CN113388777B - 一种耐磨铸钢件及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及耐磨铸钢件技术领域，具体为一种耐磨铸钢件及其制备工艺，包括铸钢件本体和覆盖材料，铸钢件本体的各组分及其重量百分比为：C0.33‑0.38％，Si0.18‑0.36％，Mn0.50‑0.80％，Cr≤0.3％，Ni≤0.3％，Cu≤0.25％，S≤0.035％，P≤0.035％，余量为Fe；覆盖材料的各组分及其重量百分比为：WC15‑20％，SiC12‑16％，Mo17‑20％，FeB20‑25％，Ni1‑3％，Cr2‑3％，添加剂2‑5％，粘结剂3‑4％，余量为Fe；本发明在铸钢件本体表面复合一层覆盖材料，高温的钢水不断的渗入WC和SiC的颗粒之间，WC和SiC的颗粒与金属基体结合，形成复合层，提高了基体的耐磨性和硬度；Mo和FeB经过高温烧结在金属基体表面形成覆盖层，复合层和覆盖层相互穿插，对金属基体表面形成较为连续的覆盖，进一步提高了钢铸件的硬度和耐磨性。

Description

一种耐磨铸钢件及其制备工艺
技术领域
本发明涉及耐磨铸钢件技术领域，具体涉及一种耐磨铸钢件及其制备工艺。
背景技术
耐磨合金材料广泛应用于电力、冶金、水泥、建材、化工等工业装备关键部件，承受磨料磨损，大部分还承受介质的冲击，如板锤、磨辊、锤头、衬板等，年需求量近400万吨，需求量巨大。工件间摩擦磨损是相对运动的工件失效的主要方式。在长期连续工作的场合，工件间摩擦产生的热量使工件摩擦表面温度升高，使其工作环境更加恶劣。在机械零部件磨损、断裂、腐蚀三种失效方式中，磨损失效占60％-80％，其经济损失约占国民生产总值的1％-4％。故而要求耐磨铸钢既要有高的耐磨性，同时要有高的强韧性。
现有技术中的铸钢件具有强度高、韧性好等优点，但其高温强度低、耐摩擦性差，为此，我们提出一种耐磨铸钢件及其制备工艺以解决上述问题。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供一种耐磨铸钢件及其制备工艺，以此来克服背景技术中提及的问题。
为实现以上目的，本发明的技术方案通过以下技术方案予以实现：一种耐磨铸钢件，包括铸钢件本体和覆盖材料，所述铸钢件本体的各组分及其重量百分比为：C 0.33-0.38％，Si 0.18-0.36％，Mn 0.50-0.80％，Cr≤0.3％，Ni≤0.3％，Cu≤0.25％，S≤0.035％，P≤0.035％，余量为Fe；所述覆盖材料的各组分及其重量百分比为：WC 15-20％，SiC 12-16％，Mo 17-20％，FeB 20-25％，Ni 1-3％，Cr 2-3％，添加剂2-5％，粘结剂3-4％，余量为Fe。
优选的，所述铸钢件本体的各组分及其重量百分比为：C 0.35％，Si 0.20％，Mn0.70％，Cr≤0.3％，Ni≤0.3％，Cu≤0.25％，S≤0.035％，P≤0.035％，余量为Fe；所述覆盖材料的各组分及其重量百分比为：WC 18％，SiC 15％，Mo 18％，FeB 22％，Ni 2％，Cr 2％，添加剂3％，粘结剂4％，余量为Fe。
优选的，所述添加剂包括氟化钠和硼砂，所述氟化钠和硼砂的质量比为1:1。
优选的，所述粘结剂包括乙烯酯和硼酸，所述乙烯酯和硼酸的质量比为2:1。
本发明还提供了一种耐磨铸钢件的制备工艺，具体包括以下步骤：
(1)将按比例计算好的各原料加入感应电炉中进行高温熔炼，脱氧变质后，得到钢水；
(2)将WC、SiC、Mo、FeB、Ni、Cr和Fe放入球磨机中以200-300r/min球磨18-22h，得到混合料；将混合料、添加剂和粘结剂放入搅拌机中以500-800r/min搅拌15-20min，得到覆盖材料；
(3)将覆盖材料均匀涂覆在铸型内，接着将涂覆后的铸型在200-250℃下烘干1-2h；
(4)将钢水浇注至步骤(3)中所得的铸型内，凝固后取出，得到耐磨铸钢件坯件；
(5)将耐磨铸钢件坯件经过热处理后，得到耐磨铸钢件。
优选的，步骤(1)中，以铝包芯线对钢水进行脱氧，以硅铁孕育剂对钢水进行变质处理。
优选的，步骤(3)中，在涂覆覆盖材料之前，在铸型腔内涂覆耐火涂料，覆盖材料的涂覆厚度为0.5-2mm。
优选的，步骤(4)中，所述浇注温度为1580-1620℃。
本发明的有益效果：
本发明在铸钢件本体表面复合一层覆盖材料，其中，高温的钢水不断的渗入WC和SiC的颗粒之间，WC和SiC的颗粒与金属基体结合，形成一道复合层，提高了基体的耐磨性和硬度；同时，Mo和FeB经过高温烧结在金属基体表面形成一道覆盖层，复合层和覆盖层相互穿插，对金属基体表面形成较为连续的覆盖，进一步提高了钢铸件的硬度和耐磨性；
本发明在铸型涂覆覆盖材料前先涂覆耐火涂料，防止浇注成型后，其复合层和覆盖层严重粘砂；采用乙烯酯和硼酸作为粘结剂，改善了了发气量大的缺陷，也减少了复合层和覆盖层形成时产生的杂质，而且，在200-250℃下烘干1-2h，其中的有机物挥发产生一定空隙，便于钢水与覆盖材料的接触。
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，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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
一种耐磨铸钢件，包括铸钢件本体和覆盖材料，铸钢件本体的各组分及其重量百分比为：C 0.33％，Si 0.18％，Mn 0.50％，Cr≤0.3％，Ni≤0.3％，Cu≤0.25％，S≤0.035％，P≤0.035％，余量为Fe；覆盖材料的各组分及其重量百分比为：WC 15％，SiC12％，Mo 17％，FeB 20％，Ni 1％，Cr 2％，添加剂2％，粘结剂3％，余量为Fe。
添加剂包括氟化钠和硼砂，氟化钠和硼砂的质量比为1:1；粘结剂包括乙烯酯和硼酸，乙烯酯和硼酸的质量比为2:1。
上述耐磨铸钢件的制备工艺包括以下步骤：
(1)将按比例计算好的各原料加入感应电炉中进行高温熔炼，以铝包芯线对钢水进行脱氧，以硅铁孕育剂对钢水进行变质处理，脱氧变质后，得到钢水；
(2)将WC、SiC、Mo、FeB、Ni、Cr和Fe放入球磨机中以200r/min球磨18h，得到混合料；将混合料、添加剂和粘结剂放入搅拌机中以500r/min搅拌15min，得到覆盖材料；
(3)在铸型腔内先涂覆耐火涂料，再将覆盖材料均匀涂覆在铸型内，覆盖材料的涂覆厚度为0.5mm，接着将涂覆后的铸型在200℃下烘干1h；
(4)将1580℃的钢水浇注至步骤(3)中所得的铸型内，凝固后取出，得到耐磨铸钢件坯件；
(5)将耐磨铸钢件坯件经过热处理后，得到耐磨铸钢件。
实施例2
一种耐磨铸钢件，包括铸钢件本体和覆盖材料，铸钢件本体的各组分及其重量百分比为：C 0.35％，Si 0.2％，Mn 0.70％，Cr≤0.3％，Ni≤0.3％，Cu≤0.25％，S≤0.035％，P≤0.035％，余量为Fe；覆盖材料的各组分及其重量百分比为：WC 18％，SiC 15％，Mo18％，FeB 22％，Ni 2％，Cr 2％，添加剂3％，粘结剂4％，余量为Fe。
添加剂包括氟化钠和硼砂，氟化钠和硼砂的质量比为1:1；粘结剂包括乙烯酯和硼酸，乙烯酯和硼酸的质量比为2:1。
上述耐磨铸钢件的制备工艺包括以下步骤：
(1)将按比例计算好的各原料加入感应电炉中进行高温熔炼，以铝包芯线对钢水进行脱氧，以硅铁孕育剂对钢水进行变质处理，脱氧变质后，得到钢水；
(2)将WC、SiC、Mo、FeB、Ni、Cr和Fe放入球磨机中以250r/min球磨20h，得到混合料；将混合料、添加剂和粘结剂放入搅拌机中以700r/min搅拌18min，得到覆盖材料；
(3)在铸型腔内先涂覆耐火涂料，再将覆盖材料均匀涂覆在铸型内，覆盖材料的涂覆厚度为1mm，接着将涂覆后的铸型在250℃下烘干1h；
(4)将1600℃的钢水浇注至步骤(3)中所得的铸型内，凝固后取出，得到耐磨铸钢件坯件；
(5)将耐磨铸钢件坯件经过热处理后，得到耐磨铸钢件。
实施例3
一种耐磨铸钢件，包括铸钢件本体和覆盖材料，铸钢件本体的各组分及其重量百分比为：C 0.38％，Si 0.36％，Mn 0.80％，Cr≤0.3％，Ni≤0.3％，Cu≤0.25％，S≤0.035％，P≤0.035％，余量为Fe；覆盖材料的各组分及其重量百分比为：WC 20％，SiC16％，Mo 20％，FeB 25％，Ni 3％，Cr 3％，添加剂5％，粘结剂4％，余量为Fe。
添加剂包括氟化钠和硼砂，氟化钠和硼砂的质量比为1:1；粘结剂包括乙烯酯和硼酸，乙烯酯和硼酸的质量比为2:1。
上述耐磨铸钢件的制备工艺包括以下步骤：
(1)将按比例计算好的各原料加入感应电炉中进行高温熔炼，以铝包芯线对钢水进行脱氧，以硅铁孕育剂对钢水进行变质处理，脱氧变质后，得到钢水；
(2)将WC、SiC、Mo、FeB、Ni、Cr和Fe放入球磨机中以300r/min球磨22h，得到混合料；将混合料、添加剂和粘结剂放入搅拌机中以800r/min搅拌20min，得到覆盖材料；
(3)在铸型腔内先涂覆耐火涂料，再将覆盖材料均匀涂覆在铸型内，覆盖材料的涂覆厚度为2mm，接着将涂覆后的铸型在250℃下烘干2h；
(4)将1620℃的钢水浇注至步骤(3)中所得的铸型内，凝固后取出，得到耐磨铸钢件坯件；
(5)将耐磨铸钢件坯件经过热处理后，得到耐磨铸钢件。
对比例1
一种耐磨铸钢件，包括铸钢件本体和覆盖材料，铸钢件本体的各组分及其重量百分比为：C 0.35％，Si 0.2％，Mn 0.70％，Cr≤0.3％，Ni≤0.3％，Cu≤0.25％，S≤0.035％，P≤0.035％，余量为Fe。
上述耐磨铸钢件的制备工艺包括以下步骤：
(1)将按比例计算好的各原料加入感应电炉中进行高温熔炼，以铝包芯线对钢水进行脱氧，以硅铁孕育剂对钢水进行变质处理，脱氧变质后，得到钢水；
(2)将1600℃的钢水浇注至铸型内，凝固后取出，得到耐磨铸钢件坯件；
(3)将耐磨铸钢件坯件经过热处理后，得到耐磨铸钢件。
对比例2
将实施例2中的粘结剂(乙烯酯和硼酸)换为水玻璃，其它条件保持不变，得到耐磨铸钢件。
性能检测
试验方法：分别对实施例1-3和对比例1-2中耐磨钢铸件进行相对耐磨性测试，相对耐磨性：以Cr15高铬铸铁磨损量作为参照基数，其它材料磨损量与其对比，数字越大耐磨性越高。具体检测结果如表1所示。
表1相对耐磨性
组别 相对耐磨性
实施例1 1.35
实施例2 1.38
实施例3 1.32
对比例1 0.91
对比例2 1.28
Cr15高铬铸铁 1
由上表可以看出，实施例1-3和对比例2中的耐磨铸钢件的相对耐磨性能明显优于对比例中的耐磨铸钢件，表明覆盖材料确能提高铸钢件的耐磨性；实施例1-3中的耐磨铸钢件的相对耐磨性略好于对比例2中的耐磨铸钢件，说明粘结剂的使用对耐磨铸钢件质量产生一定的影响。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
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 (5)

1.一种耐磨铸钢件，其特征在于，包括铸钢件本体和覆盖材料，所述铸钢件本体的各组分及其重量百分比为：C 0.33-0.38%，Si 0.18-0.36%，Mn 0.50-0.80%，Cr ≤0.3%，Ni ≤0.3%，Cu ≤0.25%，S ≤0.035%，P≤0.035%，余量为Fe；所述覆盖材料的各组分及其重量百分比为：WC 15-20%，SiC 12-16%，Mo 17-20%，FeB 20-25%，Ni 1-3%，Cr 2-3%，添加剂2-5%，粘结剂3-4%，余量为Fe；
所述添加剂包括氟化钠和硼砂，所述氟化钠和硼砂的质量比为1:1；所述粘结剂包括乙烯酯和硼酸，所述乙烯酯和硼酸的质量比为2:1；
该耐磨铸钢件的制备工艺具体包括以下步骤：
（1）将按比例计算好的各原料加入感应电炉中进行高温熔炼，脱氧变质后，得到钢水；
（2）将WC、SiC、Mo、FeB、Ni、Cr和Fe放入球磨机中以200-300r/min球磨18-22h，得到混合料；将混合料、添加剂和粘结剂放入搅拌机中以500-800r/min搅拌15-20min，得到覆盖材料；
（3）将覆盖材料均匀涂覆在铸型内，接着将涂覆后的铸型在200-250℃下烘干1-2h；
（4）将钢水浇注至步骤（3）中所得的铸型内，凝固后取出，得到耐磨铸钢件坯件；
（5）将耐磨铸钢件坯件经过热处理后，得到耐磨铸钢件。
2.根据权利要求1所述的一种耐磨铸钢件，其特征在于，所述铸钢件本体的各组分及其重量百分比为：C 0.35%，Si 0.20%，Mn 0.70%，Cr ≤0.3%，Ni ≤0.3%，Cu ≤0.25%，S ≤0.035%，P≤0.035%，余量为Fe；所述覆盖材料的各组分及其重量百分比为：WC 18%，SiC15%，Mo 18%，FeB 22%，Ni 2%，Cr 2%，添加剂3%，粘结剂4%，余量为Fe。
3.根据权利要求1所述的一种耐磨铸钢件，其特征在于，步骤（1）中，以铝包芯线对钢水进行脱氧，以硅铁孕育剂对钢水进行变质处理。
4.根据权利要求1所述的一种耐磨铸钢件，其特征在于，步骤（3）中，在涂覆覆盖材料之前，在铸型腔内涂覆耐火涂料，覆盖材料的涂覆厚度为0.5-2mm。
5.根据权利要求1所述的一种耐磨铸钢件，其特征在于，步骤（4）中，所述浇注温度为1580-1620℃。
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