CN112226671A - 一种水泵铸件用耐磨耐腐合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水泵铸件用耐磨耐腐合金及其制备方法，其各组分重量百分比为：C：2.25‑2.35％，Si≤1％，Mn：0.5‑2％，P≤0.2％，S≤0.15％，Cr＝35‑37％，Mo：1.8‑2.2％，Cu：2‑3.75％，其余量为Fe。发明通过在原材料中加入铜元素，防止内部的合金金属材料继续被氧化掉，提高合金金属材料的耐磨性能以及使得合金金属材料具有优异的耐腐蚀性能，改善硬质相在基体中的分布形态，进一步提高了合金的防腐性能，能够耐PH＜2硫酸腐蚀(在PH＝1的硫酸溶液中年腐蚀率＜5％)。

Description

一种水泵铸件用耐磨耐腐合金及其制备方法
技术领域：
本发明涉及合金金属材料领域，具体涉及一种水泵铸件用耐磨耐腐合金及其制备方法。
背景技术：
合金是由两种或两种以上的金属与金属或非金属经一定方法所合成的具有金属特性的物质，一般通过熔合成均匀液体和凝固而得，根据组成元素的数目，可分为二元合金、三元合金和多元合。合金是宏观均匀，含有金属元素的多元化学物质，一般具有金属特性，任何元素均可采用作合金元素，但大量加入的仍是金属。固态下，合金可能呈单相亦可能呈复相的混合物，可能呈晶态、亦可能呈现准晶状态或非晶状态。
污水泵属于离心杂质泵的一种，具有多种形式：如潜水式和干式二种，目前最常用的潜水式为QW型潜水污水泵，最常见的干式污水泵如W型卧式污水泵和WL型立式污水泵二种。主要用于输送城市污水。污水泵主要面临磨损和腐蚀的困扰，造成这一现象的原因很多有物理化学和机械方面的，合金金属材料的评价指标之一的耐磨性是指材料抵抗机械磨损的能力，在一定荷重的磨速条件下，单位面积在单位时间的磨耗，用试样的磨损量来表示，它等于试样磨前质量与磨后质量之差除以受磨面积，以材料在规定摩擦条件下的磨损率或磨损度的倒数来表示，故亟需一种耐磨耐腐合金金属材料。
发明内容：
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种水泵铸件用耐磨耐腐合金及其制备方法。
本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：一种水泵铸件用耐磨耐腐合金及其制备方法，其各组分重量百分比为：C：2.25-2.35％，Si≤1％，Mn：0.5-2％，P≤0.2％，S≤0.15％，Cr＝35-37％，Mo：1.8-2.2％，Cu：2-3.75％，其余量为Fe。
优选的，所述C的含量为2.31-2.32wt％。
优选的，所述Mn的含量为0.87-1.62wt％，所述Cr的含量为35-36wt％。
优选的，所述Mo的含量为1.9-2.1wt％，所述Cu的含量为2.56-3.45wt％。
一种水泵铸件用耐磨耐腐合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)将锰铁、废钢、铬铁、钼铁、硅铁、铜块以及硼铁用清水清洗干净，按上述质量百分比要求进行称重配料，并分类放置；
(2)将上述称重后的锰铁、废钢、铬铁、钼铁、硅铁、以及硼铁放入熔炉中加热熔炼，在熔炼结束前一个小时加入铜块，等待上述原料全部熔成液体时进行等温处理，然后铝条进行预脱氧，接着加入脱硫剂进行脱硫处理；
(3)接着继续加入铝条进行完全脱氧处理，然后出炉；
(4)在出炉后的铁液中加入变质剂，再将钛铁、稀土镁硅合金和稀土硅铁合金预置在浇包包底，然后将铁液浇入浇包，采用砂模或铁模浇铸成形，冷却至室温；
(5)对冷却好的铸件进行打磨喷砂，并进行热处理。
优选的，熔炼温度为1900～2100℃，等温处理温度为1900℃，等温处理时间为10～15min。
优选的，所述质变剂由铝、铜锌合金和稀土合金混合而成。
优选的，所述热处理过程为将铸件在950℃～1020℃下保温2～5h，出炉风冷，且于150℃停止风冷，然后将铸件加热至250～420℃，保温时间为3～6h，冷却方式是空冷。
优选的，将热处理完成后的铸件放入真空热处理炉加热，真空热处理炉加热温度为800-900℃，真空热处理炉的压强在0.1-0.13Pa，保温时间为4-8h，随后通入100-300mmHg氮气并保温，氮气与合金金属材料表面形成高硬度的氮化物，然后将合金金属材料出炉冷却。
本发明的有益效果：
与现有技术相比，本发明通过在原材料中加入铜元素，防止内部的合金金属材料继续被氧化掉，提高合金金属材料的耐磨性能以及使得合金金属材料具有优异的耐腐蚀性能，改善硬质相在基体中的分布形态，进一步提高了合金的防腐性能，能够耐PH＜2硫酸腐蚀(在PH＝1的硫酸溶液中年腐蚀率＜5％)。
与现有技术相比，本发明通过在制备过程中对合金金属材料进行淬火以及渗氮处理的操作，大幅提高合金金属材料的刚性、硬度、耐磨性以及疲劳强度，并且氮气与合金金属材料表面形成的高硬度的氮化物进一步提高耐磨性能。
与现有技术相比，本发明的水泵铸件用耐磨耐腐合金，其通过调整合金元素的含量，进一步与热处理制度相配合，进一步提高了耐磨合金钢的硬度与抗冲击韧性，可用于水泵等产品，且提高了上述产品的使用寿命。
与现有技术相比，本发明合金铸件制备工艺成本较低；且变质处理技术成本比较低，变质处理方法较为简单，适合推广。
具体实施方式：
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面进一步阐述本发明。
需要说明的是，当元件被成称为“固定于”另一个元件，它可以是另一个元件上或者也可以是存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”“右”以及类似的表达只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
实施例1
本发明提供一种水泵铸件用耐磨耐腐合金及其制备方法，其各组分重量百分比为：C：2.25-2.35％，Si≤1％，Mn：0.5-2％，P≤0.2％，S≤0.15％，Cr＝35-37％，Mo：1.8-2.2％，Cu：2-3.75％，其余量为Fe。
所述C的含量为2.31wt％。
所述Mn的含量为0.87wt％，所述Cr的含量为35wt％。
所述Mo的含量为1.9wt％，所述Cu的含量为2.56wt％。
一项所述的水泵铸件用耐磨耐腐合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)将锰铁、废钢、铬铁、钼铁、硅铁、铜块以及硼铁用清水清洗干净，按上述质量百分比要求进行称重配料，并分类放置；
(2)将上述称重后的锰铁、废钢、铬铁、钼铁、硅铁、以及硼铁放入熔炉中加热熔炼，在熔炼结束前一个小时加入铜块，等待上述原料全部熔成液体时进行等温处理，然后铝条进行预脱氧，接着加入脱硫剂进行脱硫处理；
(3)接着继续加入铝条进行完全脱氧处理，然后出炉；
(4)在出炉后的铁液中加入变质剂，再将钛铁、稀土镁硅合金和稀土硅铁合金预置在浇包包底，然后将铁液浇入浇包，采用砂模或铁模浇铸成形，冷却至室温；
(5)对冷却好的铸件进行打磨喷砂，并进行热处理。
熔炼温度为1900～2100℃，等温处理温度为1900℃，等温处理时间为10～15min。
所述质变剂由铝、铜锌合金和稀土合金混合而成。
所述热处理过程为将铸件在950℃～1020℃下保温2～5h，出炉风冷，且于150℃停止风冷，然后将铸件加热至250～420℃，保温时间为3～6h，冷却方式是空冷。
将热处理完成后的铸件放入真空热处理炉加热，真空热处理炉加热温度为800-900℃，真空热处理炉的压强在0.1-0.13Pa，保温时间为4-8h，随后通入100-300mmHg氮气并保温，氮气与合金金属材料表面形成高硬度的氮化物，然后将合金金属材料出炉冷却。
实施例2
本发明提供一种水泵铸件用耐磨耐腐合金及其制备方法，其各组分重量百分比为：C：2.25-2.35％，Si≤1％，Mn：0.5-2％，P≤0.2％，S≤0.15％，Cr＝35-37％，Mo：1.8-2.2％，Cu：2-3.75％，其余量为Fe。
所述C的含量为2.32wt％。
所述Mn的含量为1.62wt％，所述Cr的含量为36wt％。
所述Mo的含量为2.1wt％，所述Cu的含量为3.45wt％。
一项所述的水泵铸件用耐磨耐腐合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)将锰铁、废钢、铬铁、钼铁、硅铁、铜块以及硼铁用清水清洗干净，按上述质量百分比要求进行称重配料，并分类放置；
(2)将上述称重后的锰铁、废钢、铬铁、钼铁、硅铁、以及硼铁放入熔炉中加热熔炼，在熔炼结束前一个小时加入铜块，等待上述原料全部熔成液体时进行等温处理，然后铝条进行预脱氧，接着加入脱硫剂进行脱硫处理；
(3)接着继续加入铝条进行完全脱氧处理，然后出炉；
(4)在出炉后的铁液中加入变质剂，再将钛铁、稀土镁硅合金和稀土硅铁合金预置在浇包包底，然后将铁液浇入浇包，采用砂模或铁模浇铸成形，冷却至室温；
(5)对冷却好的铸件进行打磨喷砂，并进行热处理。
熔炼温度为1900～2100℃，等温处理温度为1900℃，等温处理时间为10～15min。
所述质变剂由铝、铜锌合金和稀土合金混合而成。
所述热处理过程为将铸件在950℃～1020℃下保温2～5h，出炉风冷，且于150℃停止风冷，然后将铸件加热至250～420℃，保温时间为3～6h，冷却方式是空冷。
将热处理完成后的铸件放入真空热处理炉加热，真空热处理炉加热温度为800-900℃，真空热处理炉的压强在0.1-0.13Pa，保温时间为4-8h，随后通入100-300mmHg氮气并保温，氮气与合金金属材料表面形成高硬度的氮化物，然后将合金金属材料出炉冷却。
实施例3
本发明提供一种水泵铸件用耐磨耐腐合金及其制备方法，其各组分重量百分比为：C：2.25-2.35％，Si≤1％，Mn：0.5-2％，P≤0.2％，S≤0.15％，Cr＝35-37％，Mo：1.8-2.2％，Cu：2-3.75％，其余量为Fe。
所述C的含量为2.315wt％。
所述Mn的含量为1.21wt％，所述Cr的含量为35.5wt％。
所述Mo的含量为2.0wt％，所述Cu的含量为2.97wt％。
一项所述的水泵铸件用耐磨耐腐合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)将锰铁、废钢、铬铁、钼铁、硅铁、铜块以及硼铁用清水清洗干净，按上述质量百分比要求进行称重配料，并分类放置；
(2)将上述称重后的锰铁、废钢、铬铁、钼铁、硅铁、以及硼铁放入熔炉中加热熔炼，在熔炼结束前一个小时加入铜块，等待上述原料全部熔成液体时进行等温处理，然后铝条进行预脱氧，接着加入脱硫剂进行脱硫处理；
(3)接着继续加入铝条进行完全脱氧处理，然后出炉；
(4)在出炉后的铁液中加入变质剂，再将钛铁、稀土镁硅合金和稀土硅铁合金预置在浇包包底，然后将铁液浇入浇包，采用砂模或铁模浇铸成形，冷却至室温；
(5)对冷却好的铸件进行打磨喷砂，并进行热处理。
熔炼温度为1900～2100℃，等温处理温度为1900℃，等温处理时间为10～15min。
所述质变剂由铝、铜锌合金和稀土合金混合而成。
所述热处理过程为将铸件在950℃～1020℃下保温2～5h，出炉风冷，且于150℃停止风冷，然后将铸件加热至250～420℃，保温时间为3～6h，冷却方式是空冷。
将热处理完成后的铸件放入真空热处理炉加热，真空热处理炉加热温度为800-900℃，真空热处理炉的压强在0.1-0.13Pa，保温时间为4-8h，随后通入100-300mmHg氮气并保温，氮气与合金金属材料表面形成高硬度的氮化物，然后将合金金属材料出炉冷却。
试验例
分别取上述实施例1-3所制得60件耐磨合金金属材料式样，每20个分为一组，将金刚石圆锥压头与试样表面接触，在无冲击和振动的情况下施加试验力，初试验力保持2秒，然后在1-8s的时间内，从初试验力增加到总试验力，并保持4s，然后卸除主试验力，保持初试验力，经过短暂稳定后，测量在初试验力下的残余压痕深度h，根据h值及常数N和S计算洛氏硬度，洛氏硬度＝N-h/S，使用ML-10型磨料磨损试验机对式样进行耐磨性测试，通过化学浸泡试验测试式样的耐腐蚀性，测试生活中最常见的铜合金进行硬度、耐磨性以及耐腐蚀性测试作为对照组，得到以下数据：
Figure BDA0002709162470000071
由上表可知，实施例2中原料配合比例适中，合金金属材料的硬度以及耐磨性大幅度提高，同时兼备优异的耐腐蚀性能，使得由该耐磨合金金属材料制造的水泵能够适应高强度、恶劣环境，有利于延长使用寿命。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种水泵铸件用耐磨耐腐合金及其制备方法，其特征在于：其各组分重量百分比为：C：2.25-2.35％，Si≤1％，Mn：0.5-2％，P≤0.2％，S≤0.15％，Cr＝35-37％，Mo：1.8-2.2％，Cu：2-3.75％，其余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的一种水泵铸件用耐磨耐腐合金及其制备方法，其特征在于：所述C的含量为2.31-2.32wt％。
3.根据权利要求1所述的一种水泵铸件用耐磨耐腐合金及其制备方法，其特征在于：所述Mn的含量为0.87-1.62wt％，所述Cr的含量为35-36wt％。
4.根据权利要求1所述的一种水泵铸件用耐磨耐腐合金及其制备方法，其特征在于：所述Mo的含量为1.9-2.1wt％，所述Cu的含量为2.56-3.45wt％。
5.根据权利要求1～4任一项所述的水泵铸件用耐磨耐腐合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)将锰铁、废钢、铬铁、钼铁、硅铁、铜块以及硼铁用清水清洗干净，按上述质量百分比要求进行称重配料，并分类放置；
(2)将上述称重后的锰铁、废钢、铬铁、钼铁、硅铁、以及硼铁放入熔炉中加热熔炼，在熔炼结束前一个小时加入铜块，等待上述原料全部熔成液体时进行等温处理，然后铝条进行预脱氧，接着加入脱硫剂进行脱硫处理；
(3)接着继续加入铝条进行完全脱氧处理，然后出炉；
(4)在出炉后的铁液中加入变质剂，再将钛铁、稀土镁硅合金和稀土硅铁合金预置在浇包包底，然后将铁液浇入浇包，采用砂模或铁模浇铸成形，冷却至室温；
(5)对冷却好的铸件进行打磨喷砂，并进行热处理。
6.根据权利要求5所述的水泵铸件用耐磨耐腐合金的制备方法，其特征在于，熔炼温度为1900～2100℃，等温处理温度为1900℃，等温处理时间为10～15min。
7.根据权利要求5所述的水泵铸件用耐磨耐腐合金的制备方法，其特征在于，所述质变剂由铝、铜锌合金和稀土合金混合而成。
8.根据权利要求5所述的水泵铸件用耐磨耐腐合金的制备方法，其特征在于，所述热处理过程为将铸件在950℃～1020℃下保温2～5h，出炉风冷，且于150℃停止风冷，然后将铸件加热至250～420℃，保温时间为3～6h，冷却方式是空冷。
9.根据权利要求5所述的水泵铸件用耐磨耐腐合金的制备方法，其特征在于，将热处理完成后的铸件放入真空热处理炉加热，真空热处理炉加热温度为800-900℃，真空热处理炉的压强在0.1-0.13Pa，保温时间为4-8h，随后通入100-300mmHg氮气并保温，氮气与合金金属材料表面形成高硬度的氮化物，然后将合金金属材料出炉冷却。
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《钢铁》编写组: "《钢铁》", 31 March 1976, 上海人民出版社 *
无: "《热处理化学 下》", 31 May 1977, 无 *

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