: CN113355609B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 高義民;上官蒙蒙;李強;陳宇
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C22C38/58
• 分類號: C22C38/58;C22C38/54;C22C38/02;C22C38/06;C22C38/60;C22C33/06;C21D1/18
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 范巍

本發明公開了一種變質高硼鐵基耐磨合金及其制備方法，采用技術方案是：先將工業純鐵、生鐵、硼鐵、硅鐵、錳鐵、低碳鉻鐵、鎳片、鈣鋁粉末和K₂SO₄粉末按所述變質高硼鐵基耐磨合金的化學成分進行配料；再將硼鐵進行干燥處理，在200～400℃烘干4h，然后將除K₂SO₄粉末、鈣鋁粉末的其他配料進行冶煉，在熔煉后期加入K₂SO₄粉末進行變質，同時加入鈣鋁粉末，再加入鋁絲進行脫氧，并扒渣；將冶煉的鐵水澆入澆包，采用砂模澆鑄成形，澆鑄完成后進行冷卻、清理、打磨處理，并進行高溫熱處理，制得變質高硼鐵基耐磨合金。本發明制備的變質高硼鐵基耐磨合金微觀組織中，硼化物斷網并呈孤立島狀均勻分布，具有低成本、硬度高、韌性好、抗壓強度與屈服強度高的特點。

技術領域

本發明屬于高硼鐵基耐磨合金技術領域，涉及一種變質高硼鐵基耐磨合金及其制備與熱處理方法。

背景技術

材料破壞有三種主要形式：即斷裂、腐蝕和磨損。材料磨損盡管不像另外兩種形式，很少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，會造成資源和能源的巨大浪費。而目前在工程上廣泛應用的高錳鋼、鎳系、鉻系耐磨鑄鐵和耐磨鋼等傳統鐵基耐磨材料，一方面由于合金元素含量高，價格昂貴，導致這些耐磨材料生產成本較高，不能完全滿足工程需要。硼是我國富產元素，總貯量占世界第五位，價格低廉而穩定，以硼為主要合金元素的鐵基耐磨合金由于其優異的強硬性、淬透性、耐磨性和低的生產成本逐漸引起重視。高硼鐵基合金是以FeB、Fe₂B等硼化物為耐磨相的新型耐磨材料，可應用于軋輥、泥漿泵葉輪、球磨機襯板、破碎機齒板和錘頭上。

高硼鐵基耐磨合金相比于普通耐磨鑄鐵、耐磨鋼具有明顯的優點。硼在α-Fe中的溶解度小于0.0004％，在γ-Fe中的溶解度也只有0.02％，因此加入的硼元素大部分以硼化物的形式存在，而碳在鐵中的固溶度比硼高得多，可以通過分別調控硼和碳的含量，來分別調控硼化物的體積分數和基體性能，來實現控制材料的耐磨性和韌性。另外由于硼化物顯微硬度為1430～1480HV，優于Fe₃C(900HV)和Cr₇C₃(1300HV)，具有高硬度和良好的熱穩定性。因此，開發高硼耐磨合金材料并應用于工程實踐具有重要意義。但是，由于鐵硼合金中Fe₂B型硼化物呈三維網狀分布，破壞了基體的連續性，導致合金韌性不足，脆性較高，經常在硬質相內部及硬質相與基體的界面處產生裂紋，導致失效，限制了高硼鐵基耐磨合金的實際應用。因此，改善鐵硼合金的韌性成為合金應用的關鍵。

為了改善硼化物的網狀分布特征，許多學者分別采用變質處理、熱處理、高溫形變、半固態鑄造、懸浮鑄造、外場處理等常用處理方法以及微區成分擾動生核處理等一些新型處理方法試圖改善硼化物的分布，雖然在一定程度上改善了硼化物的網狀形態，使硼化物出現部分斷網，但并沒有從根本上使硼化物完全斷網并呈孤立島狀，而且熱處理工藝容易使基體組織粗化影響耐磨性能，高溫變形會破壞工件的形狀，半固態鑄造、懸浮鑄造等工藝復雜、成本較高，但是變質處理生產工藝簡單，又不受工件形狀的限制。因此制備高硼鐵基耐磨合金的關鍵技術之一是對合金進行變質處理，獲得硼化物呈斷網狀、塊狀和小顆粒狀均勻分布的細小組織。據文獻報道，目前高硼鐵基耐磨合金變質處理使用的變質劑有稀土、K/Na、鈦、鈰、稀土鋁、稀土鈦、稀土硅鐵、稀土鎂等，這些變質劑對硼化物的形態及分布有一定效果，但效果并不顯著，硼化物沒有完全斷網并呈孤立島狀，此硼化物與基體結構之間難以相互協調變形，高硼鐵基合金韌性較低，在磨損工況下硼化物出現大量脫落，磨損性能仍然較差。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種變質高硼鐵基耐磨合金及其制備方法，能夠解決硼化物網狀形態的問題，具有高硬度、優異的壓縮性能和良好的沖擊韌性，從而有效提升耐磨合金的磨損性能。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：