CN103451511A

CN103451511A - 一种抗磨损用材料

Info

Publication number: CN103451511A
Application number: CN2013103941943A
Authority: CN
Inventors: 农登; 郑开宏; 王海艳; 蔡畅; 王娟
Original assignee: Guangzhou Research Institute of Non Ferrous Metals
Current assignee: Institute of New Materials of Guangdong Academy of Sciences
Priority date: 2013-09-03
Filing date: 2013-09-03
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2033-09-03
Also published as: CN103451511B

Abstract

本发明涉及一种抗磨损用材料。特征在于由以下质量百分的元素组成：C：2.8~3.2；Cr：24~29；Si：0.4~0.7；Mn：0.7~1.3；W：1.0~1.5；V：0.05~0.2；N：0.05~0.3；B：0.03~0.5；P＜0.04；S＜0.04；其余为Fe。本发明的抗磨损用材料在350±10℃和13~15MPa静载荷三体磨料磨损条件下，具有优良的综合抗磨料磨损性能，明显优于同种条件下的普通Cr25高铬铸铁磨损性能。

Description

一种抗磨损用材料

技术领域

本发明涉及一种抗磨料磨损材料，特别涉及一种抗磨损用材料。

背景技术

当前，国内外磨辊材质经历了高锰钢、镍硬铸铁和高鉻铸铁三个阶段。高锰钢韧性高，使用安全，但耐磨性差，应用较少。镍硬铸铁具有较强的抗磨粒磨损能力，但镍资源较缺乏且价格昂贵，国内外应用也较少。高鉻铸铁中的M₇C₃型碳化物呈短杆状弧分布，硬度高且对基体的割裂作用较小，因而具有相对优良的抗磨料磨损性能，是目前国内外生产磨辊最为常用的材质。

在水泥电力行业，磨辊在较高温度（200℃～350℃）的磨料磨损工况下运行，由于物料中硬质相如石英砂、煤矸石等的硬度高于磨辊材料的物相（碳化物）的硬度，研磨过程易引起磨辊发生切削或犁沟变形导致磨辊材料犁削磨损；同时，磨辊磨面亦受到物料的反复挤压，同时受到小能量多冲击使表层材料不断发生弹、塑性变形，乃至脆化、剥落，最终导致磨辊的失效。现有磨辊通常采用的普通高鉻铸铁材料中，其组织存在较多的不规则杆状、片状碳化物而易出现碳化物碎裂现象，继续变形就会从材料表面或次表面的夹杂物、缺陷、第二相等易引起应力集中的地方萌生裂纹造成表层材料的碎片剥离母体而成为磨屑，导致磨辊表层材料的疲劳磨损，加速磨辊的失效。因此，需开发一种在该磨料磨损工况中能使磨辊具有良好的抗磨损性能的材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗磨损用材料。

本发明的目的通过如下措施来实现：抗磨损材料由以下质量百分的元素组成：C：2.8~3.2；Cr：24~29；Si：0.4~0.7；Mn：0.7~1.3；W：1.0~1.5；V：0.05~0.2；N：0.05~0.3；B：0.03~0.5；P＜0.04；S＜0.04；其余为Fe。

优选的质量百分的元素组成为：C：2.9~3.1；Cr：25~28；Si：0.3~0.6；Mn：0.8~1.2；W：1.0~1.3；V：0.06~0.1；N：0.1~0.2；B：0.05~0.3；P＜0.04；S＜0.04；其余为Fe。

最佳的质量百分的元素组成为：C：3.06；Cr：26.28；Si：0.6；Mn：0.91；W：1.2；V：0.09；N：0.15；B：0.1；P＜0.028；S＜0.03；其余为Fe。

抗磨损用材料的有效元素成分设计依据及限定含量范围的理由如下：

耐磨白口铸铁中，碳化物是较硬的耐磨相，而奥氏体或马氏体等基体组织则起到骨架的作用。增加白口铸铁的含碳量，硬度及耐磨性随之上升。但碳量过多会减少横向断裂韧性，增加脆性。碳量越高，冲击韧性越低。因此选择碳量时需要综合考虑，因此把碳含量定在2.9~3.1%之间。

铬在白口铸铁中所起的主要作用是形成碳化物，提高耐腐蚀性，稳定高温下的组织。铬是强烈形成碳化物的合金元素，它将降低共晶碳量。提高铬和碳的含量可增加碳化物数量，从而提高耐磨性，但同时降低韧性。本发明将铬量定在25~28%之间。

硅在白口铸铁中是被限制的元素。这是因为硅增加碳的活度，促进石墨形成，阻止白口产生。硅的促进石墨化作用在含量为1.0~2.0%时极为显著。另外，硅降低淬透性，容易促使形成珠光体，影响材料的耐磨性。硅量过低对脱氧不利，过多的硅容易导致基体的脆性增加，所以应对硅量进行限制，选择较低的含量是合适的，本发明将硅含量定在0.6~0.9%。

锰在铸铁中一部分以固溶体形式存在于奥氏体中，有效降低Ms点，使C曲线右移，起到奥氏体稳定化作用，使淬透性明显提高，具有抑制珠光体形成的作用；另一部分锰溶入碳化物中，起到强化合金碳化物的作用。过量的锰会使残余奥氏体增加，降低材料硬度，本发明将锰含量定在0.6~1.2%。

钨和钼有相近似的特性，一部分固溶在基体中，有提高共析转变温度，细化奥氏体树枝状晶，进一步改善共晶碳化物分布的作用。同时，钨有利于二次碳化物析出，钨固溶于碳化物中能提高碳化物硬度，而少量的钨对组织的影响不甚明显，用量控制在0.6~0.9%。

钒是强碳化物形成元素，铸态下形成初生碳化物，或二次碳化物，增加白口铸铁的激冷程度。少量的钒就可使粗大的柱状晶细化。另外，由于钒与铁液中的碳结合，导致基体碳量降低，从而提高马氏体转化温度，促使白口铸铁在铸造条件下基体完全转变为马氏体。但是钒的价格很高，因而其应用也受到一定的限制，本发明钒控制在≤2%。

氮原子可降低高鉻铸铁中的初晶和共晶温度，减少共晶转变的温度范围，增大过冷度，细化初晶奥氏体和共晶团尺寸。加氮还能促进高铬铸铁在共晶时以离异方式结晶，改善碳化物的形貌，使其表面更加圆滑。本发明氮控制在0.1~0.2%。

加入B元素能细化高鉻铸铁晶粒，改善碳化物的形态和分布，提高硬度和耐磨性，本发明硼控制在0.03~0.6%。

通过W、V、N、B元素协同作用，改善碳化物形状，细化组织，二次碳化物弥散析出，提高碳化物硬度，改善材料在350±10℃和13~15MPa静载荷三体磨料磨损条件下抗磨料磨损性能。

本发明的抗磨损用材料采用中频感应电炉熔化制造，其步骤是：①将废钢和各种铁合金（如低碳铬铁、高碳铬铁、电解锰、钼铁和镍板等）混合加热熔化，脱氧除渣；②温度升至1500~1550℃后，出炉浇注；③用砂型铸造，浇注温度为1390~1430℃；④铸件浇注后，待冷却到500~700℃时，先松开砂箱，继续冷却到200~300℃时，打箱后切掉浇口和冒口，清理飞

边和毛刺；⑤铸件在热处理炉内，从室温升至1000~1050℃，在此温度下保温≥4小时，然后空冷淬火；⑥再在450~500℃温度下回火处理≥4小时。获得组织：马氏体+碳化物+少量残余奥氏体，硬度58.4~60.5HRC。

附图说明

图1为实施例1的金相显微组织。

图2为实施例2的金相显微组织。

图3为实施例3的金相显微组织。

具体实施方式

按本发明的元素成分要求，将其加入到炉中熔化，待铁液达到1460~1500℃时出炉浇注，用水玻璃吹二氧化碳硬化砂型铸造。浇注温度为1360℃。铸件冷却后，切掉浇口和冒口，清理残渣和毛刺。热处理工艺：①淬火：从室温加热至1050℃，保温4小时，空冷至室温；②回火：加热至480℃，保温4小时，空冷至室温。取样进行化学分析，元素成分和硬度见表1。

表1 实施例的元素成分和硬度

注：其余为Fe。

本发明材料的金相组织为：马氏体+碳化物+少量残余奥氏体，其共晶碳化物是M₇C₃型结构，呈孤立状均匀分布，硬度范围58.4~60.5HRC。

本发明的抗磨损用材料与普通Cr25高铬铸铁在350±10℃和13~15MPa静载荷三体磨料磨损条件下进行磨损试验，性能比较见表2。

表2 本发明材料与Cr25高铬铸铁的性能比较

Figure 2013103941943100002DEST_PATH_IMAGE004A

注：Cr25高铬铸铁成分见表3。

表3 Cr25高铬铸铁的成分

由表2可知，本发明的抗磨损用材料在350±20℃和13~15MPa静载荷三体磨料磨损条件下，具有优良的综合抗磨损性能，明显优于同种条件下的Cr25高铬铸铁的综合抗磨损性能。可见，本发明由于Cr、W、N、B和V等元素的加入改善了材料组织均匀性，从而提高本发明的抗磨料磨损性能。

Claims

1.一种抗磨损用材料，其特征在于由以下质量百分比的元素组成：C：2.8~3.2；Cr：24~29；Si：0.4~0.7；Mn：0.7~1.3；W：1.0~1.5；V：0.05~0.2；N：0.05~0.3；B：0.03~0.5；Ni：0.05~0.4；P＜0.04；S＜0.04；其余为Fe。

2.根据权利要求1所述的抗磨损用材料，其特征在于元素组成为：C：2.9~3.1；Cr：25~28；Si：0.3~0.6；Mn：0.8~1.2；W：1.0~1.3；V：0.06~0.1；N：0.1~0.2；B：0.05~0.3；P＜0.04；S＜0.04；其余为Fe。

3.根据权利要求1所述的抗磨损用材料，其特征在于元素组成为：C：3.06；Cr：26.28；Si：0.6；Mn：0.91；W：1.2；V：0.09；N：0.15；B：0.1；Ni：0.26；P＜0.028；S＜0.03；其余为Fe。