CN108165882A - 一种耐磨耐高温合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种耐磨耐高温合金由以下质量百分比组成：碳0.7～1.35％，硅0.7～1.35％、锰0.4～0.9％、钼0.7～1.2％，钛0.3～0.7％，钒0.45～0.9％，铬3.0～4.7％，铝1.5～2.7％，镍：0.9～1.75％，硼0.2～0.5％，稀土元素0.81～2.10％、余量为铁和不可避免的杂质，本发明通过熔炼、浇注、淬火、回火等步骤，添加特定元素指定含量，大大提高了合金的耐磨性和耐高温性，解决了现有技术合金耐高温差及高温下耐磨性差的问题。
Description
技术领域
本发明涉及合金材料技术领域，具体说是一种耐磨耐高温合金及其制备方法。
背景技术
合金材料一直是新材料研究的一大热点，高新技术的发展离不开合金材料，随着科学的发展，材料在各个领域方面都有广泛的应用，不同领域需要的材料特性也不同。耐磨材料是新材料领域的核心，对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，在全球新材料研究领域中，耐磨材料占比达八成多，随着信息社会的到来，特种耐磨材料对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，是二十一世纪信息、生物、能源、环保、空间等高技术领域的关键材料，成为世界各国新材料领域研究发展的重点，也是世界各国高技术发展中战略竞争的热，金属间化合物高温材料是近期研究开发的一类有重要应用前景的、轻比重高温材料。目前合金的耐磨和耐高温性。目前很多种类的合金耐磨性和耐高温性能弱，本发明采用耐磨耐高温合金及其制备方法，解决了合金耐磨耐高温性能弱的问题。中国专利CN104131214公开了一种改进耐磨铸件配料工艺技术，经改进后的工艺制备得到的铸件其耐磨性能虽得以提高，但是铸件的耐高温性较差，还需进一步提高。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提出了一种具有耐磨耐高温的合金及其制备方法，为了提高合金的耐磨性和耐高温性，解决现有技术合金耐高温差及高温下耐磨性差的问题。
为了实现上述的目的，本发明采用以下的技术方案：
一种耐磨耐高温合金由以下质量百分比组成：碳0.7～1.35％、硅0.7～1.35％、锰0.4～0.9％、钼0.7～1.2％、钛0.3～0.7％、钒0.45～0.9％、铬3.0～4.7％、铝1.5～2.7％、镍0.9～1.75％、硼0.2～0.5％、磷≤0.02％、硫≤0.02％、稀土元素0.81～2.10％、余量为铁和不可避免的杂质。
优选的，耐磨耐高温合金由以下质量百分比组成：碳0.83～1.35％、硅：0.85～1.35％、锰0.6～0.9％、钼0.86～1.2％、钛0.5～0.7％、钒0.53～0.85％、铬2.84～4.15％、铝1.8～2.1％、镍0.76～1.39％、硼0.2～0.35％、磷≤0.02％、硫≤0.02％、稀土元素0.85～1.95％、余量为铁和不可避免的杂质。
优选的，耐磨耐高温合金制备方法步骤如下：
(1)取各金属原料送入中频感应电炉中升温至熔融，原料具体添加形式为废铁、碳化铁、硅铁、锰铁、钼铁、钛铁、钒铁、铬铁、铝铁、镍铁、稀土，熔融后保温0.5h，再控制温度在1260～1280℃，进行成分分析、调整；
(2)一定速率升温至1580～1600℃，保温1h后加入硼化铁进行一次变质；
(3)温度控制在1590～1610℃，加入除渣剂，起泡出渣、扒渣，然后加入孕育剂进行二次变质，保温30～35min；
(4)将钢液温度降低在1390～1410℃时浇注得到初产品；
(5)先将初产品升温至920～930℃，保温1.5～2h，进行一次淬火，空冷降温至室温后，升温至820～730℃保温1h，再升温至1020～1030℃进行二次淬火，保温2h后经淬火剂降温至室温，然后回火处理，10℃/min升温速率升至480～490℃，保温3.5h，水冷降温至室温，上述淬火剂质量百分数为：十二烷基苯磺酸钠20～25％、氢氧化钙5～10％、硝酸钠2～5％、多缩乙二醇、1.5～2.5％、聚丙烯酰胺5～8％、聚乙二醇余量。
优选的，稀土元素摩尔比为：镧、铈、铒比为1:0.35:0.87。
优选的，除渣剂包括：硅酸凝胶5～10％、氧化铝0.5～2.5％、硅酸15～25％、二氧化钛2～3％、珍珠岩余量。
优选的，所述步骤(2)中升温速率为5℃/min。
由于采用上述的技术方案，本发明的有益效果是：加入所述百分含量的钼与铬、镍结合生成了11/5CrNiMo化合物，有效的提高原子间结合力，晶界强化，大大提高钢的韧性，加入的钛不仅有效的细化铸造组织和焊缝组织，添加所述质量百分数的钛时，会夺取生成氮化铝所需的氮，形成氮化钛，抑制细小的氮化铝从合金中析出，改善合金在高温时的塑性。过多会降低马氏体转变温度，增加残余奥氏体的含量，引起硅淬火过程奥氏体晶粒粗化增大晶界析出物质的密度，会降低合金的塑性，锰含量过低，马氏体组织的条束状越加明显，合金力学性下降，本发明采用所述质量百分数的锰和钒含量，过量的锰会渗入合金中钒表面内部存在的晶间组织中，避免合金塑性的降低，所述元素质量百分含量之间结合、协同作用，有效的提高了合金的耐磨性和耐高温性。本发明通过合理的原料选取配比以及工艺改进，显著提高了合金铸件的综合性能，制得的合金铸件耐高温范围可达925～940℃，耐磨性到达2.09g/cm，抗拉强度最高可达1285MPa，最高硬度可到HRC65。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种耐磨耐高温合金由以下质量百分比组成：碳1.35％、硅0.87％、锰0.6％、钼1.2％、钛0.7％、钒0.85％、铬3.95％、铝1.85％，镍0.96％、硼0.2％、P：≤0.02％、S：≤0.02％、稀土元素0.85％、余量为铁和不可避免的杂质。
耐磨耐高温合金制备方法，其制备步骤如下：
(1)取各金属原料送入中频感应电炉中升温至熔融，原料具体添加形式为废铁、碳化铁、硅铁、锰铁、钼铁、钛铁、钒铁、铬铁、铝铁、镍铁、稀土，熔融后保温0.5h，再控制温度为1280℃，进行成分分析、调整；
(2)一定速率升温至1580℃，保温1h后加入硼化铁进行一次变质；
(3)温度控制在1595℃，加入除渣剂，起泡出渣、扒渣，然后加入孕育剂进行二次变质，保温35min；
(4)将钢液温度降低在1410℃时浇注得到初产品；
(5)先将初产品升温至922℃，保温1.5h，进行一次淬火，空冷降温至室温后，升温至810℃保温1h，再升温至1030℃进行二次淬火，保温2h后经淬火剂降温至室温，然后回火处理，10℃/min升温速率升至490℃，保温3.5h，水冷降温至室温，上述淬火剂质量百分数为：十二烷基苯磺酸钠20％，氢氧化钙10％，硝酸钠2％，多缩乙二醇1.5％、聚丙烯酰胺6％、聚乙二醇余量。
优选的，稀土元素摩尔比为：镧、铈、铒比为1:0.35:0.87。
优选的，除渣剂包括：硅酸凝胶10％、氧化铝0.5％、珍珠岩余量、硅酸23％、二氧化钛2％。
优选的，所述步骤(2)中升温速率为5℃/min，即可。
实施例2：
一种耐磨耐高温合金由以下质量百分比组成：碳1.25％、硅0.85％、锰0.7％、钼0.95％，钛0.6％、钒0.65％、铬3.75％、铝1.9％、镍0.76％、硼0.35％、P：≤0.02％、S：≤0.02％、稀土元素1.05％、余量为铁和不可避免的杂质。
耐磨耐高温合金制备方法，其制备步骤如下：
(1)取各金属原料送入中频感应电炉中升温至熔融，原料具体添加形式为废铁、碳化铁、硅铁、锰铁、钼铁、钛铁、钒铁、铬铁、铝铁、镍铁、稀土，熔融后保温0.5h，再控制温度为1265℃，进行成分分析、调整；
(2)一定速率升温至1597℃，保温1h后加入硼化铁进行一次变质；
(3)温度控制在1602℃，加入除渣剂，起泡出渣、扒渣，然后加入孕育剂进行二次变质，保温34min；
(4)将钢液温度降低在1405℃时浇注得到初产品；
(5)先将初产品升温至924℃，保温1.6h，进行一次淬火，空冷降温至室温后，升温至730℃保温1h，再升温至1025℃进行二次淬火，保温2h后经淬火剂降温至室温，然后回火处理，10℃/min升温速率升至485℃，保温3.5h，水冷降温至室温，上述淬火剂质量百分数为：十二烷基苯磺酸钠24％，氢氧化钙7％，硝酸钠3％，多缩乙二醇1.7％、聚丙烯酰胺5％、聚乙二醇余量。
优选的，稀土元素摩尔比为：镧、铈、铒比为1:0.35:0.87。
优选的，除渣剂包括：硅酸凝胶7％、氧化铝2.5％、硅酸15％、二氧化钛2.3％、珍珠岩余量。
优选的，所述步骤(2)中升温速率为5℃/min，即可。
实施例3：
一种耐磨耐高温合金由以下质量百分比组成：硅1.35％、锰0.9％、钼0.86％、钛0.5％、钒0.53％、碳1.15％、铬3.25％、铝1.95％、镍1.39％、硼0.3％、P：≤0.02％、S：≤0.02％、稀土元素1.95％、余量为铁和不可避免的杂质。
耐磨耐高温合金制备方法，其制备步骤如下：
(1)取各金属原料送入中频感应电炉中升温至熔融，原料具体添加形式为废铁、碳化铁、硅铁、锰铁、钼铁、钛铁、钒铁、铬铁、铝铁、镍铁、稀土，熔融后保温0.5h，再控制温度为1260℃，进行成分分析、调整；
(2)一定速率升温至1592℃，保温1h后加入硼化铁进行一次变质；
(3)温度控制在1590℃，加入除渣剂，起泡出渣、扒渣，然后加入孕育剂进行二次变质，保温33min；
(4)将钢液温度降低在1407℃时浇注得到初产品；
(5)先将初产品升温至920℃，保温2h，进行一次淬火，空冷降温至室温后，升温至790℃保温1h，再升温至1020℃进行二次淬火，保温2h后经淬火剂降温至室温，然后回火处理，10℃/min升温速率升至487℃，保温3.5h，水冷降温至室温，上述淬火剂质量百分数为：聚乙二醇65％、,十二烷基苯磺酸钠25％，氢氧化钙8％，硝酸钠5％，多缩乙二醇2.3％、聚丙烯酰胺6％。
优选的，稀土元素摩尔比为：镧、铈、铒比为1:0.35:0.87。。
优选的，除渣剂包括：硅酸凝胶5％、氧化铝0.9％、硅酸21％、二氧化钛2.5％、珍珠岩余量。
优选的，所述步骤(2)中升温速率为5℃/min，即可。
实施例4
一种耐磨耐高温合金由以下质量百分比组成：硅1.2％、锰0.65％、钼1.15％、钛0.65％、钒0.75％、碳0.83％、铬4.15％、铝2.0％、镍1.25％、硼0.25％、P：≤0.02％、S：≤0.02％、稀土元素1.55％、余量为铁和不可避免的杂质。
耐磨耐高温合金制备方法，其制备步骤如下：
(1)取各金属原料送入中频感应电炉中升温至熔融，原料具体添加形式为废铁、碳化铁、硅铁、锰铁、钼铁、钛铁、钒铁、铬铁、铝铁、镍铁、稀土，熔融后保温0.5h，再控制温度为1270℃，进行成分分析、调整；
(2)一定速率升温至1600℃，保温1h后加入硼化铁进行一次变质；
(3)温度控制在1600℃，加入除渣剂，起泡出渣、扒渣，然后加入孕育剂进行二次变质，保温30min；
(4)将钢液温度降低在1390℃时浇注得到初产品；
(5)先将初产品升温至928℃，保温1.7h，进行一次淬火，空冷降温至室温后，升温至820℃保温1h，再升温至1027℃进行二次淬火，保温2h后经淬火剂降温至室温，然后回火处理，10℃/min升温速率升至480℃，保温3.5h，水冷降温至室温，上述淬火剂质量百分数为：,十二烷基苯磺酸钠21％，氢氧化钙5％，硝酸钠4％，多缩乙二醇1.9％、聚丙烯酰胺8％、聚乙二醇余量。
优选的，稀土元素摩尔比为：镧、铈、铒比为1:0.35:0.87。
优选的，除渣剂包括：硅酸凝胶8％、氧化铝1.3％、硅酸25％、二氧化钛2.7％、珍珠岩余量。
优选的，所述步骤(2)中升温速率为5℃/min，即可。
实施例5
一种耐磨耐高温合金由以下质量百分比组成：硅1.05％、锰0.75％、钼1.05％、钛0.55％、钒0.8％、碳1.05％、铬2.94％、铝1.8％，镍1.15％、硼0.32％、P：≤0.02％、S：≤0.02％、稀土元素1.25％、余量为铁和不可避免的杂质。
耐磨耐高温合金制备方法，其制备步骤如下：
(1)取各金属原料送入中频感应电炉中升温至熔融，原料具体添加形式为废铁、碳化铁、硅铁、锰铁、钼铁、钛铁、钒铁、铬铁、铝铁、镍铁、稀土，熔融后保温0.5h，再控制温度为1275℃，进行成分分析、调整；
(2)一定速率升温至1585℃，保温1h后加入硼化铁进行一次变质；
(3)温度控制在1605℃，加入除渣剂，起泡出渣、扒渣，然后加入孕育剂进行二次变质，保温31min；
(4)将钢液温度降低在1395℃时浇注得到初产品；
(5)先将初产品升温至922℃，保温1.8h，进行一次淬火，空冷降温至室温后，升温至750℃保温1h，再升温至1023℃进行二次淬火，保温2h后经淬火剂降温至室温，然后回火处理，10℃/min升温速率升至483℃，保温3.5h，水冷降温至室温，上述淬火剂质量百分数为：十二烷基苯磺酸钠22％，氢氧化钙6％，硝酸钠3％，多缩乙二醇2.5％、聚丙烯酰胺5％、聚乙二醇余量。
优选的，稀土元素摩尔比为：镧、铈、铒比为1:0.35:0.87。
优选的，除渣剂包括：硅酸凝胶9％、氧化铝1.7％、硅酸19％、二氧化钛2％、珍珠岩余量。
优选的，所述步骤(2)中升温速率为5℃/min，即可。
实施例6
一种耐磨耐高温合金由以下质量百分比组成：硅0.95％、锰0.85％、钼0.98％、钛0.69％、钒0.6％、碳0.95％、铬2.84％、铝2.1％、镍1.05％、硼0.24％、P：≤0.02％、S：≤0.02％、稀土元素1.75％、余量为铁和不可避免的杂质。
耐磨耐高温合金制备方法，其制备步骤如下：
(1)取各金属原料送入中频感应电炉中升温至熔融，原料具体添加形式为废铁、碳化铁、硅铁、锰铁、钼铁、钛铁、钒铁、铬铁、铝铁、镍铁、稀土，熔融后保温0.5h，再控制温度为1268℃，进行成分分析、调整；
(2)一定速率升温至1590℃，保温1h后加入硼化铁进行一次变质；
(3)温度控制在1610℃，加入除渣剂，起泡出渣、扒渣，然后加入孕育剂进行二次变质，保温32min；
(4)将钢液温度降低在1400℃时浇注得到初产品；
(5)先将初产品升温至930℃，保温1.9h，进行一次淬火，空冷降温至室温后，升温至770℃保温1h，再升温至1030℃进行二次淬火，保温2h后经淬火剂降温至室温，然后回火处理，10℃/min升温速率升至480℃，保温3.5h，水冷降温至室温，上述淬火剂质量百分数为：十二烷基苯磺酸钠23％，氢氧化钙9％，硝酸钠5％，多缩乙二醇2.1％、聚丙烯酰胺7％、聚乙二醇余量。
优选的，稀土元素摩尔比为：镧、铈、铒比为1:0.35:0.87。
优选的，除渣剂包括：硅酸凝胶6％、氧化铝2.1％、硅酸7％、二氧化钛3％、珍珠岩余量。
优选的，所述步骤(2)中升温速率为5℃/min，即可。
通过本实施例1-6的方法，本发明实施例具有如下有益效果：本发明采用的合金组分有效的提高了合金整体的耐磨性和耐高温性。
结合实施例1-6如附表；
下表为：本发明制备合金的各项性能，包括耐高温范围、耐磨性、抗拉强度、冲击韧性及硬度的测量数据。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种耐磨耐高温的合金，其特征在于，所述耐磨耐高温合金由以下质量百分比组成：碳0.7～1.35％、硅0.7～1.35％、锰0.4～0.9％、钼0.7～1.2％，钛0.3～0.7％、钒0.45～0.9％、铬3.0～4.7％、铝1.5～2.7％、镍0.9～1.75％、硼0.2～0.5％、磷≤0.02％、硫≤0.02％、稀土元素0.81～2.10％、余量为铁和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的耐磨耐高温合金，其特征在于，所述耐磨耐高温合金由以下质量百分比组成：碳0.83～1.35％、硅：0.85～1.35％、锰0.6～0.9％、钼0.86～1.2％、钛0.5～0.7％、钒0.53～0.85％、铬2.84～4.15％、铝1.8～2.1％、镍0.76～1.39％、硼0.2～0.35％、磷≤0.02％、硫≤0.02％、稀土元素0.85～1.95％、余量为铁和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1或2所述的耐磨耐高温合金制备方法，其特征在于，制备步骤如下：
(1)取各金属原料送入中频感应电炉中升温至熔融，原料具体添加形式为废铁、碳化铁、硅铁、锰铁、钼铁、钛铁、钒铁、铬铁、铝铁、镍铁、稀土，熔融后保温0.5h，再控制温度为1260～1280℃，进行成分分析、调整；
(2)一定速率升温至1580～1600℃，保温1h后加入硼化铁进行一次变质；
(3)温度控制在1590～1610℃，加入除渣剂，起泡出渣、扒渣，然后加入孕育剂进行二次变质，保温30～35min；
(4)将钢液温度降低在1390～1410℃时浇注得到初产品；
(5)先将初产品升温至920～930℃，保温1.5～2h，进行一次淬火，空冷降温至室温后，升温至820～730℃保温1h，再升温至1020～1030℃进行二次淬火，保温2h后经淬火剂降温至室温，然后回火处理，10℃/min升温速率升至480～490℃，保温3.5h，水冷降温至室温，上述淬火剂质量百分数为：十二烷基苯磺酸钠20～25％、氢氧化钙5～10％、硝酸钠2～5％、多缩乙二醇、1.5～2.5％、聚丙烯酰胺5～8％、聚乙二醇余量。
4.根据权利要求3所述的耐磨耐高温合金，其特征在于，稀土元素摩尔比为：镧、铈、铒比为1:0.35:0.87。
5.根据权利要求3所述的耐磨耐高温合金，其特征在于，除渣剂包括：硅酸凝胶5～10％、氧化铝0.5～2.5％、硅酸15～25％、二氧化钛2～3％、珍珠岩余量。
6.根据权利要求3所述的耐磨耐高温合金，其特征在于：所述步骤(2)中升温速率为5℃/min。
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