CN101503013A

CN101503013A - 一种高铬铸铁复合耐磨材料及生产工艺

Info

Publication number: CN101503013A
Application number: CNA2009100428390A
Authority: CN
Inventors: 刘加林; 李依文; 胡许先; 周毅; 陈前保
Original assignee: Hunan Ouke New Material Co Ltd
Current assignee: Hunan Ouke New Material Co Ltd
Priority date: 2009-03-11
Filing date: 2009-03-11
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2029-03-11
Also published as: CN101503013B

Abstract

一种高铬铸铁复合耐磨材料由基层、过渡层、耐磨层构成，所述基层为低碳钢；过渡层为铜合金；耐磨层为高铬铸铁，其生产工艺为：依次将截面积相同、厚度不同的基层、过渡层、耐磨层叠置于保护气氛炉中加热至1100～1300℃，保温，控制冷却至100℃出炉；然后将所得物料加热至800～1050℃，淬火后低温回火。综上所述，本发明生产工艺简单，结构设计合理，通过高硬层、过渡层、高韧层的不同层厚组合及相应的高温扩散、热处理工艺处理，实现耐磨材料高硬度、良好的耐磨性及韧性的有机结合，可广泛使用于矿山、水泥、制砖、电力、冶金等行业，适用于各种恶劣工况条件下的耐磨要求。

Description

一种高铬铸铁复合耐磨材料及生产工艺

技术领域

本发明公开了一种高铬铸铁复合耐磨材料及生产工艺，特别是指一种高硬度、高耐磨性及良好的韧性有机结合的高铬铸铁复合耐磨材料及生产工艺，属于金属耐磨材料领域。

背景技术

耐磨材料被广泛的应用于工业生产的各个领域，而随着科学技术和现代工业的高速发展，由于金属磨损而引起的能源和金属材料消耗增加所造成的经济损失相当惊人。据统计，世界工业化发达的国家约30％的能源是以不同形式消耗在磨损上的。例如，在美国，有数据显示每年由于摩擦磨损和腐蚀造成的损失约1000亿美元，占全年国民生产总值的4％。我国仅在冶金、矿山、电力、煤炭和农机部门，每年由于工件磨损而造成的经济损失约400亿元人民币。因此，研究和发展耐磨材料，以减少金属磨损，对国民经济的发展有着重要的意义。

近年来，针对设备磨损的具体工况和资源情况，开发出多种新型耐磨材料。主要有改性高锰钢、中锰钢、超高锰钢系列，高、中、低碳低合金钢系列，铬系抗磨白口铸铁系列等。锰钢系列耐磨材料是使用历史最为悠久的一种耐磨材料，但由于锰钢是利用大冲击来达到加工硬化提高硬度，从而实现抗磨的目的，他存在很大的局限性，实际使用的抗磨效果也不太理想。低合金钢系列虽然在一定程度上克服了锰钢的部分缺陷，但仍然存在硬度偏低、耐磨性不够等问题。作为第三代的耐磨材料，铬系白口铸铁，尤其是高铬白口铸铁，硬度通常高达≥HRC63有很高的硬度、有良好的显微组织，其优异的耐磨性能得到越来越广泛的关注，但是由于马氏体+残余奥氏体基体吸收冲击和应力的能力有限，最理想状态也仅能到20J/cm²，使高铬铸铁的韧性偏低，这就限制了高铬铸铁在大冲击和大应力情况下的使用，如果能较好的利用高铬铸铁的优异耐磨性又能提高其冲击韧性值，则将极大地扩大该系列材料的使用领域。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种生产工艺简单、结构设计合理、具备高硬度、良好的耐磨性及韧性的高铬铸铁复合耐磨材料及生产工艺。

本发明---一种高铬铸铁复合耐磨材料由基层、过渡层、耐磨层构成，所述基层为低碳钢；所述过度层为含铜量在90％～99.9％，其余为铁、铬、锰、镍、钴中一种或多种元素组成的铜合金；所述耐磨层为高铬铸铁。

本发明---一种高铬铸铁复合耐磨材料中，所述基板为45号钢或Q235钢中的一种。

本发明---一种高铬铸铁复合耐磨材料中，所述过度层厚度为0.1～0.3mm。

本发明---一种高铬铸铁复合耐磨材料中，所述耐磨层厚度为10～90mm。

本发明---一种高铬铸铁复合耐磨材料中，所述基层厚度为6～28mm。

本发明---一种高铬铸铁复合耐磨材料的生产工艺包括下述工艺步骤：

1)依次将截面积相同、厚度不同的基层、过渡层、耐磨层叠置于保护气氛炉中加热至1100～1300℃，保温3～5小时，炉冷至100℃出炉；

2)将步骤1所得物料置于加热炉中加热至800～1050℃，保温3～10小时，淬火后，于200～500℃低温回火2～5小时出炉空冷，即得本发明---高铬铸铁复合耐磨材料。

本发明---一种高铬铸铁复合耐磨材料的生产工艺中，所述保护气氛炉中的保护气氛可采用氨分解保护气氛、纯氢气氛、氩气、氮气、真空保护气氛中的任意一种。

本发明采用以高铬铸铁作为表面耐磨层，低碳钢作为基层，铜合金作为过渡层，利用铜与高铬铸铁及钢板都具有较小的润湿角，能够与两种材料实现良好润湿的特性，在高温下于保护气氛中，使铜原子扩散至高铬铸铁及钢板中，从而实现高铬铸铁与钢板的冶金结合，由于铜是面心立方晶格类型，在其中补充适当的铁、铬、锰、镍、钴等其他合金原子，可以大量减少过渡层与基层及耐磨层结合界面上的晶格畸变和位错塞集，从而，极大的提高高铬铸铁复合耐磨材料的稳定性和整体断裂韧性，抗剪强度≥200MPa；由于高温扩散过程，使高铬铸铁表面耐磨层组织较为粗大，碳化物异常长大且有成网分布的趋向，基体马氏体较少，有大量奥氏体和少量珠光体，这种组织状态不利于抵抗磨损，通过随后在800～1050℃，高温长时保温淬火及180～350℃低温回火，使表面耐磨层高铬铸铁，形成以马氏体+残余奥氏体为基体，碳化物为硬质相的微观组织特征，实现在广泛的恶劣条件下，最有效的抵抗磨损的目的；因为，碳化物作为硬质相，硬度高达HV1300～1800，能够起到抵抗硬磨粒侵入和割断犁削痕迹的作用。马氏体+残余奥氏体基体则能作为碳化物的强有力支撑；另外，基层采用具有优良韧性的低碳钢板，不仅使得本发明所生产的新材料可以采用包括焊接、镙钉紧固等方法方便的装配到不同设备的不同部位，同时可以大量吸收在冲击和反复摩擦作用过程中形成的应力，防止裂纹的产生和长大。达到耐磨性和冲击韧性双高的目的，同时也实现了有限材料的高效利用。综上所述，本发明生产工艺简单，结构设计合理，通过高硬层、过渡层、高韧层的不同层厚组合及相应的高温扩散、热处理工艺处理，实现耐磨材料高硬度、良好的耐磨性及韧性的有机结合，可以实现材料整体韧性值≥140J/cm²的较大范围内调整材料的韧性；有效扩充高铬铸铁的使用范围，提高材料的使用效率，降低使用成本。提高耐磨件更换和装配的灵活性和便捷性，缩短维修工期。可广泛使用于矿山、水泥、制砖、电力、冶金等行业，适用于各种恶劣工况条件下的耐磨要求。

具体实施方式

本发明的具体实施方式简述于下：

本发明实施例采用的主要原料为：

高铬铸铁，其成分如下：(高硬层)

元素	C	Cr	Mn	Mo	Cu	B	Si	S	P
元素	C	Cr	Mn	Mo	Cu	B	Si	S	P	含量	2～3.5	≥18	0.4～1.8	0.6～3.0	0.4～1.6	0.1～0.5	≤0.8	≤0.02	≤0.002

过渡层：

Cu≥90％，其余为铁、铬、锰、镍、钴等微量合金元素的铜合金；基板：45号钢、Q235钢等。15～90：0.15～0.3：6～28

实施例1

1、取规格为230×50×38mm的高铬铸铁；规格为0.1×230×15mm的铜合金；规格为230×50×6mm的钢板叠置于氨分解保护气氛炉中加热至1100℃，保温3小时，炉冷至100℃出炉；

2、将步骤1所得的物料置于加热炉中加热至800℃，保温3小时，淬火后，于300℃低温回火2小时出炉空冷，即得本发明---高铬铸铁复合耐磨材料，硬度为HRC64，冲击韧性值为153J/cm²。

实施例2

1、取规格为230×50×38mm的高铬铸铁；规格为0.2×230×50mm的铜合金；规格为230×50×17mm的钢板叠置于氨分解保护气氛炉中加热至1200℃，保温4小时，炉冷至100℃出炉；

2、将步骤1所得的物料置于加热炉中加热至900℃，保温6小时，淬火后，于250℃低温回火3小时出炉空冷，即得本发明---高铬铸铁复合耐磨材料，硬度为HRC65，冲击韧性值为163J/cm²。

实施例3

1、取规格为230×50×38mm的高铬铸铁；规格为0.3×230×90mm的铜合金；规格为230×50×28mm的钢板叠置于氨分解保护气氛炉中加热至1300℃，保温5小时，炉冷至100℃出炉；

2、将步骤1所得的物料置于加热炉中加热至1050℃，保温10小时，淬火后，于350℃低温回火5小时出炉空冷，即得本发明---高铬铸铁复合耐磨材料，硬度为HRC66，冲击韧性值为143J/cm²。

传统高铬铸铁的性能：

硬度HRC60～62；冲击韧性3.8～5.4J/cm²。

将以上实施例所得的产物的性能与传统高铬铸铁的性能比较可知，采用本发明工艺方法生产的高铬铸铁复合耐磨材料硬度比传统高铬铸铁硬度高HRC2～3；冲击韧性是传统高铬铸铁冲击韧性的24～28倍。

Claims

1、一种高铬铸铁复合耐磨材料，其特征在于：由基层、过渡层、耐磨层构成，所述基层为低碳钢；所述过渡层为含铜量在90％～99.9％，其余为铁、铬、锰、镍、钴中一种或多种元素组成的铜合金；所述耐磨层为高铬铸铁。

2、根据权利要求1所述的一种高铬铸铁复合耐磨材料，其特征在于：所述基板为45号钢或Q235钢中的一种。

3、根据权利要求1所述的一种高铬铸铁复合耐磨材料，其特征在于：所述过渡层厚度为0.1～0.3mm。

4、根据权利要求1所述的一种高铬铸铁复合耐磨材料，其特征在于：所述耐磨层厚度为10～90mm。

5、根据权利要求1所述的一种高铬铸铁复合耐磨材料，其特征在于：所述基层厚度为6～28mm。

6、一种高铬铸铁复合耐磨材料的生产工艺，包括下述工艺步骤：

1)依次将截面积相同、厚度不同的基层、过渡层、耐磨层叠置于保护气氛炉中加热至1100～1300℃，保温3～5小时，控制冷却至100℃出炉；

2)将步骤1)所得物料置于加热炉中加热至800～1050℃，保温3~10小时，淬火后，于200~500℃回火2~5小时出炉空冷，即得高铬铸铁复合耐磨材料。

7、根据权利要求6所述的一种高铬铸铁复合耐磨材料的生产工艺，其特征在于：所述保护气氛炉中的保护气氛可采用氨分解保护气氛、纯氢气氛、氩气、氮气、真空保护气氛中的任意一种。