专利名称：：高耐磨奥锰钢锤头的生产方法
技术领域：
：本发明涉及一种锤头材料的生产方法，具体地说是一种锤头用高耐磨性能奥锰钢的生产方法。技术背景.-现有的矿山破碎用锤头均采用传统钢铁材料的常规工艺进行生产，近年来，随国家矿冶工程的发展，用于各类矿石、熟料、燃料破碎、粉磨的锤头等铸件年耗量已达数十万吨。由于该类材料耐磨性能差，致使锤头的使用寿命短，加大了生产成本，这促使人们开始愈发重视在生产优质高耐磨性能锤头的材料和生产工艺上进行积极有益的探索，以期研发出高耐磨性能锤头。
发明内容本发明的目的是针对现有锤头使用寿命短，耐磨性能不好，提供一种用高耐磨性能奧锰钢的生产方法制造的坚固耐磨、使用寿命长的锤头。实现上述发明目的，采用以下技术方案一种用于高耐磨奥锰钢锤头的生产方法，它包括材料成分选定、冶金处理工艺和热处理工艺，材料成分的选定条件为以碳为基，碳的重量百分数是1.2—1.5，Mn/C(锰、碳)比为4.5—5.5;Cr/C(比为1.0—1.5;Si》0.5%;P>0.05%;冶金处理工艺a、变质剂用稀土Re—鈦Ti一硼B(钇Y—Ti一B)复合变质剂对材料进行变质处理，所述的Re—Ti一B复合变质剂的成分含量是Re(W%)0.200.25Ti(W%)0.050.10B(W%)0.0020.003b.变质工艺先用0.20%的锰铁，再用0.20%的Si-Ca进行预脱氧；c.合金成分调整出钢温度1500°C1550，用W(A1)0.15%0.20%终脱氧后，出钢时随流冲入W(Si-Ca)0.04%0.06%;将钛铁放置于包内，待钢液冲入量达到1/3时将Re(或Y)投入包中处理，随后进行吹氩处理，浇注温度144(TC148(TC，钢液要求57分钟浇完；d.精炼在钢包包底向包内钢液吹氩气精炼；冲入包内钢液结束时，立即接上吹氩装置，氩气通过包底的透气砖吹入包内钢液形成大量气泡，1分钟左右停止吹氩，钢液静置3—4分钟后浇注，通过吹氩，使钢液净化；热处理工艺用弥散强化热处理的方法使晶粒进一步细化，对碳化物进行高度弥散化处理使其呈粒状均匀分布于奥氏体基体上。采用上述技术方案，本发明将材料成分设计准则、冶金处理技术和热处理技术三位一体综合考虑，使它们在研发过程和最终效果上相辅相成，互为作用；在实现明显改善锤头组织的同时，使其力学性能和使用性能得到全面提升。本发明的生产方法科学合理，用本发明生产的锤头耐磨性能高，使用寿命长。图1是本发明弥散强化热处理工艺图。图2是图1的a点金相图。图3是图1的b点金相图。图4是图1的c点金相图。图5是是图1的d点金相图。图6是是图1的e点金相图。图7是是图1的f点金相图。具体实施方式下面结合附图对本发明做进一步的描述。本发明包括材料成分选定、冶金处理工艺和热处理工艺三部分。它们的生产方法及原理材料成分选定选用的材料以碳为基，碳的重量百分数是1.2—1.5，Mn/C比为4.5—5.5;Cr/C比为1.0—1.5;Si>0.5%;P>0.05%;确立Mn/C比为4.5—5.5是生产高耐磨性能奥锰钢锤头成分设计的必要条件；Cr/C比为1.0—1.5;Si>0.5%;P>0.05%是生产高耐磨性能奥锰钢锤头成分设计的充分条件。其原理是碳对奥锰钢组织有重要影响。在其他元素不变的情况下，不同的含碳量就会形成不同的组织结构。奥锰钢中碳含量对力学性能和耐磨性能有极为显著的影响。在对锤头进行工作条件下的受力分析结合碳元素对其材料力学性能的影响提出含碳量(W%)以1.2—1.5为宜；锰对奥锰钢的加工硬化能力和加工硬化速率有一定影响。试验证明对含碳量1.2%—1.5%的材料加入5.5%左右的锰就会获得单一奥氏体组织，且这种奥氏体相在较小冲击应力条件下加工硬化速率较大，加工硬化能力较强，常常会产生高硬度的诱发马氏体。优质强韧高耐磨性能奥锰钢材料强硬化来自(1)碳对基体的固溶强化；(2)在磨料磨损过程会产生高硬度的诱发马氏体；(3)碳化物以高度弥散状分布于基体中；(4)产生高密度孪晶位错。因此确立Mn/C比为4.5—5.5是生产高耐磨性能奥锰钢锤头成分设计的必要条件；铬是奥锰钢合金化中较为常用的合金元素。加入少量铬，不仅可改善钢的淬透性，而且铬还可以在回火态下形成一定量的Cr-C原子簇与一定量的Mn-C原子簇一道起到第二相弥散强化作用，可提高奥锰钢的耐磨性、硬度等。铬固溶于奥氏体后，可以提髙钢的屈服强度，但是铬加入到奥锰钢的铸态组织中碳化物增加，导致延伸率有所下降。常温下奥锰钢中铬含量增加，冲击韧性降低。在奥锰钢中加人微量铬后，既提高了加工硬化速度，增加了硬化层深度和表面层硬度，使奥锰钢的加工硬化性能和耐磨性有所提高，冲击韧性降低不多。对奥锰钢锤头确立Cr/C比为1.O—l.5是生产高耐磨性能奥锰钢锤头成分设计的充分条件之一；硅与a-Fe无限溶解并封闭Y相区。降低奥氏体中碳的固溶量，硅在钢中不形成碳化物，而是以固溶体的形态存在于奥氏体中，它在一定程度上降低钢的韧性和塑性，这主要是硅会促进磷化物析出。据此Si>0.5%作为生产控制指标；磷在奥锰钢中是非常有害的元素，其在钢液中溶解度极低，并常以磷化物薄膜出现在晶界上，使铸件易于产生裂纹，特别是碳含量高时，更加剧了磷的这一危害性。研究表明对奥锰钢零件使用寿命影响最大的现象是热裂；影响最大的因素是化学成分；影响力度最强的是化学元素磷的含量。通过不同磷含量的钢液凝固后在其试样表面是否产生裂纹和裂纹形成的强弱，试验建立了奥锰钢磷含量对材料正常使用寿命影响的状态判据(％)安全0.06^P20.04介安全0.08^P$0.06临界P柳8P柳8危险危险可见，P冷0.05X也是生产高耐磨性能奥锰钢锤头成分设计的充分条件之一；综上所述，Cr/C比为1.0—1.5;Si>0,5%;P>0.05%是生产高耐磨性能奥锰钢锤头成分设计的充分条件。冶金处理工艺a、变质剂用稀土Re—钛Ti—硼B(Y—Ti—B)复合变质剂对材料进行变质处理，所述的Re—Ti一B复合变质剂的成分b、变质工艺先用0.20%的锰铁，再用0.20%的Si-Ca进行预脱氧，再依以下顺序加入锰铁—(氮化锰铁)—合金成分调整合金成分调整出钢温度1500°C1550°C。用W(A1)0.15%0.20%终脱氧后，出钢时随流冲入W(Si-Ca)0.04%0.06%;将钛铁放置于包内，待钢液冲入量达到1/3时将Re(或Y)投入包中处理。随后进行吹氩处理。浇注温度1420。C1470°C。钢液要求57分钟浇完。其原理是稀土作为表面活性元素可以使表面张力降低，它本身的结合能以及它和其他元素的结合能都小。由金属学原理可知，降低了形成临界尺寸的晶核所需要的功，可使结晶核心增加，从而使奥锰钢组织细化；由于稀土合金中的大量表面活性元素会富集在新生碳化物的表面，使碳化物的择优长大速度受到阻碍，碳化物难于连接成封闭圈而变成断网状。含量是:Re(W%)Ti(W%)B(W%)由于稀土变质剂作为表面活性元素吸附在夹杂物表面，在一定的热力学、动力学条件下大部分以原夹杂物为基聚集上浮，逐渐形成对钢水净化十分有益的脱氧、脱硫、去气等效应，一部分形成高烙点的稀土复合硫化物、氧化物及硫氧化物在钢液中存在。由于稀土使夹杂物变得细小圆整、弥散分布，削弱了夹杂物对钢的有害作用，提高了其力学性能，特别是冲击韧性。钛主要是以钛铁的形式加入的。Ti在钢中与O、N、C的亲合力远比Nb、V强，可以形成稳定的碳化物TiC、氮化物TiN、氧化物Ti02。所形成的碳化物质点弥散分布，强烈地阻止铁离子的扩散，降低氧化速率。碳化物TiC极为稳定(面心立方结构硬度2988)，熔点很高(3140°C)可以作为结晶核心，起到细化晶粒作用，现在研究证实，这种晶粒度可以细化1-2级。在髙冲击凿削型磨料磨损条件下较低钛含量(0.060.15%)是合适的，而在中、低冲击凿削型磨料磨损的条件下，高钛含量(0.4%)的效果比较好。本发明使用条件是在高冲击凿削型磨料磨损条件下，因此选用较本发明使用条件是在高冲击凿削型磨料磨损条件下，因此选用较低钛含量(0.060.15%)。硼是化学性质很活泼的元素，能和钢中的氧、氮结合形成稳定的非金属夹杂物，由于它是表面活性元素，常富集于奥氏体晶界处，起到细化晶粒作用。这种细化作用与硼的含量有关，当含量小于0.005%时，细化效果比较明显，含量过多时反而使晶粒粗化。C.精炼采用在钢包包底向包内钢液吹氩气进行精炼，工艺简单、效果明显。当结束冲入包内钢液，即可接上吹氩装置，氩气通过包底的透气砖吹入包内钢液产生大量气泡。经lmin左右停止吹氩，钢液静置3—4min后浇注。通过吹氩，使钢液净化。d.热处理工艺将工件加热到90(TC，保温后实现了碳化物的预球化；从900。C降温到600。C开始了奥氏体到珠光体的转变，保温后碳化物不断析出且进一步颗粒化；待A—P转变结束，再从600。C升温至104(TC开始了组织的重结晶，使晶粒得到进一步细化，使碳化物完全颗粒化。采用新型奥锰钢碳化物弥散强化热处理，使其磨后硬度明显提高，具有很高的耐磨性能。采用弥散强化热处理使晶粒进一步细化，碳化物呈颗粒状高度弥散分布在基体上。参见附图1一7，通过各点的金相图可以看出，奥锰钢晶粒明显细化，颗粒状碳化物高度弥散，非金属夹杂量少、且呈细小短杆或颗粒状分布，虽然磨前硬度提高不多，但由于其加工硬化速率和加工硬化能力的明显提高，它的磨后硬度大大增加，这样奥锰钢锤头在用于高冲击、中等硬度各类矿料的破碎时，其使用寿命延长了2倍以上，取得了满意的研发效果。奥锰钢缍头与高锰钢锤头力学性能对比如表一所示。表一奥锰钢与高锰钢力学性能对比<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>权利要求1、一种高耐磨奥锰钢锤头的生产方法，该方法包括材料成分选定、冶金处理工艺和热处理工艺，其特征在于，(1)材料成分的选定条件为以碳为基，碳的重量百分数是1.2—1.5，Mn/C比为4.5—5.5;Cr/C比为1.0—1.5;Si>0.5%;P>>0.05%;(2)冶金处理工艺a、变质剂用稀土、钛、硼混合制作复合变质剂，所述的复合变质剂的每一成分的重量百分比含量是稀土0.200.25钛0.050.10硼0.0020.003b、变质工艺先用0.20%的锰铁，再用0.20%的Si-Ca进行预脱氧;c、合金成分调整出钢温度1500155(TC，用重量百分比为W(A1)0.15%0.20%的铝终脱氧后，出钢时随流冲入重量百分比为W(Si-Ca)硅钙0.04%0.06%;将钛铁放置于包内，待钢液冲入量达到1/3时将稀土投入包中处理，随后进行吹氩处理，浇注温度1420°C1470°C，钢液要求57分钟浇完；d、精炼在钢包包底向包内钢液吹氩气精炼；结束冲入包内钢液时，立即接上吹氩装置，氩气通过包底的透气砖吹入包内钢液，l分钟左右停止吹氩，钢液静置3—4分钟后浇注，通过吹氩，使钢液净化；(3)热处理工艺用弥散强化热处理的方法使晶粒进一步细化，对碳化物进行高度弥散化处理使其呈粒状均匀分布于奥氏体基体上。全文摘要一种高耐磨奥锰钢锤头的生产方法，属于锤头材料的生产方法。其材料成分的选定条件为以碳为基，碳的重量百分数是1.2-1.5，Mn/C比为4.5-5.5；Cr/C比为1.0-1.5；Si≯0.5％；P≯0.05％；冶金处理工艺用稀土、钛、硼混合制作复合变质剂，先用0.20％的锰铁，再用0.20％的Si-Ca进行预脱氧；然后进行合金成分调整；采用在钢包包底向包内钢液吹氩气精炼，用弥散强化热处理的方法使晶粒进一步细化，对碳化物进行高度弥散化处理使其呈粒状均匀分布于奥氏体基体上。本发明的生产方法科学合理，用本发明生产的锤头耐磨性能高，使用寿命长。文档编号C21C7/06GK101121993SQ20071015233公开日2008年2月13日申请日期2007年9月27日优先权日2007年9月27日发明者付宏江,何义成,刘冠岳,王仲珏申请人:河北海钺耐磨材料科技有限公司