CN101818311B - 一种高韧性抗磨损金属材料的制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高韧性抗磨损金属材料的制备工艺，其包括以下操作步骤：按下述材料的成分要求，制定配料方案；将各种投炉料按熔炼工艺要求依次加入到中频炉中熔化，待铁液达到1520℃-1580℃时出炉浇注，树脂砂造型，浇注温度为1400-1450℃，铸件冷却后，清除浇、冒口，铸件在热处理炉内升温到910℃后进行空冷处理，250℃进行回火处理；所述的材料成分由以下质量百分比的成分组成C 2.0%、Cr 25%、Si 0.7%、Mn 1.2%、Ni 2.8%、Cu 0.6%，其余为Fe。根据本发明制备出的金属材料具有高韧性抗磨损的特性。

Description

一种高韧性抗磨损金属材料的制备工艺

技术领域

本发明涉及一种高韧性抗磨损金属材料的制备工艺。

背景技术

在使用挖泥船对河道疏浚、港口码头清淤等工程中，船用泵的工作工况比较复杂恶劣，既有泥沙的冲蚀磨损，同时又有石块等大型块度物体的冲凿作用。因此，对船用泵用材料即要求抗磨又要有相当的韧性。目前船用泵用材料国外多数为耐磨钢，国内大多使用KmTBCr26。耐磨钢抗冲击韧性好，但耐磨性稍差。KmTBCr26材料抗磨性能优良，但韧性不足，容易在使用过程中开裂。

发明内容

本发明目的是提供一种高韧性抗磨损金属材料的制备工艺。

本发明通过以下操作步骤来实现：

按下述材料的成分要求，制定配料方案；将各种投炉料按熔炼工艺要求依次加入到中频炉中熔化，待铁液达到1520℃-1580℃时出炉浇注，树脂砂造型，浇注温度为1400-1450℃，铸件冷却后，清除浇、冒口，铸件在热处理炉内升温到910℃后进行空冷处理，250℃进行回火处理；所述的材料成分由以下质量百分比的成分组成C  2.0%、Cr  25%、Si  0.7%、Mn  1.2%、Ni  2.8%、Cu  0.6%，其余为Fe。

本发明新型高韧性抗磨损金属材料有效化学成分设计依据及限定含量范围的理由如下：碳、铬含量决定了材料中碳化物的体积分数。提高碳化物的体积分数有助于抗磨能力的提高，但材料韧性降低。鉴于船用泵的使用工况，选择较低的含C量，含碳量是影响铸件韧性的主要因素，含碳量低时，碳化物数量相对减少，材料韧性相对提高；较高的铬含量，来保证碳化物类型和提高基体的铬含量。

Ni不溶于碳化物，而无限固溶于铁，是稳定奥氏体的主要合金元素，有助于降低合金的临界冷却速率，能提高厚壁铸件的抗磨能力，同时还能提高其韧性。

Cu是能细化碳化物，并使之呈现不连续状，增强了铸件的韧性。

Mn对材料中铬碳化合物的数量、结构没有显著影响。碳化物中固溶少量锰后，硬度稍有增加。

Si和氧亲和力大于铬、锰等，在熔炼中可以减少这些合金元素的烧损，但硅会使材料的脆性转变温度提高，尤其大型铸件，要限制硅含量，以防运转中发生断裂。

S、P在材料中属于有害物质，越少越好。但在原材料中又不可避免带入铁水中，所以从材料的性能与成本方面考虑，限制S、P的含量。

稀土元素的作用是细化材料晶粒，显著减少夹杂物，提高冶金质量，从而提高材料的抗磨损性能。

控制化学成分的质量百分含量还可以提高新型高韧性抗磨损金属材料的力学性能。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明的新型高韧性抗磨损金属材料由于含碳量和合金元素含量都比合金耐磨铸钢高，所以合金碳化物比例增加，抗磨效果变得更好；而相对于KmTBCr26材料，其含碳量低，又添加了大量的镍元素，虽然抗磨效果要降低些，但韧性增加，在冲击磨损中更有利。

本发明的新型高韧性抗磨损金属材料采用中频炉熔炼，工艺步骤：①通电后，依次将生铁、废钢、铬铁投入炉内加热熔化，溶清后再加入镍板、铜板、硅铁和锰铁；②调整成分至合适范围后，温度升至1520℃~1580℃，出炉浇注；⑧树脂砂造型，浇注温度1400℃~1450℃；④铸件冷却后，清除冒口、飞边、披缝等；⑤铸件在热处理炉中退火处理后进行机加工；⑥铸件在热处理炉内升温到910℃进行空冷处理，在250℃进行回火处理。

具体实施方式

按本发明材料的化学成分要求，制定合理的配料方案；将各种投炉料按熔炼工艺要求依次加入到中频炉中熔化，待铁液达到1520℃~1580℃时出炉浇注，树脂砂造型，浇注温度为1400一1450℃。铸件冷却后，清除浇、冒口。铸件在热处理炉内升温到910℃后进行空冷处理，250℃进行回火处理。

本发明实施例化学成分和冲击韧性值结果见表1。

表l化学成分和冲击韧性值

                                                 

注：余为Fe等元素。

实施例7

一种高韧性抗磨损金属材料，其特征在于其是采用如下制备工艺生产的金属材料：①按上述实施例5的材料的成分要求，制定配料方案；将各种投炉料按熔炼工艺要求依次加入到中频炉中熔化，即通电后，依次将生铁、废钢、铬铁投入炉内加热熔化，溶清后再加入镍板、铜板、硅铁和锰铁；②调整成分至合适范围后，温度升至1520℃，出炉浇注；⑧树脂砂造型，浇注温度1450℃；④铸件冷却后，清除冒口、飞边、披缝等；⑤铸件在热处理炉中退火处理后进行机加工；⑥铸件在热处理炉内升温到910℃进行空冷处理，在250℃进行回火处理。实施例7的化学成分和冲击韧性值和实施例4相同。

实施例8

一种高韧性抗磨损金属材料，其特征在于其是采用如下制备工艺生产的金属材料：①按上述实施例6的材料的成分要求，制定配料方案；将各种投炉料按熔炼工艺要求依次加入到中频炉中熔化，即通电后，依次将生铁、废钢、铬铁投入炉内加热熔化，溶清后再加入镍板、铜板、硅铁和锰铁；②调整成分至合适范围后，温度升至1550℃，出炉浇注；⑧树脂砂造型，浇注温度1400℃；④铸件冷却后，清除冒口、飞边、披缝等；⑤铸件在热处理炉中退火处理后进行机加工；⑥铸件在热处理炉内升温到910℃进行空冷处理，在250℃进行回火处理。实施例8的化学成分和冲击韧性值和实施例5相同。

实施例9

一种高韧性抗磨损金属材料，其特征在于其是采用如下制备工艺生产的金属材料：①按上述实施例7的材料的成分要求，制定配料方案；将各种投炉料按熔炼工艺要求依次加入到中频炉中熔化，即通电后，依次将生铁、废钢、铬铁投入炉内加热熔化，溶清后再加入镍板、铜板、硅铁和锰铁；②调整成分至合适范围后，温度升至1580℃，出炉浇注；⑧树脂砂造型，浇注温度1425℃；④铸件冷却后，清除冒口、飞边、披缝等；⑤铸件在热处理炉中退火处理后进行机加工；⑥铸件在热处理炉内升温到910℃进行空冷处理，在250℃进行回火处理。实施例9的化学成分和冲击韧性值和实施例6相同。

本发明金相组织为M+合金碳化物+A，硬度范围为HRC52—55。

磨损性能实验：本发明与国标中常用材料KmTBCr26在本单位自制的磨损试验机上做磨损性能实验(介质为50％的40—70目石英砂+50％水)，转速为1425r／min。材料状态为：空淬+回火态。性能比较见表2：

表2实施例的抗磨损性能

KmTBCr26的冲击韧性为7.6J/cm2，而本发明材料的优选成分的冲击韧性为10.5J/cm2，提高了38.1％。随着材料中碳含量的降低、合金元素镍的增加，材料的抗磨损性能虽然有所降低，但由于韧性得到提高，使得挖泥船用泵应用在冲击较大的工况下(时常碰到石块等物体的冲击)，不至于开裂破坏。

Claims (1)

1.一种高韧性抗磨损金属材料的制备工艺，其特征在于：按下述材料的成分要求，制定配料方案；将各种投炉料按熔炼工艺要求依次加入到中频炉中熔化，待铁液达到1520℃-1580℃时出炉浇注，树脂砂造型，浇注温度为1400-1450℃，铸件冷却后，清除浇、冒口，铸件在热处理炉内升温到910℃后进行空冷处理，250℃进行回火处理；所述的材料成分由以下质量百分比的成分组成C  2.0%、Cr  25%、Si  0.7%、Mn  1.2%、Ni  2.8%、Cu  0.6%，其余为Fe。