CN103627965A - 一种高硬度的合金钢锤头材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种高硬度的合金钢锤头材料，其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳1.2-1.5、硅1.3-1.6、锰8.2-9.5、铬3.7-4.1、钼0.7-0.9、钒0.3-0.5、钛0.6-0.8、硼1.0-1.2、钆0.18-0.23、Nb0.08-0.12、Sc0.04-0.06、S≤0.05、P≤0.05、余量为铁。本发明是采用中锰钢作为材质，具有较好的韧性；同时，又因其含有硼、钆、Nb、Sc、钼多种合金元素，具有高的硬度和耐磨性；本发明适用于非强烈冲击的工作条件，其使用寿命与传统的高锰钢相比能提高2~3倍。本发明精炼剂用于铸造生产，铸件中的气孔度降低1-2度，氧化夹杂物在2级左右。
Description
技术领域
本发明涉及耐磨金属材料领域，尤其涉及一种高硬度的合金钢锤头材料及其制备方法。
背景技术
锤头材料的种类很多，最常用的是高锰钢，最初是因其硬度和耐磨性都比较高，但是现在人们发现其实不然，有些场合高锰钢锤头并不耐磨，使用寿命短，究其原因，是高锰钢要在大的冲击力的情况下才能产生高硬度的表面硬化层，而冲击力小的情况下不耐磨；还有中锰钢锤头，因其有较高的硬度和韧性，在冲击力不太大的情况下较耐用，且有磁性；高铬铸铁锤头有优良的耐磨性，但是韧性较差，易发生脆性断裂。各种材料均不能达到最理想的效果，因此寻求合理的材料,开发简单实用的工艺，在保证使用要求的前提下节省资源和能源，已成为耐磨材料领域的热点和难点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高硬度的合金钢锤头材料及其制备方法，该合金材料具有强度高，耐磨性好、韧性好的优点。
本发明的技术方案如下：
一种高硬度的合金钢锤头材料，其特征在于：其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳1.2-1.5、硅1.3-1.6、锰8.2-9.5、铬3.7-4.1、钼0.7-0.9、钒0.3-0.5、钛0.6-0.8、硼1.0-1.2、钆0.18-0.23、Nb0.08-0.12、Sc0.04-0.06、S≤0.05、P≤0.05、余量为铁。
所述的高硬度的合金钢锤头材料的生产方法，其特征在于：
（1）、准备生铁与废铁按1：1-2比例作为铁基质来源，将生铁加入投入炉中熔化，进行脱硫、脱氧、采用精炼剂一次精炼、添加合金成分进行合金化，再加入废铁熔化、加入精炼剂二次精炼、检测并调整化学元素成分含量至合格、浇铸、铸后热处理等；
（2）、合金化过程中向炉内投入合金元素的批次顺序为：（1）硅、钒、铬；（2）锰、硼、Nb；（3）其他剩余成分；各批次投入元素的时间间隔为24-27分钟，投料后搅拌均匀。
所述的铸后热处理是：先由室温以210-220℃/小时速率升温至500-510℃，保温60-70分钟，再以210-220℃/小时速率升温至700-710℃，再以180-190℃/小时速率降温至600-610℃，再以210-220℃/小时速率升温至940-950℃，保温3-4小时；再以180-190℃/小时速率降温至600-610℃，保温50-60分钟，再以180-190℃/小时速率降温至490-500℃，保温50-60分钟；再以180-190℃/小时速率降温至220-230℃，保温2-3小时；再以210-220℃/小时速率升温至330-350℃，再以170-180℃/小时速率降温至220-230℃，再以210-220℃/小时速率升温至530-550℃，保温2-3小时，取出空冷即得。
所述的精炼剂由下列重量份的原料制成：工具钢粉30-40、硫酸钠2-3、硫酸铝钾1-2、二氧化硅3-4、BaCO3 2-3、蛭石粉1-2、偏硅酸钠1-2、沉淀法白炭黑3-4、玉石粉3-4、蒙脱石1-2；制备方法是将各原料混合，加热至熔融状态，然后，浇注入纯净水中激冷，再粉碎成100-200目粉末；将所得粉末加入相当于粉末重量2-3%的硅烷偶联剂KH-550、1-2%的纳米碳粉，混合均匀后，在8-15Mpa下压制成坯，然后，在900-950℃下煅烧3-4小时，冷却后，再粉碎成150-250目粉末，即得。
本发明的有益效果
本发明是采用中锰钢作为材质，具有较好的韧性；同时，又因其含有硼、钆、Nb、Sc、钼多种合金元素，具有高的硬度和耐磨性；本发明适用于非强烈冲击的工作条件，其使用寿命与传统的高锰钢相比能提高2~3倍。本发明使用部分废铁作为原料，并经过二次精炼，合理控制铸后热处理温度，分批投放原料，使合金品质更稳定均一，提高综合力学性能。本发明精炼剂用于铸造生产，明显提高成品率，特别是铸件中的气孔度降低1-2度，不会在铸件表面产生气孔，夹杂氧化物也明显降低，氧化夹杂物在2级左右。
具体实施方式
一种高硬度的合金钢锤头材料，其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳1.2-1.5、硅1.3-1.6、锰8.2-9.5、铬3.7-4.1、钼0.7-0.9、钒0.3-0.5、钛0.6-0.8、硼1.0-1.2、钆0.18-0.23、Nb0.08-0.12、Sc0.04-0.06、S≤0.05、P≤0.05、余量为铁。
所述的高硬度的合金钢锤头材料的生产方法如下：
（1）、准备生铁与废铁按1：1.5比例作为铁基质来源，将生铁加入投入炉中熔化，进行脱硫、脱氧、采用精炼剂一次精炼、添加合金成分进行合金化，再加入废铁熔化、加入精炼剂二次精炼、检测并调整化学元素成分含量至合格、浇铸、铸后热处理等；
（2）、合金化过程中向炉内投入合金元素的批次顺序为：（1）硅、钒、铬；（2）锰、硼、Nb；（3）其他剩余成分；各批次投入元素的时间间隔为26分钟，投料后搅拌均匀。
所述的铸后热处理是：先由室温以215℃/小时速率升温至505℃，保温65分钟，再以215℃/小时速率升温至705℃，再以185℃/小时速率降温至605℃，再以215℃/小时速率升温至945℃，保温3.5小时；再以185℃/小时速率降温至605℃，保温55分钟，再以185℃/小时速率降温至495℃，保温55分钟；再以185℃/小时速率降温至225℃，保温2.5小时；再以215℃/小时速率升温至340℃，再以175℃/小时速率降温至225℃，再以215℃/小时速率升温至540℃，保温2.5小时，取出空冷即得。
所述的精炼剂由下列重量份(公斤)的原料制成：工具钢粉35、硫酸钠2.5、硫酸铝钾1.5、二氧化硅3.5、BaCO3 2.5、蛭石粉1.5、偏硅酸钠1.5、沉淀法白炭黑3.5、玉石粉3.5、蒙脱石1.5；制备方法是将各原料混合，加热至熔融状态，然后，浇注入纯净水中激冷，再粉碎成160目粉末；将所得粉末加入相当于粉末重量2%的硅烷偶联剂KH-550、2%的纳米碳粉，混合均匀后，在12Mpa下压制成坯，然后，在930℃下煅烧3.5小时，冷却后，再粉碎成180目粉末，即得。
本发明的高硬度的合金钢锤头材料的机械性能为：拉伸强度1270MPa，屈服强度967MPa，延伸率12.5％，断面收缩率26.5％，冲击吸收功53J，冲击韧性63/cm2，硬度290HB。
Claims (4)
1.一种高硬度的合金钢锤头材料，其特征在于：其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳1.2-1.5、硅1.3-1.6、锰8.2-9.5、铬3.7-4.1、钼0.7-0.9、钒0.3-0.5、钛0.6-0.8、硼1.0-1.2、钆0.18-0.23、Nb0.08-0.12、Sc0.04-0.06、S≤0.05、P≤0.05、余量为铁。
2.根据权利要求1所述的高硬度的合金钢锤头材料的生产方法，其特征在于：
（1）、准备生铁与废铁按1：1-2比例作为铁基质来源，将生铁加入投入炉中熔化，进行脱硫、脱氧、采用精炼剂一次精炼、添加合金成分进行合金化，再加入废铁熔化、加入精炼剂二次精炼、检测并调整化学元素成分含量至合格、浇铸、铸后热处理等；
（2）、合金化过程中向炉内投入合金元素的批次顺序为：（1）硅、钒、铬；（2）锰、硼、Nb；（3）其他剩余成分；各批次投入元素的时间间隔为24-27分钟，投料后搅拌均匀。
3.根据权利要求2所述的高硬度的合金钢锤头材料的生产方法，其特征在于：所述的铸后热处理是：先由室温以210-220℃/小时速率升温至500-510℃，保温60-70分钟，再以210-220℃/小时速率升温至700-710℃，再以180-190℃/小时速率降温至600-610℃，再以210-220℃/小时速率升温至940-950℃，保温3-4小时；再以180-190℃/小时速率降温至600-610℃，保温50-60分钟，再以180-190℃/小时速率降温至490-500℃，保温50-60分钟；再以180-190℃/小时速率降温至220-230℃，保温2-3小时；再以210-220℃/小时速率升温至330-350℃，再以170-180℃/小时速率降温至220-230℃，再以210-220℃/小时速率升温至530-550℃，保温2-3小时，取出空冷即得。
4.根据权利要求2所述的高硬度的合金钢锤头材料的生产方法，其特征在于：所述的精炼剂由下列重量份的原料制成：工具钢粉30-40、硫酸钠2-3、硫酸铝钾1-2、二氧化硅3-4、BaCO3 2-3、蛭石粉1-2、偏硅酸钠1-2、沉淀法白炭黑3-4、玉石粉3-4、蒙脱石1-2；制备方法是将各原料混合，加热至熔融状态，然后，浇注入纯净水中激冷，再粉碎成100-200目粉末；将所得粉末加入相当于粉末重量2-3%的硅烷偶联剂KH-550、1-2%的纳米碳粉，混合均匀后，在8-15Mpa下压制成坯，然后，在900-950℃下煅烧3-4小时，冷却后，再粉碎成150-250目粉末，即得。
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| WO2000043555A1 (en) * | 1999-01-19 | 2000-07-27 | Magotteaux International S.A. | Process of the production of high-carbon cast steels intended for wearing parts |
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