专利名称：：一种颗粒弥散强化中锰钢及其制备方法
技术领域：
：本发明涉及一种颗粒弥散强化中锰钢，具体涉及一种TiC颗粒弥散强化中锰钢及其制备方法。
背景技术：
：目前，提高材料的耐磨性仍是国内外同行研究的热点与难点。我国仅在矿山、冶金、电力、煤炭和农机行业不完全统计，工件磨损造成经济损失每年400亿元。因磨损造成的经济损失约占各国国民经济总产值的2%以上，全世界每年因摩擦磨损造成的资源损失近2000亿美元。中锰钢是在高锰钢的基础上研制出的一种抗磨材料，它在冲击挤压条件下，在钢的表面产生加工硬化，使工件表面的耐磨性提高，而心部仍保持较高的韧性，表现出表硬里韧的综合的机械性能。但是适用于干式碾碎机垫板等工件的中锰钢硬度尚且不够高，耐磨性满足不了使用要求，所以其应用受到一定的限制。本项发明就是在中锰钢基体中通过原位反应合成TiC颗粒，从而在中锰钢表面加工硬化不完全的情况下提高其耐磨性，从而提高工件的使用寿命、降低其成本。
发明内容本发明针对上述技术问题，提供了一种TiC颗粒分布均匀、致密度高、耐磨性好、强度增加的颗粒弥散强化中锰钢及其制备方法。本发明的技术解决方案为—种TiC颗粒弥散强化中锰钢，由中锰钢基体和均匀分布的TiC组成，成分配方为Mn:6.011.0%，C:0.92.8%，Cr:<2.5%，Si:<1.0%，P:<0.07%，S<0.05%，Ti:0.256.0%，余量为Fe。—种制备上述颗粒弥散强化中锰钢的方法，制备步骤为a.制备含钛和碳的预制块按照钛、碳质量比为4:(0.8-l)，取钛粉和碳粉，在其中加入钛碳粉总质量(20-60)%的铁粉并混合均匀后压实成块，所有粉体的粒度均为100-200目;b.制备中锰钢基体合金以步骤a中Ti的含量为基准，按照权利要求1所述的Mn、Cr配比，计算出颗粒弥散强化中锰钢中Mn、Cr的最终含量，作为制备中锰钢基体合金的Mn、Cr加入量；以步骤a中Ti的含量为基准，按照权利要求1所述的C、Fe配比，计算出颗粒弥散强化中锰钢中C、Fe的最终含量，由颗粒弥散强化中锰钢中C、Fe的最终含量分别减去步骤a中用于制备含钛和碳的预制块时C、Fe的加入量得到用于制备中锰钢基体合金的C、Fe的加入量；按照Mn、Cr、C及Fe的加入量将Mn、Cr、C及Fe置于中频感应炉中进行熔炼，并将Si、P及S控制在Si:<1.0%，P:<0.07%，S<0.05%;c.待基体合金熔炼完成后，改变温度至1540-160(TC，将步骤a所得预制块加入炉3中，待预制块熔于熔体后，即可将炉中的合金液浇注入预先做好的模型中。本发明具有下列优点1.TiC在中锰钢熔体中通过钛粉和碳粉的原位反应合成，操作方便，容易控制；2.材料的熔炼采用中频感应炉，无需真空，易于进行规模化生产与实际应用；3.由附图l可见，本发明通过Ti和C在熔体中原位合成所获得的TiC颗粒细小、均匀，与基体结合良好，避免了直接外加TiC颗粒方法所产生的润湿性差、易污染、界面结合不好、颗粒偏聚，易分布在晶界等缺点；TiC增强颗粒是在中锰钢基体中原位形核、长大的热力学稳定相，因此，基体与TiC颗粒的相容性好、界面稳定和结合牢固，能有效的传递应力，材料的综合力学性能好。4.耐磨性高，在多种试验条件下，与未加TiC的中锰钢基体相比，TiC弥散强化中锰钢耐磨损性能要好；5.强度高，与未加TiC的中锰钢基体相比，TiC弥散强化中锰钢的强度要高；6.性能可调性好，即可以根据使用的实际要求，改变TiC颗粒的加入量，形成不同性能(强度、硬度、塑性及耐磨性)的材料。图1为加入TiC后水韧处理过的强化钢金相组织图，图中白色至灰色的基体为奥氏体组织，其中分布的均匀、细小的粒状物即为TiC颗粒。图2为未加入TiC的水韧处理过的中锰钢基体金相组织图，图中灰色的基体为奥氏体组织，黑色颗粒为杂质。具体实施方式实施例1—种颗粒弥散强化中锰钢，由中锰钢基体和均匀分布其中的TiC颗粒相组成，成分配方为:Mn:6.011.0%，C:0.92.8%，Cr:<2.5%，Si:<1.0%，P:<0.07%，S<0.05%，Ti:0.256.0%，余量为Fe。如在本实施例中，Mn的配比可为6.0%、11.0%、7.2%或8.9%，C的配比可为0.9%、2.8%、1.3%或2.1%，Cr的配比可为2.4%、1.9%或1.3%，Ti的配比可为0.25%、6.0%、2.89%或5.13%。实施例2—种颗粒弥散强化中锰钢，由中锰钢基体和均匀分布其中的TiC颗粒相组成。中锰钢基体成分配方为:Mn:9.0%，Cr:2.0%，C:1.0%，Si:0.3%，P:0.05%，S:0.04%，余量为Fe，加入TiC预制块的质量分数为2.0%。采用本发明所述方法，制备了TiC颗粒弥散强化中锰钢材料(2#)，同时也对比试验了中锰钢基体合金(1#)，具体成分列于表1中。实施例3—种颗粒弥散强化中锰钢，由中锰钢基体和均匀分布其中的TiC颗粒相组成。中锰钢基体成分配方为:Mn:9.0%，Cr:2.0%，C:1.0%，Si:0.3%，P:0.05%，S:0.04%，余量为Fe，加入TiC预制块的质量分数为4.0%。采用本发明所述方法，制备了TiC颗粒弥散强化中锰钢材料(3#)，同时也对比试验了中锰钢基体合金(1#)，具体成分列于表1中。实施例4—种颗粒弥散强化中锰钢，由中锰钢基体和均匀分布其中的TiC颗粒相组成。中锰钢基体成分配方为:Mn:9.0%，Cr:2.0%，C:1.0%，Si:0.3%，P:0.05%，S:0.04%，余量为Fe，加入TiC预制块的质量分数为6.0%。表2中列出了实施例2、3、4中1#、2#、3#、4#四种材料的力学性能，从表可见，在基体合金基础上引入了TiC后，中锰钢的强度和硬度都得到了大幅度的提高，这对于磨损工件是十分重要的。表3中列出了在匪-2000磨损试验机上所测得的实施例2、3、4中1#、2#、3#、4#四种材料的磨损量。其中四种材料均经过105(TC水韧处理，摩擦副采用淬火GCr15钢(HRC60)，线速度0.47m/s。试验条件为a.油润滑，试验时间40min，载荷500N;b.水润滑，试验时间40min，载荷IOON。从表可见，无论是油润滑还是水润滑，在基体钢中加入了TiC后磨损量大幅度下降，即耐磨损性能大幅度提高了。表1几种材料的化学成分<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>表3几种材料在不同磨损条件下的磨损体积(mm3)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>权利要求一种颗粒弥散强化中锰钢，由中锰钢基体和均匀分布其中的TiC颗粒相组成，成分配方为Mn6.0～11.0％，C0.9～2.8％，Cr＜2.5％，Si＜1.0％，P＜0.07％，S＜0.05％，Ti0.25～6.0％，余量为Fe。2.—种制备权利要求1所述颗粒弥散强化中锰钢的方法，其特征在于制备步骤为a.制备含钛和碳的预制块按照钛、碳质量比为4:(0.8-l)，取钛粉和碳粉，在其中加入钛碳粉总质量(20-60)%的铁粉并混合均匀后压实成块，所有粉体的粒度均为100-200目；b.制备中锰钢基体合金以步骤a中Ti的含量为基准，按照权利要求1所述的Mn、Cr配比，计算出颗粒弥散强化中锰钢中Mn、Cr的最终含量，作为制备中锰钢基体合金的Mn、Cr加入量；以步骤a中Ti的含量为基准，按照权利要求1所述的C、Fe配比，计算出颗粒弥散强化中锰钢中C、Fe的最终含量，由颗粒弥散强化中锰钢中C、Fe的最终含量分别减去步骤a中用于制备含钛和碳的预制块时C、Fe的加入量得到用于制备中锰钢基体合金的C、Fe的加入量；按照Mn、Cr、C及Fe的加入量将Mn、Cr、C及Fe置于中频感应炉中进行熔炼，并将Si、P及S控制在Si:<1.0%，P:<0.07%，S<0.05%;c.待基体合金熔炼完成后，改变温度至1540-160(TC，将步骤a所得预制块加入炉中，待预制块熔于熔体后，即可将炉中的合金液浇注入预先做好的模型中。全文摘要一种中锰钢及其制备方法。化学成分Mn6.0～11.0％，C0.9～2.8％，Cr＜2.5％，Si＜1.0％，P＜0.07％，S＜0.05％，Ti0.25～6.0％，余量为Fe。按钛、碳质量比为4∶(0.8-1)，取钛粉和碳粉，加入钛碳粉总质量(20-60)％的铁粉，混合后压实成预制块。以Ti含量为基准，按Mn、Cr比，计算出Mn、Cr的最终含量，作为制备中锰钢基体合金的Mn、Cr加入量；以上述Ti的含量为基准，按照上述的C、Fe配比，计算出C、Fe的最终含量，由C、Fe的最终含量分别减去预制块中C、Fe的加入量得到C、Fe的加入量。按Mn、Cr、C及Fe的加入量将Mn、Cr、C及Fe置炉中熔炼，将Si、P及S控制在Si＜1.0％，P＜0.07％，S＜0.05％。改变温度至1540-1600℃，将烘干的预制块加入炉中，熔化后注入模型。文档编号C22C38/38GK101787494SQ200910184858公开日2010年7月28日申请日期2009年10月16日优先权日2009年10月16日发明者倪自飞,周健,姚思佳,孙扬善,白晶,薛烽申请人:东南大学