一种耐磨合金材料及其复合变质处理方法
【专利摘要】本发明公开了一种耐磨合金材料及其复合变质处理方法，按重量百分比含有以下组分：2.0%~3.0%的C、0.30%～1.00%的Si、0.20%～1.00%的Mn、11.00%～14.00%的Cr、0.05%～0.20%的Mo、0.003%～0.010%的B、0.010%～0.030%的Ti、0.05%～0.15%的V以及余量的Fe为原料，其中，Ti和B的重量比大于2.5，V和Ti的重量比大于3，通过特殊的复合变质处理工艺加工而成。用本发明配方及加工工艺制得的高铬磨球，具有良好的耐磨性、高硬度、高韧性及抗高冲击性能的特点。
【专利说明】一种耐磨合金材料及其复合变质处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及耐磨合金【技术领域】，更具体地，是一种耐磨合金材料及其复合变质处理方法。
【背景技术】
[0002]磨损是许多工业部门普遍存在并成为引起设备失效或材料破坏的一个重要原因，同时其也消耗了大量的能源和材料。由耐磨合金铸钢制造的各种工程挖掘机和装载机斗齿、各种耐磨输送管道、各种破碎机锤头和颚板、各种履带板，由于处于高强度、恶劣气候等工作条件，其磨损情况更加严重。
[0003]目前的技术现状是:一类是强调材料的高韧性，一类是强调材料的抗磨性。而无法达到一个有效的统一，尤其是在用于室外矿山开采、挖掘等工程机械上的应用。高锰钢的耐磨性是有条件的，而且其屈服强度低、易于变形；低、中合金耐磨钢具有较好的强韧性，低、中冲击载荷下的耐磨性优于高锰钢，但存在淬透性和淬硬性低的问题，耐磨性较差；高铬铸铁组织中含有超过20%的高硬度共晶碳化物，具有优异的耐磨性，可是存在合金元素含量高、生产成本高以及高温热处理易变形开裂的不足；普通白口铸铁和低合金白口铸铁碳化物硬度低，碳化物呈连续状分布，脆性大，使用中易剥落甚至开裂。
[0004]针对现状，得到一种生产工艺简单、成本低、强韧性高、淬透性与淬硬性好且无污染，同时保证在低温环境中的良好工作，并在多工矿条件下中也能良好使用的耐磨合金铸钢已成为一项技术问题。同时人们也认识到提供一种新的与耐磨合金铸钢的合金成分相适应的热处理工艺及编制处理工艺不仅是制造耐磨合金铸钢的技术环节，同时，合理的热处理工艺也将对耐磨合金铸钢的机械性能具有积极的作用，使合金成分得到更有效的利用。
【发明内容】
[0005]本发明目的在于提供一种耐磨合金材料及其复合变质加工工艺，通过采用独特的配方及复合变质加工工艺，通过本发明浇注成型的产品具有高耐磨、高硬度、高韧性以及高抗冲击性能的特点。
[0006]本发明是通过如下技术手段实现的:
一种耐磨金属材料，按重量百分比含有以下组分:2.0%~3.0%的C、0.30%~1.00%的Si,0.20% ~1.00% 的 Μη、11.00% ~14.00% 的 Cr、0.05% ~0.20% 的 Μο、0.003% ~0.010%的Β、0.010%~0.030%的T1、0.05%~0.15%的V以及余量的Fe为原料，其中，Ti和B的重量比大于2.5，V和Ti的重量比大于3。
[0007]本发明的耐磨金属材料的复合变质加工工艺，包括以下步骤:
(I)对钢铁进行成分检测，选取C、P、S含量合格的钢铁为主料，再按权利要求1所述的比例范围加入铬铁，送入熔炼炉中进行升温熔炼，当铁水温度达到1450~1480°C时，取样进行化学成分分析，并通过微调以控制各成分的重量百分比，当温度达到1500~1510°C时，依次进行沉淀脱氧和终脱氧；(2)将步骤⑴中脱氧的钢水冷却至1490~1500°C，向熔炼炉内撒入集渣剂并扒净炉内渣后，按权利要求1所述重量比加入经200°C烘烤过的粒度为5~1mm的硼铁、钥铁和钛铁，继续熔炼3~5分钟，完成炉内一次变质处理，经终脱氧后出炉；
(3)二次变质剂的配制:按重量百分比取工业硝酸钾20%、经150°C烘烤的稀土硅铁合金75%、经150°C烘烤的稀土镁硅铁合金5%混合均匀配制成二次变质剂，其中所述稀土硅铁合金的粒度为I~10mm，稀土的重量百分比为20~22% ;所述稀土镁硅铁合金的粒度为2~8mm，稀土的重量百分比为6~9%，镁的重量百分比为6~8% ；
(4)在1520~1530°C下，用步骤(3)中所得的二次变质剂对步骤(2)中经一次变质处理后的铁水用包内冲入法进行二次变质处理，其中，所述二次变质剂与铁水的重量比为1:260 ~1:250 ;
(5)向经二次变质处理的铁水中加入集渣剂并扒净包内渣子2~3次，随后再撒入一层集渣剂，并在15分钟以内浇注完毕，得到铸件；
(6)将铸件升温至930~960°C，进行高温淬火，在340~360°C下回火，其中，所述高温淬火的保温时间为每25mm壁厚保温I小时，所述回火的保温时间为每25mm壁厚保温1.5~2小时，得到成品。
[0008]所述高温淬火选自空淬或油淬。
[0009]本发明采用特定的成分配方，通过复合变质处理，分别进行两次，一次在炉内，一次在包内，实现了所得超抗磨产品(如:耐磨钢球破碎机锤头和颚板、各种履带板)的高耐磨、高硬度、高韧性以及抗高冲击性能的目的，从而延长了产品的的使用寿命，节约了能耗以及原材料的消耗，降低了运营成本。
【具体实施方式】
[0010]以下通过【具体实施方式】进一步描述本发明，由技术常识可知，本发明也可通过其它的不脱离本发明技术特征的方案来描述，因此所有在本发明范围内或等同本发明范围内的改变均被本发明包含。
[0011]实施例1:
按照如下方法制备超抗磨高铬多合金磨球:
(I)对100公斤钢铁进行成分检测，根据检测结果，其C、S、P的含量均在要求的范围之内，含有的其他元素的种类符合要求，且含量均未超标，在检测合格的钢铁中加入24公斤含铬量为58%的铬铁，送入熔炼炉中进行升温熔炼，当铁水温度达到1460°C时，取样进行化学成分分析，C:2.12%, Si:0.56%,Mn:0.53%,P:0.031%, S:0.022%,Cr:11.6%、Mo:0.11%、B:0.0085%、Ti:0.021%, V:0.097%，所有成分含量均在要求的范围内，无需微调，当温度达到1530°C时，依次进行沉淀脱氧和终脱氧；(2)将步骤(1)中脱氧的钢水冷却至1500°C，向熔炼炉内撒入500克集渣剂并扒净炉内渣后，加入0.04公斤烘烤过的含硼量为18%的硼铁、0.22公斤烘烤过的含钥量为55%的钥铁和0.08公斤烘烤过的含钛量为30%的钛铁，继续熔炼3分钟，完成炉内一次变质处理，经终脱氧后出炉；
(3)二次变质剂的配制:取100克工业硝酸钾、370克经150°C烘烤的稀土硅铁合金、27克经150°C烘烤的稀土镁硅铁合金混合均匀配制成二次变质剂，其中所述稀土硅铁合金的粒度为8_，稀土的重量百分比为21% ;所述稀土镁硅铁合金的粒度为6_，稀土的重量百分比为8%，镁的重量百分比为7% ；
(4)在1520°C下，用步骤(3)中所得的二次变质剂对步骤(2)中经一次变质处理后的铁水用包内冲入法进行二次变质处理，其中，所述二次变质剂与铁水的重量比为1:250 ；
(5)向经二次变质处理的铁水中加入100克集渣剂并扒净包内渣子2~3次，随后再撒入50克集渣剂，在10分钟浇注到抗磨高铬多合金磨球的模具内，得到抗磨高铬多合金磨球的铸件；
(6)将铸件升温至960°C，进行高温油淬，在350°C下回火，其中，所述高温淬火的保温时间为每25mm壁厚保温I小时，所述回火的保温时间为每25mm壁厚保温2小时，得到抗磨高铬多合金磨球的成品。
[0012]实施例2:
按照如下方法制备履带板:
(1)对60公斤钢铁进行成分检测，根据检测结果，其C、S、P的含量均在要求的范围之内，含有的其他元素的种类符合要求，且含量均未超标，在检测合格的钢铁中加入17公斤含铬量为58%铬铁，送入熔炼炉中进行升温熔炼，当铁水温度达到1460°C时，取样进行化学成分分析，分析结果为 C:2.74%、Si:0.48%、Mn:0.54%、P:0.031%、S:0.032%、Cr:12.35%、Mo:0.07%、B:0.0044%、T1:0.017%，V:0.061%，所有成分含量均在要求的范围内，无需微调，当温度达到1500°C时，依次进行沉淀脱氧和终脱氧；
(2)将步骤(1)中脱氧的钢水冷却至1480°C，向熔炼炉内撒入500克集渣剂并扒净炉内渣后，加入0.03公斤烘烤过的含硼量为18%硼铁、0.20公斤烘烤过的含钥量为55%的钥铁和0.07公斤烘烤过的含钛量为30%钛铁，继续熔炼3分钟，完成炉内一次变质处理，经终脱氧后出炉；
(3)二次变质剂的配制:取60克工业硝酸钾、225克经150°C烘烤的稀土硅铁合金、15克经150°C烘烤的稀土镁硅铁合金混合均匀配制成二次变质剂，其中所述稀土硅铁合金的粒度为8_，稀土的重量百分比为21% ;所述稀土镁硅铁合金的粒度为6_，稀土的重量百分比为8%，镁的重量百分比为7% ；
(4)在1520°C下，用步骤(3)中所得的二次变质剂对步骤(2)中经一次变质处理后的铁水用包内冲入法进行二次变质处理，其中，所述二次变质剂与铁水的重量比为1:250 ；
(5)向经二次变质处理的铁水中加入100克集渣剂并扒净包内渣子2~3次，随后再撒入50克集渣剂，在10分钟浇注到履带板的模具内，得到履带板的铸件；
(6)将铸件升温至960°C，进行高温油淬，在350°C下回火，其中，所述高温淬火的保温时间为每25mm壁厚保温I小时，所述回火的保温时间为每25mm壁厚保温1.5小时，得到履带板的成品。
[0013]对比实施例:
采用市场上购买的与实施例中相同规格的现有磨球作为对比实施例。
[0014] 性能测试
1、硬度测试
采用型号为HR-150A的洛氏硬度计对实施例以及对比实施例1中的磨球进行硬度测试，测试结果如表1所示。
[0015]表1:
【权利要求】
1.一种耐磨金属材料，其特征在于，按重量百分比含有以下组分:2.0%~3.0%的C、0.30% ~1.00% 的 Si,0.20% ~1.00% 的 Mn、11.00% ~14.00% 的 Cr,0.05% ~0.20% 的 Mo、0.003% ~0.010% 的 Β、0.010% ~0.030% 的 T1、0.05% ~0.15% 的 V 以及余量的 Fe 为原料，其中，Ti和B的重量比大于2.5，V和Ti的重量比大于3。
2.—种加工权利要求1所述的耐磨金属材料的复合变质加工工艺,其特征在于,包括以下步骤: (1)对钢铁进行成分检测，选取C、P、S含量合格的钢铁为主料，再按权利要求1所述的比例范围加入铬铁，送入熔炼炉中进行升温熔炼，当铁水温度达到1480~1500°C时，取样进行化学成分分析，并通过微调以控制各成分的重量百分比，当温度达到1540~1560°C时，依次进行沉淀脱氧和终脱氧； (2)将步骤⑴中脱氧的钢水冷却至1510~1520°C，向熔炼炉内撒入集渣剂并扒净炉内渣后，按权利要求1所述重量比加入经200°C烘烤过的粒度为5~1mm的硼铁、钥铁和钛铁，继续熔炼3~5分钟，完成炉内一次变质处理，经终脱氧后出炉； (3)二次变质剂的配制:按重量百分比取工业硝酸钾20%、经150°C烘烤的稀土硅铁合金75%、经150°C烘烤的稀土镁硅铁合金5%混合均匀配制成二次变质剂，其中所述稀土硅铁合金的粒度为I~10mm，稀土的重量百分比为20~2% ;所述稀土镁硅铁合金的粒度为2~8mm，稀土的重量百分比为6~9%，镁的重量百分比为6~8% ； (4)在1540~1560°C下，用步骤(3)中所得的二次变质剂对步骤(2)中经一次变质处理后的铁水用包内冲入法进行二次变质处理，其中，所述二次变质剂与铁水的重量比为1:260 ~1:250 ; (5)向经二次变质处理的铁水中加入集渣剂并扒净包内渣子2~3次，随后再撒入一层集渣剂，并在15分钟以内浇注完毕，得到铸件； (6)将铸件升温至930~960°C，进行高温淬火，在340~360°C下回火，其中，所述高温淬火的保温时间为每25_壁厚保温I小时，得到成品。
3.根据权利要求2所述的复合变质加工工艺，其特征在于:所述高温淬火选自空淬或油淬。
【文档编号】C22C37/10GK104178685SQ201410388805
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年8月8日 优先权日:2014年8月8日
【发明者】姬胜国 申请人:无棣向上机械设计服务有限公司