CN114774769A - 一类以硼化物为耐磨相的新型Fe-Cr-B系高硼白口铸铁及方法 - Google Patents

一类以硼化物为耐磨相的新型Fe-Cr-B系高硼白口铸铁及方法 Download PDF

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Abstract

一类以硼化物为耐磨相的新型Fe‑Cr‑B系高硼白口铸铁及方法，按照质量比，各物质的组分为：B(1.5～3％)；C(0.2～0.4％)；Cr(15～18％)；Mn(1.0～1.5％)；Si(0.8～1.2％)；Ni(1.5～2.5％)；V(1.0～1.3％)；Ti(0.15～0.25％；)P(≤0.06；)S(≤0.06；)余量为Fe。本发明在成分上具有高硼、低碳的特点。在组织上以共晶硼化物为耐磨相，以板条状强韧马氏体为基体。在性能上，硬度与传统高铬白口铸铁相近的情况下，韧性提高2倍以上。

Description

一类以硼化物为耐磨相的新型Fe-Cr-B系高硼白口铸铁及 方法
技术领域
本发明属于耐磨钢铁技术领域，特别涉及一类以硼化物为耐磨相的新型Fe-Cr-B系高硼白口铸铁及方法。
背景技术
白口铸铁为一类传统耐磨材料，在冶金、矿山、建材等行业应用广泛，其发展经历了三代：普通白口铸铁、镍硬白口铸铁和高铬白口铸铁。合金化是白口铸铁发展的特点。普通白口铸铁基体为珠光体，耐磨相为连续网状的Fe3C共晶碳化物，其硬度不高(＜50HRC)，几乎没有韧性；镍硬白口铸铁由于增加了镍元素，铸态条件下基体可以转变成马氏体，但碳化物形态及性质没有变化，其硬度得到提高(≥53HRC)，韧性没有变化；高铬白口铸铁由于铬的加入(＞12％)，其耐磨相为不连续的硬度较高的共晶Cr7C3 碳化物，其硬度增加有明显改观，但由于基体碳含量较高，淬火后往往是韧性较差的高碳马氏体，其提高的程度是有限的。但以碳化物为耐磨相的高铬白口铸铁在使用过程中依然存在韧性储备不足，容易出现脆性断裂的情况。
发明内容
为了克服以上技术问题，本发明的目的在于提供一类以硼化物为耐磨相的新型Fe-Cr-B系高硼白口铸铁及方法，在成分上具有高硼、低碳的特点。在组织上以共晶硼化物为耐磨相，以板条状强韧马氏体为基体。在性能上，硬度与传统高铬白口铸铁相近的情况下，韧性提高2倍以上。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一类以硼化物为耐磨相的新型Fe-Cr-B系高硼白口铸铁，按照质量比，各物质的组分为：B(1.5～3％)；C(0.2～0.4％)；Cr(15～18％)； Mn(1.0～1.5％)；Si(0.8～1.2％)；Ni(1.5～2.5％)；V(1.0～1.3％)；Ti (0.15～0.25％；)P(≤0.06；)S(≤0.06；)余量为Fe。
一类以硼化物为耐磨相的新型Fe-Cr-B系高硼白口铸铁的制备方法，包括以下步骤；
第一步：采用中频感应炉熔炼，按照原材料选取B(1.5～3％)； C(0.2～0.4％)；Cr(15～18％)；Mn(1.0～1.5％)；Si(0.8～1.2％)； Ni(1.5～2.5％)；V(1.0～1.3％)；Ti(0.15～0.25％；)P(≤0.06；) S(≤0.06；)余量为Fe，采用插铝脱氧，升温至1500+10后出钢；
第二步：采用粘土砂、水玻璃砂、树脂砂进行铸型；
第三步：将铸型后的材料热处理，采用电炉或燃气炉，材料的软化退火温度为650±10℃；淬火温度为1100±10℃,空冷淬火；回火温度200～250℃，得到一类以硼化物为耐磨相的新型Fe-Cr-B系高硼白口铸铁。
本发明的有益效果：
Fe-Cr-B系高硼白口铸铁在成分上与传统高铬白口铸铁相比，具有高硼、低碳的特点。硼加入后，溶入基体的很少，基本都形成共晶硼化物，其显微硬度可以超过HV2100，远高于碳化物；而碳几乎不溶于硼化物，全部存在于基体中。硼、碳分别影响了耐磨相和基体的性能，这个特点克服了传统白口铸铁耐磨相都受碳含量的影响，在性能上根据实际工况要求可以实现“指哪打哪”来进行成分设计，来具备先进材料的特点。
Fe-Cr-B系高硼白口铸铁具有优良的淬透性，可以空冷淬火；在铸态条件下即具有较高的硬度，可以像镍硬白口铸铁一样，不经过淬火直接使用。
Fe-Cr-B系高硼白口铸铁与高铬白口铁相比，在相同硬度的情况下，冲击韧性可以提高1倍以上。
附图说明：
图1为球磨机衬板示意图。
图2为磨粉机锤头示意图。
图3为球磨机磨球示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。
一类以硼化物为耐磨相的新型Fe-Cr-B系高硼白口铸铁的制备方法，包括以下步骤；
第一步：采用中频感应炉熔炼，按照原材料选取B(1.5～3％)； C(0.2～0.4％)；Cr(15～18％)；Mn(1.0～1.5％)；Si(0.8～1.2％)； Ni(1.5～2.5％)；V(1.0～1.3％)；Ti(0.15～0.25％；)P(≤0.06；) S(≤0.06；)余量为Fe，采用插铝脱氧，升温至1500+10后出钢；
原材料包括废钢、硼铁、铬铁、锰铁、硅铁、镍板(或镍铁)、钒铁、钛铁，按照正常中频炉操作程序，熔清及初调成分后，采用插铝脱氧，然后加入钛铁，最后加入硼铁，升温至1500+10后出钢。
第二步：采用粘土砂、水玻璃砂、树脂砂进行铸型；
第三步：将铸型后的材料热处理，采用电炉或燃气炉，材料的软化退火温度为650±10℃；淬火温度为1100±10℃,空冷淬火；回火温度200～250℃，得到一类以硼化物为耐磨相的新型Fe-Cr-B系高硼白口铸铁。
实施例1：
采用1000kg中频炉，采用膨润土砂型，熔炼成分如表1所示。
表1高硼白口铸铁成分(％)
Figure BDA0003608696020000041
共晶硼化物显微硬度为HV2160，远高于传统高铬白口铸铁共晶碳化物的显微硬度。铸态条件下，硬度可以达到HRC55左右，铸态条件下采用650±10℃退火，硬度可降为HRC41左右，可以进行机加工和浇冒口切割。
热处理工艺：淬火温度1100±10℃，空冷淬火；回火温度200 ±10℃。试样硬度可达HRC58，冲击韧性可达7～8J/cm2 (10*10*55mm)。
实施例2：
采用1000kg中频炉，采用膨润土砂型，熔炼成分如表2所示。
表2高硼白口铸铁成分(％)
Figure BDA0003608696020000051
铸态条件下，硬度可以达到HRC57左右，铸态条件下采用650 ±10℃退火，硬度可降为HRC42左右，可以进行机加工和浇冒口切割。
热处理工艺：淬火温度1100±10℃，空冷淬火；回火温度200 ±10℃。试样硬度可达HRC60，冲击韧性可达6～7J/cm2 (10*10*55mm)。
实施例3：
采用1000kg中频炉，采用金属型，熔炼成分如表2所示。
表2高硼白口铸铁成分(％)
Figure BDA0003608696020000052
铸态条件下，硬度可以达到HRC58左右，铸态条件下采用650 ±10℃退火，硬度可降为HRC45左右，可以进行机加工和浇冒口切割。
热处理工艺：淬火温度1100±10℃，空冷淬火；回火温度200 ±10℃。试样硬度可达HRC62，冲击韧性可达6.5～7.5J/cm2 (10*10*55mm)。
如图1所示为立式磨机磨盘衬板。如图2所示为立式磨机磨盘衬板。如图3所示为球磨机磨球。分别从图中能看出，该材料铸造性能优良，采用空冷淬火，产品裂纹倾向小，由于韧性高于传统白口铸铁，应用效果较好。

Claims (2)

1.一类以硼化物为耐磨相的新型Fe-Cr-B系高硼白口铸铁，其特征在于，按照质量比，各物质的组分为：B(1.5～3％)；C(0.2～0.4％)；Cr(15～18％)；Mn(1.0～1.5％)；Si(0.8～1.2％)；Ni(1.5～2.5％)；V(1.0～1.3％)；Ti(0.15～0.25％；)P(≤0.06；)S(≤0.06；)余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的一类以硼化物为耐磨相的新型Fe-Cr-B系高硼白口铸铁的制备方法，其特征在于，包括以下步骤；
第一步：采用中频感应炉熔炼，按照原材料选取B(1.5～3％)；C(0.2～0.4％)；Cr(15～18％)；Mn(1.0～1.5％)；Si(0.8～1.2％)；Ni(1.5～2.5％))；V(1.0～1.3％))；Ti(0.15～0.25％)；P(≤0.06)；S(≤0.06)；余量为Fe，采用插铝脱氧，升温至1500+10后出钢；
第二步：采用粘土砂、水玻璃砂、树脂砂进行铸型；
第三步：将铸型后的材料热处理，采用电炉或燃气炉，材料的软化退火温度为650±10℃；淬火温度为1100±10℃,空冷淬火；回火温度200～250℃，得到一类以硼化物为耐磨相的新型Fe-Cr-B系高硼白口铸铁。
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