CN116676540A - 一种用于农机装备的高耐磨合金粉末材料 - Google Patents

一种用于农机装备的高耐磨合金粉末材料 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种金属材料,特别涉及一种用于农机装备的高耐磨合金粉末材料,该粉末材料各组分的重量百分含量为,C:1.5‑3.0%;Si:0.5~1.5%;Cr:4.0~6.0%;Mo:0.5~4.0%;V:5.0~7.0%;W:0.5~4.0%;Mn:≤0.5%;S:≤0.01%;P:≤0.015%;Fe:余量。本发明所述材料具有优良的耐磨损性能,主要应用于农机装备旋耕刀、犁铧等设备工装的表面涂层,提高了农机装备的生产效率和使用寿命。

Description

一种用于农机装备的高耐磨合金粉末材料
技术领域
本发明属于金属材料领域,特别涉及一种用于农机装备的高耐磨合金粉末材料。
技术背景
材料性能是影响犁铧和割台刀具等农机装备耐磨性以及使用寿命的关键。国外生产的犁铧较多的使用了中碳硅锰钢、高碳钢、复合钢,并在其表面进行耐磨堆焊强化从而延长犁铧使用寿命。我国目前主要应用的材料仍然以65Mn为主,该材料抗拉强度低、耐磨性差。虽然在上世纪70年代我国曾研制出85MnTi、85MnRe和120TiRe等新钢种,但均没有形成批量的应用。
随着我国农业规模化和高效化的发展,犁铧和割台刀具用耐磨钢的发展趋势主要有以下几点:一是高强化。随着先进高强钢的发展,推进犁铧和割台刀具用耐磨钢的高强化,一方面,有利于农用机械的减重,另一方面有利于减小犁铧等农具在农田中的阻力,最终实现节约能源的目的;二是长寿命化。我国的犁铧和割台刀具用耐磨件的服役寿命偏短是一个普遍存在的问题,大大影响规模化农业的生产效率,农业机械化水平的提高必定需求长寿命的犁铧和割台刀具用钢;三是高附加值。目前我国的犁铧和割台刀具用耐磨件在整个产业链中属于一个相对低端的产品,附加值低,从发达国家的发展经验来看,耐磨件用量大易损耗,在整个产业链中占据举足轻重的地位,并就此开发了耐磨钢板,例如SSAB开发的耐磨钢板一直在整个行业占据引领的地位。
本发明所涉及的用于农机装备的高耐磨合金粉末是一种高碳的铁基合金,具有良好的耐磨损性能,在平衡合金成本与性能要求、微量元素优化、有害元素控制等方面进行了独特设计,在农机装备领域具有广泛的推广应用前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于农机装备的高耐磨合金粉末,该材料具有优良的耐磨损性能,主要应用于农机装备旋耕刀、犁铧等设备工装的表面涂层,从而提高农机装备的生产效率和使用寿命。
本发明的技术方案是:
用于农机装备的高耐磨合金粉末材料,该粉末材料各组分的重量百分含量为,C:1.5-3.0%;Si:0.5~1.5%;Cr:4.0~6.0%;Mo:0.5~4.0%;V:5.0~7.0%;W:0.5~4.0%;Mn:≤0.5%;S:≤0.01%;P:≤0.015%;Fe:余量。
进一步的方案是,该粉末材料各组分的重量百分含量为,C:1.90~2.5%;Si:0.60~0.68%;Cr:5.00~5.20%;Mo:0.90~2.95%;V:6.10~6.30%;W:1.10~3.10%;Mn:0.050~0.095%;S:0.004~0.005%;P:0.0084~0.010%;Fe:余量。
该粉末材料的基体元素为Fe,主元素为Cr、Mo、V、W、Ni,微合金化元素为Si、Mn、有害元为S、P。
上述粉末材料主要应用于农机装备表面涂层。
所述粉末材料经激光熔覆在农机装备表面形成涂层,表面硬度为60HRC,达到强化目的,提高农机装备生产效率和使用寿命。
本发明各元素的主要作用是:
Fe:合金基体元素。
Cr:Cr与Fe形成连续固溶体,缩小奥氏体相区域。Cr与C形成多种碳化物,与C的亲和力大于Fe和Mn而低于W、Mo等。Cr提高钢的强度和硬度,加入其他合金元素时,效果更显著。同时,Cr还可以提高钢的耐磨性、耐蚀性。本发明所述Cr含量为4%~6%,可使合金形成稳定的马氏体,同时与C、W、V、Mo等形成Cr的碳化物,提高合金的硬度和耐磨性能。
Si:Si可以提高铁素体和奥氏体的硬度和强度,其作用较Mn、Ni、Cr、W、Mo、V等元素更强。在不锈钢和耐蚀钢中,与Cr、W、Mo等元素配合,提高抗蚀和抗高温氧化能力,同时还可以改善钢的耐磨性能。Si含量过高时,会降低钢的可焊接性能。本发明的Si含量为0.5~1.5%,既可以较好的改善合金的耐磨性能,又不会降低合金的焊接性能。
Mn:Mn是良好的脱氧剂和脱硫剂,工业用钢中一般均含有一定量的Mn,对于脱氧有重要作用。本发明中,由于合金是马氏体组织,Mn强烈降低钢的马氏体转变温度和钢中相变的速度,提高钢的淬透性,增加残余奥氏体含量,对焊接性能有不利影响,因此本发明中Mn含量不宜过高。本发明Mn含量为≤0.5%,过低的Mn含量不利于脱氧脱硫,过高的Mn含量对合金的焊接性能有不利影响。
C:C对于钢的显微组织、力学性能、耐腐蚀性能有很大影响作用。本发明C含量为1.5-3.0%,与V、W、Cr等形成碳化物,可以显著提高合金的硬度和耐磨性能。
Mo:提高碳化物的稳定性,从而提高钢的强度。Mo对改善钢的延展性和韧性以及耐磨性起到有利作用。本发明中Mo含量为0.5~4.0%,对合金的强度、硬度起到强化作用,提高耐磨性能,而过高的Mo含量会影响碳化物的稳定性,同时也会显著增加材料的成本,不利于市场推广。
V:V和C有极强的亲和力,在钢中主要以碳化物的形态存在,V的碳化物是金属碳化物中最硬和最耐磨的,可明显提高钢的硬度和耐磨性。由于V形成稳定难熔的碳化物,使钢在较高温度时仍保持细晶组织,大大减低钢的过热敏感性。同时,V还可以改善钢的焊接性能。本发明中V含量为5.0~7.0%时,明显提高钢的硬度和耐磨性。
W:W是熔点最高的难熔金属,在元素周期表中与Mo同族。在钢中的行为亦与Mo类似。其碳化物十分坚硬,用于进一步提高钢的耐磨性和硬度。
S、P:对合金热冷加工不利,同时会恶化合金的韧塑性,应在不明显增加冶炼难度的条件下严格控制,含量越低越好,本发明所述S:0.004~0.005%;P:0.0084~0.010%。
发明的积极效果
本发明所述用于农机装备的高耐磨合金粉末材料通过Mo、V、W等贵重金属元素的含量控制和产品性能的相互平衡,既控制了贵重元素的含量,又达到本发明所述产品性能的要求。该材料具有优良的耐磨损性能,平衡了合金成本与性能要求,且对微量元素进行了优化设计与控制,对有害元素进行了严格控制,满足农机装备领域现代化作业的高要求。
本发明所述的用于农机装备的高耐磨合金粉末材料,具有优良的耐磨损性能,在农机装备领域具有广泛的推广应用前景,对提升我国农机装备效率和核心竞争力具有重要意义,同时还可以推广应用于其它工程机械领域。
具体实施方式
实施例1
高耐磨合金粉末成分按质量百分比为:
C:2.11%、Si:0.62%、Cr:5.05%、Mo:0.95%、V:6.10%、W:3.05%、Mn:0.094%、S:0.005%、P:0.0098%、Fe:余量。
通过真空熔炼获得Φ110mm母合金棒材,棒材经表面砂磨去除氧化皮,然后采用气雾法制备高耐磨耐蚀合金粉末,雾化压力3MPa,制备完成后在雾化罐中冷却2h以防止被氧化。然后使用超声波振动筛,在氩气保护下进行合金粉末的筛分,筛分完成后抽真空包装以防止潮化或氧化。该合金粉末的物理性能见下表:
表1高耐磨合金的物理性能
该合金粉末经激光熔覆后,硬度达到59HRC,成功应用于农机装备领域的旋耕机用旋耕刀表面涂层。
实施例2
高耐磨合金粉末成分按质量百分比为:
C:2.47%、Si:0.60%、Cr:5.20%、Mo:1.62%、V:6.30%、W:1.58%、Mn:0.054%、S:0.005%、P:0.0084%、Fe:余量。
通过真空熔炼获得Φ170mm母合金棒材,棒材经表面砂磨去除氧化皮,然后采用气雾法制备高耐磨耐蚀合金粉末,雾化压力3MPa,制备完成后在雾化罐中冷却2h以防止被氧化。然后使用超声波振动筛,在氩气保护下进行合金粉末的筛分,筛分完成后抽真空包装以防止潮化或氧化。该合金粉末的物理性能见下表:
表2高耐磨合金的物理性能
该合金粉末经激光熔覆后,硬度达到63.5HRC,成功应用于农机装备领域的犁铧表面涂层。
实施例3
高耐磨合金粉末成分按质量百分比为:
C:1.98%、Si:0.68%、Cr:5.13%、Mo:2.94%、V:6.27%、W:1.16%、Mn:0.062%、S:0.004%、P:0.010%、Fe:余量。
通过真空熔炼获得Φ170mm母合金棒材,棒材经表面砂磨去除氧化皮,然后采用气雾法制备高耐磨耐蚀合金粉末,雾化压力3MPa,制备完成后在雾化罐中冷却2h以防止被氧化。然后使用超声波振动筛,在氩气保护下进行合金粉末的筛分,筛分完成后抽真空包装以防止潮化或氧化。该合金粉末的物理性能见下表:
表3高耐磨合金的物理性能
该合金粉末经激光熔覆后,硬度达到60.5HRC,成功应用于农机装备领域的联合收割机割台刀具表面涂层。

Claims (5)

1.一种用于农机装备的高耐磨合金粉末材料,其特征在于,该粉末材料各组分的重量百分含量为,
C:1.5-3.0%;Si:0.5~1.5%;Cr:4.0~6.0%;Mo:0.5~4.0%;V:5.0~7.0%;W:0.5~4.0%;Mn:≤0.5%;S:≤0.01%;P:≤0.015%;Fe:余量。
2.根据权利要求1所述的粉末材料,其特征在于,该粉末材料各组分的重量百分含量为,C:1.90~2.5%;Si:0.60~0.68%;Cr:5.00~5.20%;Mo:0.90~2.95%;V:6.10~6.30%;W:1.10~3.10%;Mn:0.050~0.095%;S:0.004~0.005%;P:0.0084~0.010%;Fe:余量。
3.根据权利要求1所述的粉末材料,其特征在于:该粉末材料的基体元素为Fe,主元素为Cr、Mo、V、W、Ni,微合金化元素为Si、Mn、有害元为S、P。
4.权利要求1-2任一所述粉末材料制备用于农机装备表面涂层的用途。
5.根据权利要求4的应用,其特征在于:所述粉末材料经激光熔覆在农机装备表面形成涂层。
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