~50%。②采用镧铈混合稀土、钛、钙、锶、钡、铝等元素 细化凝固组织，减轻元素偏析，改善碳化物形态和分布，提高含硼高铬耐磨铸铁的强度和韧 性，其中抗拉强度超过580MPa，冲击韧性大于IOJ / cm2,硬度大于62HRC。③采用硅-钙 合金脱氧，铝终脱氧，同时采用钛固定铁液中的氮，稳定并提高了硼元素的收的率，硼的收 的率大于92%，比普通方法提高硼收的率10%以上，使含硼高铬铸铁性能稳定。④该含硼高 铬铸铁具有优异的耐磨性，达到甚至超过了含钼、镍高铬白口铸铁水平。但该含硼高铬耐磨 铸铁由于含硼量小（〇. 15~0. 3%)，合金中的硼化物含量少，使其耐磨性能仍然较低；由于 含硼高铬耐磨铸铁中的碳含量高（2. 5~3. 5%C)，使其韧性较低，在重载、大冲击磨损工况 下使用其安全性能差；由于采用较多的合金进行变质处理，造成变质处理工艺复杂，成本增 加。
[0008] 中国发明专利CN 101660097B公开了高硼高铬低碳耐磨合金钢及其制备方法，其 特征在于高硼高铬低碳耐磨合金钢的化学成分为(重量％):〇. 10~0. 5% C，3~26% Cr， 0· 5 ~I. 2% Si，0. 5 ~L 5% Μη，0· 3 ~2. 8% B，0· 3-2. 6% Cu，0. 2-0. 6% Ti, 0· 02-0. 15% Ca，0. 03-0. 25% Ce, 0· 02-0. 18% Ν，0· 05 ~0· 3% Nb，0. 04 ~0· 09% Α1，0· 02 ~0· 15% Mg， 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。该专利虽然经营硬 度高、耐磨性和热稳定好的高含量的硼化物和高含量的具有高硬度的铬及铬的碳化物作为 耐磨合金的硬质相，硼化物镶嵌在髙韧性的马氏体基体上，获得具有髙强韧性、高耐磨性， 不含镍和钼元素的低成本高硼高铬低碳耐磨合金钢。但是该材料在高冲击应力工况下的强 韧性仍然不足，从而限影响了该材料工业化应用。
[0009] 含硼高铬铸铁尽管具有良好的耐磨性能，但是硼元素的加入造成碳化物数量和硼 化物数量的增加，将引起高铬铸铁合金的韧性降低，如果要提高韧性则需加入钼、镍等昂贵 合金元素，使生产成本增加。因此，含硼高铬铸铁虽然在国内外均进行了研究，但由于其强 度和韧性未有得到解决，致使其一直未能得到广泛推广和应用。
[0010] 众所周知，材料在巨大局部载荷作用下不损坏的关键是具有韧性好的基体。为此， 近年来，国内外开展了奥氏体高铬铸铁的研究和开发，已取得了较好的应用效果。亚稳奥氏 体基耐磨材料在使用中的一个显著特点就是具有加工硬化性能。此种材料工作时，奥氏体 基体可承受局部冲击，且产生一定的加工硬化效果，在较大的冲击力或摩擦力作用下，处于 亚稳状态下的奥氏体基耐磨材料表层发生塑性变形，诱发材料表面组织中的奥氏体向马氏 体转变，产生强烈的加工硬化现象，使材料表层不断的层层硬化，硬度比使用前急剧提高。 根据冲击摩擦能量大小的不同，表层硬度约提高HRC(5~15)个单位。同时由于硼化物颗粒 增强耐磨材料心部仍保持奥氏体组织所有的强韧性，能抑制裂纹的扩展作用，降低了硼化 物颗粒增强耐磨材料的破裂和剥落倾向，尤其是降低了硼化物、碳化物断裂和剥落的程度， 极大地提高了合金的抗冲击磨损能力。可以说，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。具有这样显微组织的材料能够承受恶劣的工作条件。在合适的工作条 件下，其抗磨性可达到甚至超过热处理状态的马氏体白口铸铁。
[0011] 由于亚稳奥氏体塑性变形能力较好，它与碳化物界面的结合强度也较高，同时在 冲击作用下，由于能产生加工硬化而使材料表面硬度提高，从而起到支撑和保护碳化物的 作用。而马氏体基体由于变形能力小，抵抗裂纹扩展能力差，当物体在马氏体表面发生磨损 时，材料表面局部区域受很大应力，极易使裂纹扩展，对硬脆的硼化物和碳化物破坏作用很 大。在冲击和凿削作用下极容易产生疲劳剥落和脆性剥落致使失重量增大，这时需要提高 材料的显微韧性，增加局部应力集中的缓和能力才可以提高耐磨性。因此，在冲击磨损条 件下，马氏体基体材料的耐磨性不如奥氏体基体的好。
[0012] 但是，铸造合金所形成的奥氏体基体的亚稳状态，与碳钢的残余奥氏体不同，它要 具有一定的相对稳定性，而在摩擦磨损时表层又易于形变诱发马氏体相变。同时，这种合金 还有较高的冲击韧性。
[0013] 更为重要的是，当耐磨材料的奥氏体组织处于亚稳状态时，在摩擦磨损过程中， 表层奥氏体基体产生大量位错和层错。不同滑移系中的位错相互交截、缠结、制约着彼此运 动，从而形成位错丛聚，构成亚晶界位错墙。而位错丛聚区及层错区也正是α马氏体和 ε 马氏体的形核地，在摩擦应力作用下，表层亚稳奥氏体在磨损过程中诱发（α + ε)马氏体 相变，从而磨损表面以形成α马氏体为主，次表层以形成ε马氏体为主，使表层硬度得以 大幅度提高，远远大于普通奥氏体加工硬化所达到的硬度。并且形成一个从表层向心部的 负的硬度梯度，增强了合金的抗冲击磨损能力。另外，由于合金中的奥氏体基体处于亚稳 状态，当表面诱发相变马氏体硬化层磨掉之后，下面的奥氏体在摩擦应力作用下继续诱发 相变马氏体产生。从能量角度来看，表层亚稳奥氏体在磨损过程中诱发马氏体相变，必然要 吸收和消耗部分能量。这样，就造成磨损破裂的畸变能中有一部分消耗于这种组织转变，从 而使材料磨损减少，即材料耐磨性提高。
【发明内容】
[0014] 本发明的目的在于解决现有技术中的不足，提供一种以硬度高、耐磨性好，并具有 高强韧性、高硼化物含量的具有高硬度的铬及铬的碳化物作为耐磨合金的硬质相，硼化物 镶嵌在髙韧性的马氏体基体上，获得具有髙强韧性、高耐磨性，不含镍和钼元素的低成本一 种抗冲击高硼中铬耐磨合金及其制造方法。
[0015] 为实现上述目的，本发明可以通过以下基本化学成分的设计和技术方案来实现： 0· 10 ~0· 60% C，6. 0 ~13. 0% Cr，0· 4 ~L 0% Si，3. 2 ~5. 8% Μη，0· 4 ~3. 0% Β，0· 3 ~ 1. 70% Cu，0. 20 ~0. 90% Ti, 0. 05 ~0. 25% Ca，0. 03 ~0. 3% Ce, 0. 02 ~0. 18% Ν，0. 07 ~ 0. 4% Nb，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。
[0016] 本发明所提供的一种抗冲击高硼中络耐磨合金及其制造方法，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、铌铁、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 -起按照质量百分比0. 4~3. 0% B， 0. 20 ~0. 90% Ti, 0. 05 ~0. 25% Ca，0. 03 ~0. 3% Ce, 0. 02 ~0. 18% N，0. 07 ~0. 4% Nb， 0. 04~0. 13%K，配比后混合均匀，采用厚度0. 12~0. 25mm低碳钢钢带包装，滚乳成直径 8~15_金属包芯线，或者直接装入低碳钢管中； (2) 冶炼 将废钢、铬铁在电炉中熔化，钢水熔清后加入铜板、硅铁、锰铁，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 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1400~1450°C ; (5) 热处理 ① 铸件清理后，在700~780°C温度下保温4 一 6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920~1150°C保温2 - 4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50~60%，其中B2O 3含量为20~30%， BN含量为10~20% ; 所述的B2O3供硼剂为工业硼砂或者硼酸经脱水后