多元耐磨高硼合金钢及其制备方法_3

文档序号:9560775阅读:来源:国知局
N4和含氮铬铁; 所述的变质孕育剂为稀土 Ce、Y、氧化钾、硅钙钡合金。
[0017] 有益效果 与现有技术相比,本发明具有如下优点: 1、本发明由于采用廉价的工业BC、B203、BN取代硼铁为供硼源,硼的加入量偏差波动 小,且减少了钢水冶炼时含硼合金的添加量,提高了硼的收的率;由于采用喂线工艺或者插 管工艺添加硼,使每个细小的供硼源颗粒都可以得到钛和变质孕育剂的充分保护,减少了 硼在钢水中的氧化,硼的损失小回收率高,硼的回收率稳定在93%以上,降低了成本。
[0018] 2、本发明的多元耐磨高硼合金钢,通过在基体中添加奥氏体化合金元素锰,使其 形成含硼亚稳奥氏体基体,形成铸态奥氏体组织,通过采用微量元素变质处理使铁一硼合 金中硼化物团球化,使Fe-Cr-B合金组织中原先呈连续地、网状分布的硼化物M2B转变为孤 立的团球状均匀地分布在基体上,从而大幅度的提高材料的冲击韧性。在冲击磨损条件下, 奥氏体组织因摩擦形变产生大量位错、层错而诱发马氏体相变,使硬度急剧升高而抗磨。而 且,次表层的奥氏体易于变形,从而减缓了疲劳裂纹的产生和发展,尤其是降低了硼化物、 碳化物断裂和剥落的程度。使硼化物、碳化物和奥氏体双相组织在磨损过程中互相支撑,相 得益彰,从而使其达到高硬度材料的水平并保持有足够高的强韧性和高抗冲击耐磨性、抗 冲刷腐蚀性能的综合性能指标,从而实现其在高冲击磨损工况下等高可靠性磨损领域的工 业化应用。
[0019] 3、本发明的多元耐磨高硼合金钢由于采用廉价的硼取代昂贵的镍等合金,生产成 本低,可比高铬铸铁降低生产成本30~50%,通过添加钼、镍、钒、钨可形成碳化物、氮化物、 硼化物和碳-硼化物的添加元素,形成多元耐磨高硼合金钢,提高了材料的抗磨损性能,使 本发明的多元耐磨高硼合金钢具有良好的抗断裂韧性、耐热疲劳性和抗热冲击性能。
[0020] 4、本发明的多元耐磨高硼合金钢由于基体中含碳量低,因而具有较高的耐冷热疲 劳性、抗断裂韧性和抗热冲击性能,可以满足热作工况对模具材料的要求。
[0021] 5、本发明的多元耐磨高硼合金钢由于含有大量的高硬度硼化物,除了改善淬透性 外,可以大幅度的提尚耐磨性能,可比尚络白口铸铁提尚30~50%。
[0022] 6、本发明的多元耐磨高硼合金钢由于含有大量的铬,具有良好的抗氧化性能、耐 腐蚀性能。
[0023] 7、本发明的多元耐磨高硼合金钢可以采用普通电炉熔炼,原料选用普通废钢、铬 铁、铜板、锰铁、硅铁、硼铁直接生产,采用钛铁、铈基稀土和含氮物质及碱金属钾进行包内 冲入法复合变质孕育处理。经变质处理后的合金中的硼化物呈孤立的团球状均匀地分布在 强韧性好的马氏体基体上,使冲击韧性得到明显的改善,冲击韧性ak达到10~12J/cm2, 较之变质处理前提高约30%,生产工艺简便。
[0024] 8、本发明的多元耐磨高硼合金钢具有很好的流动性和铸造成性能,可以采用普通 砂型铸造、消失模铸造、失蜡精密铸造、金属型铸造和树脂砂型铸造、离心复合铸造等方法 成型,铸件不易沾砂,浇冒口易于清理,可以直接铸造成各种形状的产品。
[0025] 9、本发明的多元耐磨高硼合金钢可以在700~780°C下进行淬火,使其基体形成 亚稳奥氏体组织,使合金硬度降低到30~35HRC以下,以便于进行机械加工;可以在920~ 1150Γ范围内的温度下进行热处理,使其硬化以形成亚稳奥氏体,然后采用空冷硬化,以便 在合金基体中形成马氏体组织,还可以将热处理后的材料在150~200°C进行回火处理,使 合金硬化后的硬度达到HRC50~65,硬度变化范围大,可以满足不同工况的使用要求,热处 理工艺简单,成本低廉。
[0026] 10、本发明的多元耐磨高硼合金钢具有良好的可焊接性、可气割性能。
[0027] 11、本发明的多元耐磨高硼合金钢适用范围广,可以广泛应用汽车、摩托车、农机 和机械制造等工业生产中的压力铸造、挤压铸造、重力铸造、锻造成型等所需的热作模具; 应用于冶金乳辊、玻璃成型模具、泥浆栗栗壳和叶轮、焊管挤压辊、铜精锻模具、热镦模具和 铜压铸模具、铝压铸模具、耐火砖成型模具、破碎机锤头、磨辊、球磨机衬板等领域。抗高温 性能好,高温工况下使用不软化。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合【具体实施方式】对本发明作进一步详述。
[0029] 实施例1 一种多元耐磨高硼合金钢化学成分及其质量百分比为;0. 60% C,13% Cr,0. 8% Si,4. 0% Μη,Ο. 8% Β,Ο. 9% Μο,Ο. 80% ff,0. 90% V,0. 60% Cu,0. 2% Ti, 0. 10% Ca,0. 09% Ce, 0. 12% Y, 0. 08% N,0. 07%K,S〈0. 03%, P〈0. 04%,余量为Fe和不可避免的杂质元素。
[0030] 其制造工艺步骤是: (1) 供硼剂和变质孕育剂制造: 将钒铁、钛铁、氧化钾、硅钙钡合金、含氮铬铁破碎成60~100目的粉末,将60~100 目的BC、BN、B203、Si3N4和变质元素稀土 Ce、还原剂稀土硅铁一起按照质量百分比0. 60% B,0.3% Ti, 0.10% V,0.10% Ca,0.08% Ce, 0.06% Ν,0·07%Κ 配比后混合均匀,采用厚度 0. 15mm低碳钢钢带包装,滚乳成直径10mm金属包芯线,或者直接装入低碳钢管中; (2) 冶炼 将废钢、络铁在电炉中恪化,钢水恪清后加入铜板、娃铁、猛铁、钥铁、妈铁、I凡铁,控制 碳含量达到要求,炉前调整成分合格后,将熔体温度升高至1560°c,加入硅钙合金进行预脱 氧,加入铝终脱氧; (3) 加硼和变质孕育处理 将(1)所制造的供硼剂和变质孕育剂金属包芯线通过喂线机,按照所需质量百分比含 量加入到冶炼好的钢水中加硼和变质孕育处理,或将(1)所制造的供硼剂和变质孕育剂钢 管,按照所需质量百分比含量添加到冶炼好的钢水中加硼和变质孕育处理,或者直接添加 到钢包内浇注的钢水中进行加硼和变质孕育处理; (4) 浇注成型 将经处理好的钢水在砂型或金属型内浇注成铸件,或在离心机上采用离心复合铸造法 浇注成外层为高硼高铬耐磨合金钢,内层为铸铁、合金铸铁、球墨铸铁或低合金钢的双金属 复合材料,熔体浇注温度1420°C ; (5) 热处理 ① 铸件清理后,在750°C温度下保温4小时进行亚临界空淬,将基质分解成铁素体和碳 化物的混合体,使其基体形成亚稳奥氏体组织,并使其硬度降低到30~35HRC,以便于进行 机械加工; ② 铸件清理后,或经机械加工后,将铸件或加工件在950°C保温2小时进行热处理,使 其硬化以形成亚稳奥氏体,然后进行空冷到室温,以便在合金基质中形成马氏体显微组织, 经过该热处理工艺处理后的材料的硬度可以达到HRC50~65 ; ③ 将热处理后的材料在150~200°C进行回火处理,回火保温时间2 - 4小时,随炉空 冷至室温,以进一步调整硬度; 所述的供硼剂为工业BC、B203、BN,其中BC含量为50%,其中B20 3含量为30%,BN含量 为 20% ; 所述的b203供硼剂为工业硼砂或者硼酸经脱水后制得,采用剂稀土和硅铁在钢水中直 接还原成B ; 所述的N源为Si3N4和含氮铬铁; 所述的变质孕育剂为稀土 Ce、氧化钾、硅钙钡合金; 表1多元耐磨高硼合金钢力学性能
实施例2 一种多元耐磨高硼合金钢化学成分及其质量百分比为;1.0% C,15% Cr,1.0% Si,4. 4% Mn,1· 4% B,1· 5% Μο,2· 2% W,2. 0% V,1· 0% Cu,0. 5% Ti,0. 20% Ca,0. 15% Ce,0· 15% Υ,0· 12% N,0. 10%K,S〈0. 03%,P〈0. 04%,余量为Fe和不可避免的杂质元素。
[0031 ] 其制造工艺步骤是: (1) 供硼剂和变质孕育剂制造: 将钒铁、钛铁、氧化钾、硅钙钡合金、含氮铬铁破碎成60~100目的粉末,将60~100 目的队、818203、3丨#4和变质元素稀土〇6、还原剂稀土硅铁一起按照质量百分比1.20%8, 0· 5% Ti, 0· 20% V,0. 20% Ca,0. 15% Ce, 0· 12% N,0· 10%K 配比后混合均匀,采用厚度 0· 18mm低碳钢钢带包装,滚乳成直径13mm金属包芯线,或者直接装入低碳钢管中; (2) 冶炼 将废钢、络铁在电炉中恪化,钢水恪清后加入铜板、娃铁、猛铁、钥铁、妈铁、I凡铁,控制 碳含量达到要求,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 进行预脱氧,加入铝终脱氧; (3) 加硼和变质孕育处理 将(1)所制造的供硼剂和变质孕育剂金属包芯线通过喂线机,按照所需质量百分比含 量加入到冶炼好的钢水中加硼和变质孕育处理,或将(1)所制造的供硼剂和变质孕育剂钢 管,按照所需质量百分比含量添加到冶炼好的钢水中加硼和变质孕育处理,或者直接添加 到钢包内浇注的钢水中进行加硼和变质孕育处理; (4) 浇注成型 将经处理好的钢水在砂型或金属型内浇注成铸件,或在离心机上采用离心复合铸造法
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