CN100371489C - 一种耐磨合金材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种耐磨合金材料，其合金组成含量(重量%)为：C0.8-5、Cr9-30、Nb0.3-9、V0.1-2、Mo0.3-5、B0.2-5、Ni0.5-6、稀土0.01-2、余量为Fe。本发明合金的微观组织特征是以铬的碳硼化合物为主要硬质强化相，共晶基体组织中存在大量的复杂金属碳硼化合物相，铬的碳硼化合物相显微硬度在HV1600～1900之间。本发明合金体系的亚共晶和共晶成分段可用于铸造耐磨件；亚共晶、共晶和过共晶成分段可以制成堆焊焊条或粉末堆焊材料。本发明宏观硬度高，硬质相与基体相结合牢固，具有很高的抗磨粒磨损性能，抗冲击磨损性能和抗大角度冲蚀磨损性能，应用范围广泛。

Description

一种耐磨合金材料
技术领域
本发明涉及一种合金材料，具体地说是一种可用于堆焊和铸造的耐磨合金材料。
背景技术
近年来，耐磨损材料技术得到了突飞猛进的发展，其中高铬合金作为耐磨损材料的一个分支，在工业生产中应用最为普遍。高铬合金的发展最初始于铸造。铸造高铬(合金)白口铁一般使用在亚共晶到共晶成分段，配合热处理工艺优化性能，以其高硬度和高耐磨性能而著称，比较著名的合金如Cr15Mo3等。和铸造高铬白口铁并行发展的是高铬合金耐磨堆焊材料，一般使用共晶到过共晶成分段，在焊态下使用，其宏观表现是硬度和耐磨性能更高，比较著名的堆焊材料如瑞士卡斯托林·厄特蒂公司生产的牌号为6715的堆焊焊条及其相同合金成分的堆焊用药心焊丝。
高铬合金之所以耐磨是由其微观组织结构所决定的。高铬合金的主体合金成分特点是高铬(≥12％)和高碳(≥2％)。
铸造高铬合金一般取亚共晶成分，在其微观组织中含有大量的共晶碳化物(Cr7C3和Cr23C6等)硬质相，这些硬质相和强、韧性较好的基体相组合，获得优良的耐磨损性能。热处理工艺主要用来调节基体金属性能。
堆焊高铬合金一般取过共晶成分，其微观组织中不仅含有共晶碳化物相，而且还含有初生碳化物(Cr7C3)相。由于初生碳化物相(也称一次相)相对于共晶碳化物相(也称二次相)晶粒尺寸较大，在磨损过程中对基体合金组织的阴影保护效应更加明显，因此较之铸造高铬合金表现出更高的耐磨性。
在耐磨损领域，追求合金具有更高耐磨损性能和更好的综合性能是材料创新的主流方向。高铬合金能够实现高耐磨性的本质原因是合金中含有高硬度“碳化铬”硬质相。研究表明，合金中所含硬质相硬度越高，其耐磨性能越好。在这个意义上，高铬合金存在的弱点是硬质相硬度偏低，Cr7C3和Cr23C6的硬度分别为：HV1300和HV1000，制约了该体系合金耐磨损性能的进一步提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种以高硬度金属碳硼化合物为硬质相，宏观硬度高，硬质相与基体相结合牢固，具有很高的抗磨粒磨损性能，抗冲击磨损性能和抗大角度冲蚀磨损性能，应用范围广泛的耐磨合金材料。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种耐磨合金材料，其特征是：合金组成含量(重量％)为：C0.8-5、Cr9-30、Nb0.3-9、V0.1-2、Mo0.3-5、B0.2-5、Ni0.5-6、稀土化合物0.01-2、余量为Fe。
本发明从提高硬质相硬度入手，兼顾综合性能考量，合金的微观组织特征是以铬的碳硼化合物(Cr7(C、B)3为主要硬质强化相，共晶基体组织中存在大量的复杂金属碳硼化合物相，对照现有技术，本发明的合金中铬的碳硼化合物相显微硬度在HV1600～1900之间，是提高合金耐磨性能的本质所在。大量的复杂金属碳硼化合物相弥散而且均匀地分布在合金基体的共晶相之中，对合金的耐磨性能起补充作用。当磨粒对合金表面进行磨损时，铬的碳硼化合物相起耐磨骨架作用，对合金基体相产生阴影保护效应。共晶金属碳硼化合物相强化基体组织自身的耐磨性。稀土在堆焊金属结晶过程中起孕育剂作用，使堆焊金属晶粒，特别是碳硼化合物晶粒细小并且均匀分布，对提高堆焊合金基体组织韧性和合金整体耐磨性都有积极作用。
本发明合金体系的亚共晶和共晶成分段可用于铸造耐磨件；亚共晶、共晶和过共晶成分段可以制成堆焊焊条、药芯焊丝、块状堆焊材料或粉末堆焊材料。该合金的宏观硬度高，硬质相与基体相结合牢固，具有很高的抗磨粒磨损性能，抗冲击磨损性能和抗大角度冲蚀磨损性能，应用范围十分广泛。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述：
本发明耐磨合金材料为铁基耐磨损合金材料，以Nb、V、Mo、Cr、B、稀土等为主要合金元素，以铬的碳硼化合物为主要硬质强化相。本发明中稀土可选用铈Ce、钇Y等的化合物或合金。合金的具体组成含量(重量％)为：C 0.8-5、Cr 9-30、Nb 0.3-9、V 0.1-2、Mo 0.3-5、B 0.2-5、Ni 0.5-6、稀土化合物0.01-2、余量为Fe。
本发明合金用于铸造时，其最佳的组成含量(重量％)为：C 0.8-3、Cr 15-30、Nb 0.3-9、V 0.1-2、Mo 0.3-5、B 0.6-2、Ni 0.5-6、稀土化合物0.01-2、余量为Fe。稀土优选稀土铈Ce化合物，含量(重量％)为0.03-1.5。
本发明合金用于堆焊时，其最佳的组成含量(重量％)为：C 0.8-5、Cr9-25、Nb 0.3-9、V 0.1-2、Mo 0.3-5、B 0.2-5、Ni 0.5-6、稀土化合物0.01-2、余量为Fe。稀土优选稀土钇Y化合物，含量(重量％)为0.02-1.0。
本发明具有很高的抗磨粒磨损性能，抗冲击磨损性能和抗大角度冲蚀磨损性能，其原因是：
(1)用于抗磨粒磨损时，取过共晶组织。大量铬的碳硼化合物硬质相弥散而且均匀地分布在合金的基体相之中，当磨粒对其表面进行磨损时，铬的碳硼化合物在合金中起耐磨骨架作用，对合金基体相产生阴影保护效应。
(2)用于抗冲击磨损时，取亚共晶组织。合金的微观结构为大量合金奥氏体加奥氏体与复杂金属碳硼化合物共晶。这时的合金奥氏体具有很强的抗冲击能力和冷作硬化能力。
(3)用于抗大角度冲蚀磨损时，取合金奥氏体发生马氏体转变的亚共晶组织或共晶组织。合金的微观结构为大量合金马氏体加奥氏体与复杂金属碳硼化合物共晶。这时的合金宏观表现是硬度高，韧性优良，具有很强的抗大角度冲蚀磨损性能。
(4)堆焊层中引入了稀土。稀土在堆焊金属结晶过程中起孕育剂作用，使堆焊金属晶粒特别是碳硼化合物晶粒细小并且均匀分布，对提高堆焊合金基体组织韧性和合金整体耐磨性都有积极作用。
本发明可以用于铸造或堆焊。用于堆焊时可以制成堆焊焊条、药芯焊丝、块状堆焊材料或粉末堆焊材料，堆焊层宏观硬度高，硬质相与基体相结合牢固，具有很高的抗磨粒磨损性能，抗冲击磨损性能和抗大角度冲蚀磨损性能，可应用领域十分广泛。
实施例1、一种耐磨合金材料，以Nb、V、Mo、Cr、B等为主要合金构成。合金的具体组成含量(重量％)为：C 0.8-3、Cr 18-28、Nb 0.5-1.5、V0.3-1.2、Mo 0.6-1.5、B 0.2-1.2、Ni 1.2-3、稀土0.03-1.5、余量为Fe。稀土优选稀土铈Ce化合物，含量(重量％)为0.03-1.5。热处理后宏观硬度为HRC66，用于旋流器、疏浚泵、泥浆泵制造，耐磨损性能明显高于Cr15Mo3。
实施例2、一种耐磨合金材料，以Nb、V、Mo、Cr、B等为主要合金构成。合金的具体组成含量(重量％)为：C 0.8-5、Cr 15-30、Nb 0.5-1.5、V0.3-1.2、Mo 0.6-4.5、B 0.2-1.2、Ni 1.2-4、稀土0.01-2、余量为Fe。稀土优选稀土铈Ce化合物，含量(重量％)为0.03-1.5。热处理后宏观硬度为HRC65，可用于旋流器、疏浚泵、泥浆泵制造，耐磨损性能提高明显。
实施例3、一种耐磨合金材料，以Nb、V、Mo、Cr、B等为主要合金构成。合金的具体组成含量(重量％)为：C 0.8-3、Cr 9-22、Nb 0.3-9、V 0.5-1.5、Mo 0.6-3、B 0.6-2、Ni 2.0-6.0、稀土钇Y化合物0.02-1.0、余量为Fe。适用于做堆焊耐磨材料，堆焊后宏观硬度为HRC58-62，抗冲击性能优良，用于破碎机锤头及挖掘机斗齿堆焊修复，耐磨性能提高明显。
实施例4、一种耐磨合金材料，以Nb、V、Mo、Cr、B等为主要合金构成。合金的具体组成含量(重量％)为：C 1.5-4、Cr 12-25、Nb 0.3-9、V 0.5-2、Mo 0.8-5、B 1.0-5、Ni 0.5-3、稀土钇Y化合物0.02-1.0、余量为Fe。堆焊后宏观硬度为HRC60-65，抗磨粒磨损性能优良，同时具一定的抗冲击性能，用于条件恶劣、磨损强烈的使用场合。性能优于目前国内市售堆焊合金。

Claims (4)

1.一种耐磨合金材料，其特征在于合金具体组成含量(重量％)为：C 0.8-5、Cr 9-30、Nb 0.3-9、V 0.1-2、Mo 0.3-5、B 0.2-5、Ni 0.5-6、稀土化合物0.01-2、余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的耐磨合金材料，其特征在于其组成含量(重量％)为：C 0.8-3、Cr 18-28、Nb 0.5-1.5、V 0.3-1.2、Mo 0.6-1.5、B 0.2-1.2、Ni 1.2-3、稀土Ce化合物0.03-1.5、余量为Fe。
3.根据权利要求1所述的耐磨合金材料，其特征在于其组成含量(重量％)为：C 0.8-3、Cr 9-22、Nb 0.3-9、V 0.5-1.5、Mo 0.6-3、B 0.6-2、Ni 2.0-6、稀土钇Y化合物0.02-1.0、余量为Fe。
4.根据权利要求1所述的耐磨合金材料，其特征在于其组成含量(重量％)为：C 1.5-4、Cr 12-25、Nb 0.3-9、V 0.5-2、Mo 0.8-5、B 1.0-5、Ni 0.5-3、稀土钇Y化合物0.02-1.0、余量为Fe。
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