一种铁-铝-硼耐磨合金及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明公开了一种耐磨合金及其制备方法，特别涉及一种铁-铝-硼耐磨合金及 其制备方法，属于耐磨材料技术领域。
【背景技术】
[0002] 耐磨材料在国民经济中具有十分重要的地位。常用耐磨材料主要是高锰钢、高铬 铸铁和镍硬铸铁，高锰钢只有在强烈冲击工矿下，发生奥氏体向马氏体转变，才会表现出有 优异的耐磨性，而高铬铸铁和镍硬铸铁中含有价格昂贵的镍、钼、钒、铌等合金元素，导致生 产成本高，市场竞争力弱。在此基础上，国内外以廉价的硼为主要合金元素，开发成功了 高硼耐磨合金。中国发明专利CN104611627公开了一种高硼耐磨复合锤头的制备方法， 其特征在于，包括以下步骤：（1)先在电炉内熔炼锤柄材料低碳贝氏体钢，锤柄材料低碳贝 氏体钢的化学组成及其质量分数是：0. 18~0. 24% C, 2. 85~3. 00% Mn, 1. 30~1. 60% Si, 0? 02 ~0? 06% N, 0? 003 ~0? 006% B, 0? 03 ~0? 07% Nb, 0? 008 ~0? 015% Ca, 0? 008 ~ 0? 015% Ba, 0? 02~0? 05% Y,〈0? 03% S,〈0? 04% P,余量Fe,并在铸型中浇注成低碳贝氏 体钢锤柄预制件；在低碳贝氏体钢锤柄预制件待与锤端接触部位，直接铸出两个直径的圆 形通孔，圆形通孔中心间距100~130mm，圆形通孔位于锤柄预制件中心轴线上，且圆形通 孔的轴垂直锤柄预制件中心轴；(2)带圆形通孔的低碳贝氏体钢锤柄预制件经清沙、打磨 后，对待与锤端接触部位先进行喷砂毛化，使其表面粗糙度达到250~350 y m，然后用稀 盐酸浸洗，除去表面杂质及氧化皮，并在酒精中漂洗干净，取出自然干燥，再在其表面涂覆 一层硼砂，然后将锤柄预制件置于铸型中，并浇注锤端材料高硼耐磨合金熔液，锤端材料高 硼耐磨合金熔液的化学组成及其质量分数是：1. 2~1. 6 % B，0. 8~1. 0% C，6. 0~6. 5% Cr，0? 2 ~0? 5 % Si, 2. 2 ~2. 4 % Mn，0? 60 ~0? 75 % Ti，0? 08 ~0? 15 % Ce，1. 0 ~1. 2 % A1，S〈0. 035%，P〈0. 040%，余量Fe，高硼耐磨合金熔液浇注温度1480~1520°C，高硼耐 磨合金熔液浇注完毕4~8小时后，开箱空冷铸件，铸件经清砂、打磨后，在加热炉内加热 至920~950°C，保温1~3小时后，出炉风冷铸件，当温度降至150°C以下时，重新将铸件 入炉加热至420~450°C，保温8~12小时后，炉冷至温度低于120°C后，出炉空冷至室温， 即可获得高硼耐磨复合锤头。中国发明专利CN 104099523还公开了一种叶轮用高碳高硼 耐磨钢，所述耐磨钢各组分按质量分数如下：C :0. 65~1. 0% ;Si :0. 3~0. 8% ;Mn :1. 0~ 1. 5% ;Cr :1. 0 ~2. 0% ;B :0? 4 ~0? 8% ;P :0 ~0? 04% ;S :0 ~0? 04% ;Ti :0? 05 ~0? 2% ; 余量为Fe ;并按以下方式进行制备：S1 :按质量分数称取各原料，熔炼后进行浇注成型，得 到耐磨钢半成品；S2 :将S1中获得的耐磨钢半成品入炉升温至270~290°C保温115~ 125min后，升温至640~670°C保温230~250min后，升温至1000~1KKTC保温200~ 220min后，在油温为110~130°C的淬火油中进行油淬，淬火时间为12~15min，油淬后放 入保温炉中以20~100°C /h的升温速率从室温~100°C升温至375~385°C保温470~ 490min后，470~490min缓慢降温至室温，得到耐磨钢。中国发明专利CN 104073727还公 开了一种无Mo高硼高娃耐磨合金及其韧性改善方法，属于钢铁材料技术领域。该发明的高 硼高硅耐磨合金的化学成分及重量百分比为：〇. 4~0. 8% C，1. 6~3. 0% Si，0. 6~1. 6% 皿11，0.0~2.0%0,0.1~2.0%8,0.05~0.15%〇6，？<0.04%，5<0.04%，余量为卩6。 合金采用电炉熔炼。其韧化方法在于：1)加入钛铁合金对铸态硼化物进行变质，将其由连 续网状分布变为独立分布；2)将合金铸件在350~450°C的盐浴中进行热处理，得到残余奥 氏体-无碳化物贝氏体双相组织基体，其中残余奥氏体的量控制在5~15%。中国发明专利 CN 103667897还公开了一种栗输送管用高硼合金钢材料，其含有的化学元素成分及其质量 百分比为：碳 0. 2-0. 4、硅 0. 7-1. 1、锰 3. 2-3. 4、硼 0. 1-0. 25、钛 1. 0-1. 3、钼 0. 12-0. 14、铝 0? 8-1. 2、镁2. 3-2. 5、Zr0.0 4-0. 07、S彡0? 04、P彡0? 04、余量为铁。该发明在中低碳钢的 基础上添加硼、镁、锰等元素，使合金具有高的强度、硬度和韧性、耐热疲劳性和耐磨性好。
[0003] 中国发明专利CN 103627982还公开了一种高硼强耐磨锤头用合金材料，其含 有的化学元素成分及其质量百分比为：碳1. 6-1. 9、硅1. 9-2. 2、锰1. 2-1. 5、硼0. 7-0. 9、 TmO. 10-0. 13、Yb0.0 3-0. 05、Be0. 02-0. 04、S 彡 0? 05、P 彡 0? 05、余量为铁。该发明使用 了硼、 Be、Tm等元素，代替了铬，使得合金不仅硬度高、耐磨性好、耐腐蚀、而且热性较好，耐冲击性 能好。中国发明专利CN 103556064还公开了一种亚稳奥氏体高硼高铬低碳耐磨合金钢及 其制备方法，其化学成分按重量百分比为：〇. 20~0. 5% C，12~26% Cr，0. 5~1. 2% Si， 3. 5 ~5. 5% Mn，0. 3 ~3. 2% B，0. 3-2. 4% Cu，0. 2-0. 6% Ti，0. 05-0. 25% Ca，0. 03-0. 3% Ce，0. 02-0. 18% N，0. 05 ~0. 3% Nb，0. 04 ~0. 09% A1，0. 1 ~0. 5% SiMgRe，0. 04-0. 13% K，S< ;0. 03%，P< ;0. 04%，余量为Fe和不可避免的杂质元素。废钢、铬铁熔化后加入 铜板、硅铁、锰铁，炉前调整成分合格后，将熔体温度升至1560-1620°C，加入硅钙合金和铝 脱氧，依序加入钛铁和硼铁熔化出炉；将小于12mm的颗粒状稀土镁合金和金属铈、Si 3N4、 VN、Nb和K所组成的复合变质孕育剂经烘烤后放在钢水包底部，用包内冲入法对冶炼好的 钢水进行变质孕育处理，钢水浇注温度为1400~1450°C ;铸件在700~780°C温度下保温 4-6小时进行亚临界空淬，即可得到该发明合金钢。中国发明专利CN103526106还公开了一 种高性能无铬高硼铸铁复合材料及其制备方法，属于钢铁耐磨材料领域。合金的化学成分 为（重量百分比）为：C0.43 ~0.58%，B1. 1 ~4.6%，Si0.65 ~0.9%，Mn0.55 ~1. 1%， Ce0.0 2~0.21 %，S0. 02~0.05%，P0. 04~0.09%，其余为Fe以及不可避免的微量杂 质，硬度为45HRC~58HRC，冲击韧性为20J~10J。中国发明专利CN103498107还公开了 一种耐高温高硼高铬低碳耐磨合金钢及其制备方法，其化学成分按重量百分比为：〇. 10~ 0? 5% C，3 ~26% Cr，0. 5 ~4% W，0. 5 ~1. 2% Si，0. 5 ~1. 5% Mn，0. 7 ~3. 5% B，0. 3 ~ 2. 6% Cu，1. 5%~2. 4% A1，0. 8 ~1. 6% Ti，0. 02 ~0? 15% Ca，0. 03 ~0? 25% Ce，0. 02 ~ 0? 18 % N，0? 05 ~0? 3 % Nb，0? 12 ~0? 25 % Mg，0? 04 ~0? 13 % K，0? 05 ~0? 12Ca，0? 06 ~ 0. 15Ba，S < 0. 03%，P < 0. 04%，余量为Fe和不可避免的杂质元素。废钢、铬铁在电炉中熔 化后加入铜板、硅铁、锰铁，炉前调整成分合格后，将熔体温度升高至1560-1620°C，加入硅 钙合金和铝脱氧，然后加入钛铁、硼铁和金属铝熔化出炉；将小于12mm的颗粒状稀土镁合 金和金属铈、Si 3N4、VN、Nb和K所组成的复合变质孕育剂经烘烤后放在钢水包底部，用包内 冲入法对冶炼好的钢水进行变质孕育处理，钢水浇注温度为1400~1450°C ;铸件经920~ 1150 °C保温2-4小时后空冷
[0004] 但是普通高硼耐磨合金都要进行淬火处理才能获得高硬度和优异的耐磨性，而淬 火处理不仅增加能耗，且加热和保温过程中极易氧化，且工件易变形，并在快速淬火冷却过 程中极易开