专利名称：一种高抗磨稀土钛合金材料及其热处理方法
技术领域：
本发明涉及一种钛合金材料，尤其是涉及一种高抗磨稀土钛合金材料及其热处理 方法，属于金属耐磨材料技术领域。
背景技术：
磨损是工件失效的主要形式之一，会造成能源和原材料的大量消耗，据不完全统 计，能源的1/3 1/2消耗于各种生产过程的摩擦与磨损。冶金、电力、水泥、矿山等行业广 泛使用各种耐磨件，因其磨损条件恶劣，对耐磨材料的要求提出了很大的考验。目前采矿、 冶金、水泥、电力等行业中耐磨件的材质大都采用普通高锰钢或中低合金钢，其具有较高的 冲击韧性，但其硬度较低，耐磨性能并不是太好，耐磨件的使用寿命偏低。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种高抗磨稀土钛合金材料及其热处理方 法，能够有效地解决目前采矿、冶金、水泥、电力等行业中耐磨件耐磨性能差，使用寿命偏低 的问题。本发明的目的是这样实现的一种高抗磨稀土钛合金材料，其特点是所述钛合金材料各合金元素重量百分比 构成如下c 0. 35 0. 5%、Cr 4. 5 5. 5%,Ni 0. 3 0. 8%,MoO. 3 0. 8%、Ti 0. 2 0. 5%, Si 0.5 1.0%、Mn 0. 6 1. 2%、P 彡 0. 035%、S 彡 0. 035%、Y 0.3 0.5%、Fe 余量，各组分重量百分比之和为100%。本发明的设计依据如下碳(C)碳是合金中的主要元素，碳在金属组织中扩大Y相区，降低Ms点，提高淬 透性，含碳量增加，材料硬度和强度会提高，但塑性和冲击韧性降低，含碳量降低，韧性会增 加，但耐磨性能会不够，为了获得一定的冲击韧性又具有足够的硬度和强度，选择C含量为 0. 35 0. 5%。铬(Cr)铬是本合金材料的主要元素，它能固溶于铁素体中产生固溶强化效应， 且铬具有较高的回火抗力，使厚截面硬度均勻，与Si和Mn合理搭配可大幅度提高淬透性和 耐磨性，选择Cr含量为4. 5 5. 5 %。镍(Ni)加入镍元素可提高合金的稳定性、韧性和淬透性，镍与钼、铬等元素共同 作用，使得合金对温度的敏感性减少，也具有一定的耐蚀性，选择Ni含量为0. 3 0. 8%。钼(Mo)加入少量的钼元素能提高合金的淬透性，提高合金的抗晶间腐蚀能力， 也有一定的耐磨性能，选择Mo含量为0. 3 0. 8%。钛(Ti)钛元素能细化晶粒，消除柱状晶，提高合金材质的力学性能和耐磨性，选 择Ti含量为0.2 0.5%。锰(Mn)锰能提高淬透性，但Mn是过热敏感元素，加热温度高会引起晶粒粗大，增 加回火脆性，增加残余奥氏体量，对耐磨性能不利，选择Mn含量为0. 6 1. 2%。
硅(Si)硅固溶在铁素体中提高钢的屈服强度、屈服比和硬度，当硅含量< 1. 0% 时不会降低韧性，但当硅含量> 1.5%时，韧性会降低，会增加回火脆性，选择Si含量为 0. 5 1. 0%。磷(P):磷是合金中不能除尽得有害杂质，易引起冷脆，故应严格控制P含量 彡 0. 035%。硫(S):硫是合金中不能除尽得有害杂质，易引起热脆，故应严格控制S含量 彡 0. 035%。钇(Y)稀土元素钇加入合金中能起到精炼、脱硫，中和低熔点有害杂质的作用， 与Ti和Si合理搭配可细化和钝化晶体中粗大颗粒，合金的微观组织也更加均勻，能够大幅 提高合金的硬度，增加耐磨性能，选择Y含量为0. 3 0. 5%。本发明一种高抗磨稀土钛合金材料，其热处理方法包括以下工艺过程(1)正火将工件勻称装炉，勻速升温2小时至550°C 士20°C，保温2小时，然后升 温至750°C 士 20 V，保温2. 5小时，然后再升温至960 V 士 20°C，保温3小时出炉空冷，通过 上述正火处理可以改善材料的切削性能，消除内应力；(2)淬火将正火后的工件勻称装炉，勻速升温2小时至430°C 士20°C，保温2小 时，然后升温到630°C 士20°C，保温2小时，然后升温至960°C 士20°C，保温3小时，然后将 工件调出在水池中快速冷却3分钟，再将工件调至油池中冷却5分钟，待工件冷却温度至 IOO0C 士 10°C时吊出散开，待其自然冷却，通过上述淬火处理可以增加合金硬度，提高其耐 磨性能；(3)回火将淬火后的工件勻称装炉，勻速升温至360°C 士20°C，保温6小时后随 炉冷却，通过上述回火处理可以降低合金的脆性，提高其冲击韧性。 与现有技术相比，本发明的有益效果是本发明一种高抗磨稀土钛合金材料具有硬度高，耐磨性能好的优点，能够有效提 高耐磨件的使用寿命。
具体实施例方式一种高抗磨稀土钛合金材料，所述钛合金材料各合金元素重量百分比构成如下 C 0.35 0.5%、Cr 4.5 5.5%、Ni 0.3 0.8%、Mo 0. 3 0. 8%、TiO. 2 0. 5%、Si 0. 5 1. 0%, Mn 0. 6 1. 2%, P 彡 0. 035%, S 彡 0. 035%, Y0. 3 0. 5%, Fe 余量，各组 分重量百分比之和为100%。其热处理方法包括以下工艺过程(1)正火将工件勻称装炉，勻速升温2小时至550°C 士20°C，保温2小时，然后升 温至750°C 士20°C，保温2. 5小时，然后再升温至960°C 士20°C，保温3小时出炉空冷；(2)淬火将正火后的工件勻称装炉，勻速升温2小时至430°C 士20°C，保温2小 时，然后升温到630°C 士20°C，保温2小时，然后升温至960°C 士20°C，保温3小时，然后将 工件调出在水池中快速冷却3分钟，再将工件调至油池中冷却5分钟，待工件冷却温度至 IOO0C 士 10°C时吊出散开，待其自然冷却；(3)回火将淬火后的工件勻称装炉，勻速升温至360°C 士20°C，保温6小时后随 炉冷却。
权利要求
1.一种高抗磨稀土钛合金材料，其特征在于所述钛合金材料各合金元素重量百分比 构成如下c 0. 35 0. 5%、Cr 4. 5 5. 5%,Ni 0. 3 0. 8%,MoO. 3 0. 8%、Ti 0. 2 0. 5%, Si 0. 5 1. 0%、Mn 0. 6 1. 2%、P 彡 0. 035%、S 彡 0. 035%、Y 0. 3 0. 5%、Fe 余量，各组分重量百分比之和为100%。
2.根据权利要求1所述的一种高抗磨稀土钛合金材料的热处理方法，其特征在于所 述方法包括以下工艺过程(1)正火将工件勻称装炉，勻速升温2小时至550°C士20°C，保温2小时，然后升温至 7500C 士20°C，保温2. 5小时，然后再升温至960°C 士20°C，保温3小时出炉空冷；(2)淬火将正火后的工件勻称装炉，勻速升温2小时至430°C士20°C，保温2小时， 然后升温到630°C 士20°C，保温2小时，然后升温至960°C 士20°C，保温3小时，然后将工 件调出在水池中快速冷却3分钟，再将工件调至油池中冷却5分钟，待工件冷却温度至 IOO0C 士 10°C时吊出散开，待其自然冷却；(3)回火将淬火后的工件勻称装炉，勻速升温至360°C士20°C，保温6小时后随炉冷却。
全文摘要
本发明涉及一种钛合金材料，尤其是涉及一种高抗磨稀土钛合金材料及其热处理方法，属于金属耐磨材料技术领域。所述钛合金材料各合金元素重量百分比构成如下C 0.35～0.5％、Cr 4.5～5.5％、Ni 0.3～0.8％、Mo0.3～0.8％、Ti 0.2～0.5％、Si 0.5～1.0％、Mn 0.6～1.2％、P≤0.035％、S≤0.035％、Y 0.3～0.5％、Fe余量，各组分重量百分比之和为100％，其热处理方法包括以下工艺过程(1)正火；(2)淬火；(3)回火。本发明一种高抗磨稀土钛合金材料具有硬度高，耐磨性能好的优点，能够有效提高耐磨件的使用寿命。
文档编号C21D1/18GK102071365SQ20111002839
公开日2011年5月25日 申请日期2011年1月24日 优先权日2011年1月24日
发明者曹志春 申请人:曹志春