CN1004149B - 莱武氏相强化铁基硬质合金 - Google Patents

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Abstract

本发明为莱武氏相强化铁基硬质合金,适用于表面抗高温(达650℃),高比压(400~800公斤/厘米2)、耐磨损(粘着磨损为主)、耐腐蚀的场合,特别适用于要求很高的机械密封件。本发明是以Fe为基的,合有Mo、Cr、N、S、C、S、P,粉末还含有B。合金资源丰富,价格低廉,铸造、制粉、制造焊条工艺筒单,可以取代价格昂贵的钴、镍基硬质合金。

Description

莱武氏相强化铁基硬质合金
本发明系一种莱武氏相强化硬质合金,适用于表面抗高温、高比压、耐磨损、耐腐蚀的场合,特别适用于要求很高的机械密封件。
目前,已有美国AMAX材料研究中心于1985年4月在加拿大国际材料磨损年会上公开的金属间化合物强化的硬质合金,见表1
这种合金是采用金属间化合物强化的硬质合金,含C量极低(0.003%),熔炼工艺复杂,而且还含有价格昂贵的稀有元素Nb。
本发明的目的在于提出一种C含量适宜,熔炼工艺简单(在普通中、高频感应炉、用公知的熔炼方法就可获得),资源丰富,价格低廉,抗高温、高比压、耐磨损(粘着磨损为主),耐腐蚀的铁基硬质合金,以取代价格昂贵的钴、镍基硬质合金。
本发明是以Fe为基的,含有Mo、Ni、Cr、Si、C、S、P及B的硬质合金,其具体成分范围如下:20~28%Mo、10~20%Ni、17~20%Cr、1.8~3.0Si、≤0.1%C、0%Nb、≤0.03%S、≤0.03%P、余为Fe,若为粉末还应含有0.5~2.0%B,其常温硬度为HRC45~56,高温硬度较高(当温度700℃时,焊条HRC46.5,粉末喷焊层HRC33.3),其金相组织为:合金奥氏体基体+莱武氏相+它们的多元共晶体,加入20~28%Mo即可形成足量的莱武氏相,保证表面形成易剪滑、自愈性、自润滑氧化膜,使合金有足够的硬度,在高比压条件下,抗粘着磨损。由于这种莱武氏相的高温稳定性保证了较优良的高温硬度稳定性,从而有较优良的高温、高压耐磨性,足量的Mo还提高合金电极电位,提高抗还原性酸、卤素离子腐蚀和应力腐蚀抗力。加入17~20%Cr和10~20%Ni,保证形成稳定的高合金奥氏体基体,抗氧化性酸和还原性酸,固溶强化后保证基体有高的韧性、硬度和高温强度,改善抗焊裂倾向和高温高压耐磨性。加入≤0.1%C,极易在普通高、中频电炉中大气下熔炼,少量的B可改善抗磨料磨损性能。
宽广的成分变化范围,便于熔炼,便于调整成分,以适应不同的用途,若以耐磨为主要目的,可提高Mo、Si、C、B含量;耐腐蚀为主要目的,可提高Cr、Ni、Mo、Si含量,降低C含量;硬度过高脆性过大时,可以提高含Ni量,降低Mo、C、Si、B含量,故合金的适应性强。
本发明具有抗高比压(400~800公斤/厘米2)、抗高温(达700℃)、抗磨损(粘着磨损为主)的特点,合金资源丰富,价格低廉,熔炼、制粉、制造焊条工艺简单,可用来取代价格昂贵的钴、镍基合金。在核工程中应用,比钴基合金更具优越性。
本发明可用于比压达800公斤/厘米2左右,耐温达700℃,或耐各种温度及酸碱盐环境下的泵、阀门、汽门密封件,既可以以整件铸体的形式出现,也可以用普通气焊或氩弧焊堆焊工件表面,或等离子喷粉喷焊工件表面的形式出现,机械加工可用耐磨性较高的硬质合金刀具或较软的碳化矽砂轮加工。
实施例1
以28%Mo、约15%Ni、17%Cr、1.89%Si、0.087%C、余为Fe的成分配料,熔点1404℃,用150公斤中频感应炉在严密复盖,加强除气的工艺条件下,熔炼80×80×30毫米3的长方形铸锭,铸锭经切除冒口外皮后,用高速砂轮切割成约5×5毫米2的方形截面焊条,采用氩弧焊工艺,对经过喷砂除锈,酒精清除油污的J61-320Dg20阀门阀办表面堆焊,堆焊层厚度5毫米左右,焊层硬度HRC45~52。经过近两年的运行,几组阀门均已成功的代替了钴基合金。氩弧焊工艺如下:用Q-7型焊机,氩气流量4.5升/时,堆焊电源160~180安培,堆焊前必须用氩弧火焰将工件表面加热至“发汗”状态才能施焊。对小型工件,焊后无须进行消除应力处理。
实施例2
以23.9%Mo、17%Ni、20%Cr、2.12%Si、0.09%C、1.69%B、余为Fe的成分配料,熔点于1033~1243℃之间,在普通高频炉熔炼,将熔炼出的合金溶液喷成粉末,选取60~120目的粉末,在喷焊前经100~150℃烘烤2小时,并于2小时内喷涂到2GC-5×6锅炉多级泵端面密封件。喷焊后的密封件在工况为250℃高温柴油(油中含有催化剂硬质粉末),压力为3.5公斤/厘米2,工件转速高达2960转/分,匹配材料为石墨环的条件下,经十个月共5338小时的运行,表面光洁,无龟裂,磨损轻微(磨损最深处为0.034毫米)。端面等离子堆焊工艺为:用等离子喷焊机,工件直径φ50~70毫米,离子输送量400升/时,运粉载量500升/时,转移弧电压36~38伏特,送粉量20~25克/分,转台转速2转/分,摆动振率60次/分,喷焊层表面很光整。
表1
Figure 86107213_IMG1

Claims (1)

1、一种莱武氏相强化铁基硬质合金,其特征在于化学成分(重量%)为:C≤0.1%,Si1.8~3.0%,S≤0.03%,P≤0.03%,Cr17~20%,Ni10~20%,Mo20~28%,B0.5~2.0%,Fe余。
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