CN104087811A - 一种耐磨套及其制备和热处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种本发明提供的一种耐磨套及其制备和热处理工艺，该耐磨套由高铬合金铸造而成，高铬合金的合金元素成分按照质量百分比为：Cr：23-26%、C：2.9-3.4%、Si：0.6-0.9%、Cu：0.5-0.6%、Mn：0.6-1.8%、Mo：0.35-0.45%、B：≤0.10%、S：≤0.06和P：≤0.06，余量为Fe。由于Cr的添加，加强了耐磨套的耐磨性和硬度；另外，由于Cu的含量都比较低，特别是Mo含量的大幅度减少，降低了耐磨套的成本；这样就使得该耐磨套具有比较好的耐磨性和综合力学性能，而且成本比较低，有利于耐磨套的推广和应用。

Description

一种耐磨套及其制备和热处理工艺

技术领域

本发明涉及耐磨材料领域，尤其涉及一种耐磨套及其制备和热处理工艺。

背景技术

轴承是当代机械设备中一种举足轻重的零部件，是在机械传动过程中起固定和减小载荷摩擦系数的部件，它的主要功能是支撑机械旋转体，再就是减小机械载荷摩擦系数。在实际工作中，轴承要承受长时间的摩擦，这就要求轴承具备良好的耐磨性；另外，由于轴承还需要承受较大的支撑力，因此也要求轴承具备高的硬度和韧性。但是现有的轴承，有的具有较高的耐磨性和硬度，但是韧性较低，容易产生裂纹；有的耐磨性不高，容易磨损；有的虽然有较好的耐磨性与综合力学性能，但是价格比较高，不利于推广应用。

因此，如何开发一种耐磨性和综合力学性能都比较好，成本较低的轴承是本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

为了解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出了一种耐磨套及其制备和热处理工艺，该轴承不仅具有比较好的耐磨性和综合力学性能，而且成本比较低，有利于耐磨套的推广和应用。

一方面，本发明提出一种耐磨套，由高铬合金铸造而成，所述高铬合金的合金元素成分按照质量百分比为：Cr：23-26%、C：2.9-3.4%、Si：0.6-0.9%、Cu：0.5-0.6%、Mn：0.6-1.8%、Mo：0.35-0.45%、B：≤0.10%、S：≤0.06和P：≤0.06，余量为Fe。

进一步地，所述高铬合金的合金元素成分按照质量百分比优选为：Cr：23.81-25.15%、C：2.95-3.23%、Si：0.68-0.9%、Cu：0.51-0.55%、Mn：0.85-1.2%、Mo：0.39-0.45%、S：≤0.06和P：≤0.06，余量为Fe。

另一方面，本发明还提供了一种耐磨套制备方法，其特征在于，包括以下步骤:

步骤一，将称量好的普通钢料、低硅高碳铬铁、高碳锰铁、钼铁和紫铜在中频感应电炉中熔化，出炉时再加入稀土硅和硼铁，搅拌均匀；

步骤二，将熔化的合金液倒入浇包；

步骤三，将浇包中的合金液浇入模具；

步骤四，待冷却后去模，并进行热处理；

步骤五，将热处理后的耐磨套进行去污和切削加工。

又一方面，本发明还提供了一种耐磨套热处理工艺，包括以下步骤：

步骤一，退火：将耐磨套放进保温炉，400℃保温1小时，加热至800℃保温1小时，再加热至1050℃保温3小时，然后依次降温至920℃、880℃、840℃、760℃、720℃各保温1小时，再降温至650℃保温2小时，再降温至480℃保温1小时，然后随炉冷却；

步骤二，淬火：将退火后的耐磨套分别在200℃、400℃、600℃和800℃温度下分别保温2小时，然后在1050℃下保温3小时，然后取出耐磨套油淬火；

步骤三、回火：首先将耐磨套在450℃温度下保温4小时，出炉空冷；然后再将耐磨套在450℃温度下保温5小时，随后出炉空冷。

本发明提供的一种耐磨套，由于Cr的添加，基体中会形成高硬度的（Cr，Fe）₇C₃和（Cr，Fe）₂₃C₆化合物，而且Cr的含量小于30%，因此利于基体中残余奥氏体含量的减小，增加了马氏体的含量，加强了耐磨套的耐磨性和硬度；另外，由于Cu的含量都比较低，特别是Mo含量的大幅度减少，降低了耐磨套的成本；另外，由于Cu和Si的添加，不仅减小了残余奥氏体的含量，还降低了晶界偏析引起的脆性，还可以防止其它元素氧化引起的脆性；这样就使得该耐磨套具有比较好的耐磨性和综合力学性能，而且成本比较低，有利于耐磨套的推广和应用。

具体实施方式

按照本发明的合金成分，制成耐磨套，其具体合金成分按照质量分数的比例为：

	C	Cr	Si	Mo	Cu	Mn	B	S	P	Fe	磨损量/g
												1#	3.15	26.00	0.78	0.42	0.51	0.60	0.04	≤0.06	≤0.06	余量	0.2022
2	2.90	24.10	0.85	0.41	0.52	0.82	0.06	≤0.06	≤0.06	余量	0.3223
												3	2.95	24.60	0.90	0.39	0.60	0.85	0.07	≤0.06	≤0.06	余量	0.3018
4	3.00	23.81	0.75	0.42	0.51	0.75	0.06	≤0.06	≤0.06	余量	0.3654
												5	3.20	23.00	0.80	0.43	0.50	0.80	0.07	≤0.06	≤0.06	余量	0.4568
6	3.00	24.10	0.68	0.35	0.52	1.20	0.09	≤0.06	≤0.06	余量	0.3812
												7	3.20	25.15	0.83	0.43	0.53	0.78	0.06	≤0.06	≤0.06	余量	0.2655
8	3.15	24.85	0.60	0.40	0.51	1.80	0.10	≤0.06	≤0.06	余量	0.3134
												9	3.23	23.85	0.78	0.45	0.52	0.95	0.08	≤0.06	≤0.06	余量	0.2411
10	3.40	24.56	0.82	0.45	0.55	0.68	0.05	≤0.06	≤0.06	余量	0.2310
												11	3.15	25.00	0.78	0.42	0.51	0.85	0.08	≤0.06	≤0.06	余量	0.2875

按照上表中各合金元素的质量分数比例，将称量好的普通钢料、低硅高碳铬铁、高碳锰铁、钼铁和紫铜在中频感应电炉中熔化，出炉时再加入稀土硅和硼铁，搅拌均匀，然后将熔化的合金液倒入浇包，再将浇包中的合金液浇入模具，待冷却后去模，并进行热处理，将热处理后的耐磨套进行去污和切削加工，或者先进行去污和切削加工，再进行热处理。需要说明的是，在出炉的时候再加入稀土硅和硼铁，提高成核核心，有利于抗氧化和减小晶粒的大小，有利于耐磨套耐磨性和综合力学性能的提高。

另外，将以上各成分的合金材料进行力学性能和耐磨性能检测，耐磨性检测是在湿砂磨粒磨损试验机上进行的，磨粒的硅砂粒度为20-40目，浆料采用1千克水+1.5千克沙子，浆料不重复使用，载荷为100N，转速为240转/分，磨损转数为3000转。

经检测可知，上面各成分的耐磨套的硬度都比较高，最低的也达到了洛氏硬度63.5，最高的硬度达到了67.3，虽然硬度比较高，由于Cu和B的添加，使得晶界得到净化，而且耐磨相分布比较均匀，因此使得综合力学性能比较突出。从耐磨试验中也可以看出，耐磨套的耐磨性都比较高，与普通钢铁材料，耐磨性几乎提高了二倍。在验证耐磨套的韧性的实验中，将耐磨套从不低于1米的高度落下，耐磨套不会出现裂纹，而现有的高耐磨性的耐磨套摔下后，会出现很多微小裂纹，影响其使用性能。

另外，本发明中的耐磨套，减小了昂贵的Mo的添加量，用价格比较低的Mn来弥补Mo减小带来的性能下降；另外，价格也比较贵的Cu的含量也有所减小，这也取决于Cr含量的适当减小，因此Cu随着Cr的含量的减小而减小，这样就使得价格比较昂贵的Mo和Cu的添加量减少，降低了耐磨套的成本，利于推广应用。

耐磨套中添加的各元素的作用为：

C：其含量影响耐磨套的硬度和耐磨性，含量太高会影响耐磨套的韧性，因此本发明的C含量选择在2.9-3.4%；

Cr：Cr在基体中会形成高硬度的碳化物，碳化物越多，硬度越高，耐磨性也越高，但是韧性会下降比较多，因此耐磨套的综合力学性能取决于碳化物的含量以及碳化物的分布状态，本发明Cr含量范围选择在23-26%；

Mo：有效提高淬透性，部分固溶于基体，加强基体的强度，由于价格昂贵，因此本发明Mo的含量范围选择在0.35-0.45%；

Cu：净化晶界，防止其余元素氧化，减小了碳化物在晶界的偏析趋势，但是铜的价格也比较贵，因此本发明Cu的含量范围选择在0.5-0.6%；

Mn：也能提高淬透性，但是有比较强的稳定奥氏体的作用，因此既要弥补Mo减小带来的不足，又要防止基体中残余奥氏体过多，因此Mn含量范围选择在0.6-1.8%；

B：硼的添加，弥补了Cu减小带来的不足，而且还能有效降低残余奥氏体的含量，提高耐磨套的综合力学性能，因此B的含量选择在≤0.1%；

P和S是有害元素，容易引起耐磨套脆性，其含量要控制在0.06%以下。

除了合金元素影响耐磨套的耐磨性和综合力学性能，热处理也非常重要，它可以弥补合金元素改变带来的性能下降，合理的热处理控制好碳化物以及马氏体、固溶物的弥散分布，控制好晶粒的大小，提高耐磨套的耐磨性和综合力学性能，因此本发明耐磨套选择的热处理工艺为：

步骤一，退火：将耐磨套放进保温炉，400℃保温1小时，加热至800℃保温1小时，再加热至1050℃保温3小时，然后依次降温至920℃、880℃、840℃、760℃、720℃各保温1小时，再降温至650℃保温2小时，再降温至480℃保温1小时，然后随炉冷却；

步骤二，淬火：将退火后的耐磨套分别在200℃、400℃、600℃和800℃温度下分别保温2小时，然后在1050℃下保温3小时，然后取出耐磨套油淬火；

步骤三、回火：首先将耐磨套在450℃温度下保温4小时，出炉空冷；然后再将耐磨套在450℃温度下保温5小时，随后出炉空冷。

本发明中的热处理工艺，多阶段多温度区间的保温，有利于马氏体基体的形成，尽量减小残余奥氏体的含量，同时使得晶粒大小均匀，减小了合金元素的偏析，增加了耐磨套的综合力学性能；另外，多阶段多温度区间的保温处理，有利于高硬度化合物的弥散分布，在加强耐磨性的同时，还提高了综合力学性能。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种耐磨套，其特征在于，由高铬合金铸造而成，所述高铬合金的合金元素成分按照质量百分比为：Cr：23-26%、C：2.9-3.4%、Si：0.6-0.9%、Cu：0.5-0.6%、Mn：0.6-1.8%、Mo：0.35-0.45%、、B：≤0.10%、S：≤0.06和P：≤0.06，余量为Fe。

2.根据权利要求1所述的耐磨套，其特征在于，所述高铬合金的合金元素成分按照质量百分比优选为：Cr：23.81-25.15%、C：2.95-3.23%、Si：0.68-0.9%、Cu：0.51-0.55%、Mn：0.85-1.2%、Mo：0.39-0.45%、S：≤0.06和P：≤0.06，余量为Fe。

3.一种耐磨套制备方法，其特征在于，包括以下步骤:

步骤一，将称量好的普通钢料、低硅高碳铬铁、高碳锰铁、钼铁和紫铜在中频感应电炉中熔化，出炉时再加入稀土硅和硼铁，搅拌均匀；

步骤二，将熔化的合金液倒入浇包；

步骤三，将浇包中的合金液浇入模具；

步骤四，待冷却后去模，并进行热处理；

步骤五，将热处理后的耐磨套进行去污和切削加工。

4.一种耐磨套热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，退火：将耐磨套放进保温炉，400℃保温1小时，加热至800℃保温1小时，再加热至1050℃保温3小时，然后依次降温至920℃、880℃、840℃、760℃、720℃各保温1小时，再降温至650℃保温2小时，再降温至480℃保温1小时，然后随炉冷却；

步骤二，淬火：将退火后的耐磨套分别在200℃、400℃、600℃和800℃温度下分别保温2小时，然后在1050℃下保温3小时，然后取出耐磨套油淬火；

步骤三、回火：首先将耐磨套在450℃温度下保温4小时，出炉空冷；然后再将耐磨套在450℃温度下保温5小时，随后出炉空冷。