CN103341595A - 高硼铁基耐磨合金的长效变质剂及其配制工艺和使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高硼铁基耐磨合金的长效变质剂及其配制工艺和使用方法，该长效变质剂由一定颗粒度的金属钇和FeSi75按重量百分比80%和20%组成。使用本发明的长效变质剂对高硼铁基耐磨合金进行变质处理，变质剂的作用时间长达3小时之久，所得合金的性能优越，综合力学性能好，能够满足工业化大批量生产的要求。
Description
技术领域
本发明属于高硼铁基耐磨合金技术领域，尤其涉及一种高硼铁基耐磨合金的长效变质剂及其配制工艺和使用方法。
背景技术
高硼铁基耐磨合金是近年开发的一种新型耐磨合金，清华大学符寒光等人在《高硼铸造耐磨合金研究的进展》一文中指出：高硼铁基耐磨合金中硼化物的高硬度和良好的热稳定性以及合金元素加入量少和生产成本低且工艺简单的优势，预示着它在未来的耐磨材料领域有着广泛的应用前景，它也将是耐磨材料的重要发展方向。高硼铁基耐磨合金的特点是以硼化物代替传统耐磨材料中的碳化物作为耐磨相，由于碳已不是形成耐磨相的元素，所以可以大大降低其加入量，得到碳较低的基体，因而可以在保证材料具有良好耐磨性能的同时，大幅度地提高材料的强韧性。而且，由于B在Fe中的溶解度极低，同时C几乎不溶于硼化物，因此以硼化物为耐磨相的耐磨材料中硼化物数量和基体的性质可以通过B、C的质量分数来分别控制，即可以根据工况条件来设计材料的性能。高硼铁基耐磨合金主要以高韧性的低碳马氏体为基体，在基体上分布有硬度高、热稳定性好的硼化物，可以确保高硼铁基耐磨合金在具有优异强韧性的前提下，还具有高的硬度和优良的耐磨性，可以克服目前广泛应用的以碳化物为主的传统耐磨材料脆性大，使用中易断裂和剥落的不足，也可以克服无耐磨硬质相的铁基合金(如高锰钢、低碳合金钢)硬度低、淬透性与耐磨性差的不足，在冶金、矿山、机械、电力、煤炭、石油、交通等许多工业部门以及有色金属深加工行业将会发挥其优异的耐磨性能，延长耐磨部件寿命。
制备高硼铁基耐磨合金的关键技术之一是对合金进行变质处理，变质处理的目的在于获得硼化物和碳化物呈断网状、块状和颗粒状均匀分布的细小组织。据文献报道，目前高硼铁基耐磨合金变质处理使用的变质剂有混合稀土、稀土硅铁、稀土镁等，这些变质剂对改变高硼铁基耐磨合金的硼化物和碳化物状态及分布有一定效果，但效果不显著，且作用时间较短，因此不适宜工业化大批量生产。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种变质效果显著、变质作用时间长的高硼铁基耐磨合金的长效变质剂及其配制工艺和使用方法，以适应工业化大批量生产的要求。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：高硼铁基耐磨合金的长效变质剂，由分别占重量百分比80%和20%的金属钇和FeSi75组成。
金属钇颗粒度为5-10mm，FeSi75颗粒度为5-15mm。
上述高硼铁基耐磨合金的长效变质剂的配制工艺，将各组分分别破碎或切割至颗粒度后，烘干，然后机械混合，即得。
上述高硼铁基耐磨合金的长效变质剂的使用方法，长效变质剂的加入量为浇注金属总重量的0.8%-1.2%。
上述高硼铁基耐磨合金的长效变质剂的使用方法，使用普通中频炉或工频炉熔炼高硼铁基耐磨合金，待炉内金属全部熔化后，升温至1550℃-1600℃，保温5-8分钟后，将金属液倒入浇包中；金属液倒入浇包前，事先将占浇注金属总重量的0.8%-1.2%的长效变质剂置于浇包底部靠熔炼炉的一侧，浇包充满后均匀搅拌，静置1-2分钟，完成变质处理。
针对目前制备高硼铁基耐磨合金中变质处理的变质剂效果不佳的问题，发明人将一定颗粒度的金属钇和FeSi75按重量百分比80%和20%组成一种高硼铁基耐磨合金的长效变质剂。使用本发明的长效变质剂对高硼铁基耐磨合金进行变质处理，变质剂的作用时间长达3小时之久，所得合金的性能优越，综合力学性能好，能够满足工业化大批量生产的要求。
附图说明
图1是各种变质剂变质处理后的高硼铁基耐磨合金的金相组织图（100×），图中：a未变质合金，b混合稀土（加入量1.0%）变质合金，c稀土镁（加入量1.5%）变质合金，d稀土硅（加入量2.0%）变质合金，e本发明长效变质剂（加入量1.0%）变质合金。
图2是各种变质剂变质处理后的高硼铁基耐磨合金的断口形貌图，图中：a混合稀土（加入量1.0%）变质合金，b稀土镁（加入量1.5%）变质合金，c稀土硅（加入量2.0%）变质合金，d本发明长效变质剂（加入量1.0%）变质合金。
图3是本发明长效变质剂（加入量1.0%）变质处理后的高硼铁基耐磨合金不同时间的金相组织图（100×），图中：a0.5h，b1h，c1.5h，d2h，e2.5h，f3h。
图4是本发明长效变质剂不同加入量时变质合金的金相组织图（100×），图中：a0.8%，b1.0%，c1.1%，d1.2%。
具体实施方式
高硼铁基耐磨合金试样的化学成分见表1，原材料化学成分见表2，试验合金总量10KG，配料单见表3，长效变质剂的配方及配制工艺见表4。
表1高硼铁基耐磨合金试样化学成分（Wt%）
表2原材料化学成分（单位：wt%）
表3炉料加入量（g）
表4长效变质剂的配方及配制工艺
使用容量为12KG的普通中频炉熔炼高硼铁基耐磨合金，冷炉起炉，待炉内金属全部熔化后，升温至1550℃-1600℃，保温5-8分钟后，将金属液倒入浇包中。金属液倒入浇包前，事先将占浇注金属总重量的0.8%-1.2%的长效变质剂置于浇包底部靠熔炼炉的一侧，浇包充满后均匀搅拌，静置1-2分钟，完成变质处理。脱氧、扒渣、浇注试样。
图1是各种变质剂变质处理后的高硼铁基耐磨合金的金相组织图。可见，本发明长效变质剂变质效果最为明显，变质效果远优于其它三种变质剂最佳加入量的变质效果，经长效变质剂变质处理后，合金组织大大细化，且硼化物也变细小并基本呈断网、孤立状态，高硼铁基耐磨合金基本获得了硼化物和碳化物呈断网状、块状和颗粒状均匀分布的细小组织。
表5是各种变质剂变质处理后的高硼铁基耐磨合金的力学性能测试结果。由表5看到，经本发明长效变质剂变质处理后的高硼铁基耐磨合金的综合力学性能最优。
表5力学性能测试结果
图2是各种变质剂变质处理后的高硼铁基耐磨合金的断口形貌图，可见，经长效变质剂变质处理后的高硼铁基耐磨合金，断口形貌上有明显的韧窝存在，与其它三种变质剂（最佳加入量）变质处理后的高硼铁基耐磨合金的断口形貌相比，韧窝更多，且深度更深。这表明经长效变质剂变质处理后的高硼铁基耐磨合金的塑韧性提高较多，确保了合金在具有高的硬度和优良的耐磨性前提下，还具有优异的塑韧性。
图3是经长效变质剂变质处理后的高硼铁基耐磨合金不同时间的金相组织图。可见，长效变质剂的作用时间长，虽经历3个小时，但并未出现衰退现象，变质效果依然良好，合金组织仍然细化，硼化物也仍然细小并呈断网、孤立状态。这表明本发明的长效变质剂不但具有优良的变质效果，而且具有长效性，这为工业化大批量生产提供了可靠的条件。
实施例1
1、试验材料
高硼铁基耐磨合金试样的化学成分（wt％）见表1。
原材料化学成分（wt%）见表2。
2、试验仪器设备
日立S-3400N扫描电镜，PV8200能谱仪，Instron8801材料试验机，WDW3100微机控制万能电子试验机，HR150D型洛氏硬度计、HVS-1000维氏显微硬度计、MCT－110精密数字测温仪、上海实验电炉厂产12㎏中频感应电炉。
3、高硼铁基耐磨合金使用长效变质剂变质处理方法
（1）原材料及加入量（g）（见表3）
（2）长效变质剂的配制（见表4）
（3）变质处理方法
使用容量为12KG的普通中频炉熔炼高硼铁基耐磨合金，冷炉起炉，待炉内金属全部熔化后，升温至1550℃-1600℃，保温5分钟后，将金属液倒入浇包中。金属液倒入浇包前事先将占浇注金属总重量的0.8%的长效变质剂置于浇包底部靠熔炼炉的一侧，浇包充满后均匀搅拌，静置2分钟，完成变质处理。脱氧、扒渣、浇注试样。
4、长效变质剂变质效果检测
（1）试样金相组织检测结果（见图4（a））
（2）试样的力学性能检测结果
表6实施例1高硼铁基耐磨合金铸态力学性能检测结果
实施例2
1、试验材料
高硼铁基耐磨合金试样的化学成分（wt％）见表1。
原材料化学成分（wt%）见表2。
2、试验仪器设备
同实施例1。
3、高硼铁基耐磨合金使用长效变质剂变质处理方法
（1）原材料及加入量（g）（见表3）
（2）长效变质剂的配制（见表4）
（3）变质处理方法
使用容量为12KG的普通中频炉熔炼高硼铁基耐磨合金，冷炉起炉，待炉内金属全部熔化后，升温至1550℃-1600℃，保温6分钟后，将金属液倒入浇包中。金属液倒入浇包前事先将占浇注金属总重量的1.0%的长效变质剂置于浇包底部靠熔炼炉的一侧，浇包充满后均匀搅拌，静置1分钟，完成变质处理。脱氧、扒渣、浇注试样。
4、长效变质剂变质效果检测
（1）试样金相组织检测结果（见图4（b））
（2）试样的力学性能检测结果
表7实施例2高硼铁基耐磨合金铸态力学性能检测结果
实施例3
1、试验材料
高硼铁基耐磨合金试样的化学成分（wt％）见表1。
原材料化学成分（wt%）见表2。
2、试验仪器设备
同实施例1。
3、高硼铁基耐磨合金使用长效变质剂变质处理方法
（1）原材料及加入量（g）（见表3）
（2）长效变质剂的配制（见表4）
（3）变质处理方法
使用容量为12KG的普通中频炉熔炼高硼铁基耐磨合金，冷炉起炉，待炉内金属全部熔化后，升温至1550℃-1600℃，保温7分钟后，将金属液倒入浇包中。金属液倒入浇包前事先将占浇注金属总重量的1.1%的长效变质剂置于浇包底部靠熔炼炉的一侧，浇包充满后均匀搅拌，静置1分钟，完成变质处理。脱氧、扒渣、浇注试样。
4、长效变质剂变质效果检测
（1）试样金相组织检测结果（见图4（c））
（2）试样的力学性能检测结果
表8实施例3高硼铁基耐磨合金铸态力学性能检测结果
实施例4
1、试验材料
高硼铁基耐磨合金试样的化学成分（wt％）见表1。
原材料化学成分（wt%）见表2。
2、试验仪器设备
同实施例1。
3、高硼铁基耐磨合金使用长效变质剂变质处理方法
（1）原材料及加入量（g）（见表3）
（2）长效变质剂的配制（见表4）
（3）变质处理方法
使用容量为12KG的普通中频炉熔炼高硼铁基耐磨合金，冷炉起炉，待炉内金属全部熔化后，升温至1550℃-1600℃，保温8分钟后，将金属液倒入浇包中。金属液倒入浇包前事先将占浇注金属总重量的1.2%的长效变质剂置于浇包底部靠熔炼炉的一侧，浇包充满后均匀搅拌，静置1分钟，完成变质处理。脱氧、扒渣、浇注试样。
4、长效变质剂变质效果检测
（1）试样金相组织检测结果（见图4（d））
（2）试样的力学性能检测结果
表9实施例4高硼铁基耐磨合金铸态力学性能检测结果
实施例5
1、试验材料
高硼铁基耐磨合金试样的化学成分（wt％）见表1。
原材料化学成分（wt%）见表2。
2、试验仪器设备
同实施例1。
3、高硼铁基耐磨合金使用长效变质剂变质处理方法
（1）原材料及加入量（g）（见表3）
（2）长效变质剂的配制（见表4）
（3）变质处理方法
使用容量为12KG的普通中频炉熔炼高硼铁基耐磨合金，冷炉起炉，待炉内金属全部熔化后，升温至1550℃-1600℃，保温6分钟后，将金属液倒入浇包中。金属液倒入浇包前事先将占浇注金属总重量的1.0%的长效变质剂置于浇包底部靠熔炼炉的一侧，浇包充满后均匀搅拌，静置2分钟，完成变质处理，脱氧、扒渣。分别于变质处理后0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h、3h浇注试样。
4、长效变质剂变质处理后高硼铁基耐磨合金不同时间的金相组织及力学性能检测结果
（1）长效变质剂变质处理后的高硼铁基耐磨合金不同时间的金相组织检测结果（见图3）
（2）变质处理后合金不同时间的力学性能检测结果
表10实施例5高硼铁基耐磨合金变质处理后不同时间的铸态力学性能检测结果
综上各实施例的金相组织及力学性能检测结果表明，使用本发明的长效变质剂对高硼铁基耐磨合金进行变质处理，合金的性能优越，综合力学性能好，且变质剂的作用时间长，适宜工业化大批量生产。
Claims (5)
1.一种高硼铁基耐磨合金的长效变质剂，其特征在于由分别占重量百分比80%和20%的金属钇和FeSi75组成。
2.根据权利要求1所述的高硼铁基耐磨合金的长效变质剂，其特征在于：所述金属钇颗粒度为5-10mm，所述FeSi75颗粒度为5-15mm。
3.根据权利要求2所述高硼铁基耐磨合金的长效变质剂的配制工艺，其特征在于将各组分分别破碎或切割至所述颗粒度后，烘干，然后机械混合，即得。
4.根据权利要求1或2所述高硼铁基耐磨合金的长效变质剂的使用方法，其特征在于：所述长效变质剂的加入量为浇注金属总重量的0.8%-1.2%。
5.根据权利要求4所述高硼铁基耐磨合金的长效变质剂的使用方法，其特征在于：使用普通中频炉或工频炉熔炼高硼铁基耐磨合金，待炉内金属全部熔化后，升温至1550℃-1600℃，保温5-8分钟后，将金属液倒入浇包中；金属液倒入浇包前，事先将占浇注金属总重量的0.8%-1.2%的长效变质剂置于浇包底部靠熔炼炉的一侧，浇包充满后均匀搅拌，静置1-2分钟，完成变质处理。
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