一种高硬度的合金钢锤头材料及其制备方法
【专利摘要】一种高硬度的合金钢锤头材料，其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳1.2-1.5、硅1.3-1.6、锰8.2-9.5、铬3.7-4.1、钼0.7-0.9、钒0.3-0.5、钛0.6-0.8、硼1.0-1.2、钆0.18-0.23、Nb0.08-0.12、Sc0.04-0.06、S≤0.05、P≤0.05、余量为铁。本发明是采用中锰钢作为材质，具有较好的韧性；同时，又因其含有硼、钆、Nb、Sc、钼多种合金元素，具有高的硬度和耐磨性；本发明适用于非强烈冲击的工作条件，其使用寿命与传统的高锰钢相比能提高2~3倍。本发明精炼剂用于铸造生产，铸件中的气孔度降低1-2度，氧化夹杂物在2级左右。
【专利说明】一种高硬度的合金钢锤头材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及耐磨金属材料领域，尤其涉及一种高硬度的合金钢锤头材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]锤头材料的种类很多，最常用的是高锰钢，最初是因其硬度和耐磨性都比较高，但是现在人们发现其实不然，有些场合高锰钢锤头并不耐磨，使用寿命短，究其原因，是高锰钢要在大的冲击力的情况下才能产生高硬度的表面硬化层，而冲击力小的情况下不耐磨；还有中锰钢锤头，因其有较高的硬度和韧性，在冲击力不太大的情况下较耐用，且有磁性；高铬铸铁锤头有优良的耐磨性，但是韧性较差，易发生脆性断裂。各种材料均不能达到最理想的效果，因此寻求合理的材料，开发简单实用的工艺，在保证使用要求的前提下节省资源和能源，已成为耐磨材料领域的热点和难点。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种高硬度的合金钢锤头材料及其制备方法，该合金材料具有强度高，耐磨性好、韧性好的优点。
[0004]本发明的技术方案如下:
一种高硬度的合金钢锤头材料，其特征在于:其含有的化学元素成分及其质量百分比为:碳 1.2-1.5、硅 1.3-1.6、锰 8.2-9.5、铬 3.7-4.1、钥 0.7-0.9、钒 0.3-0.5、钛 0.6-0.8、硼 1.0-1.2、钆 0.18-0.23、Nb0.08-0.12、Sc0.04-0.06、S ≤ 0.05、P≤ 0.05、余量为铁。
[0005]所述的高硬度的合金钢锤头材料的生产方法，其特征在于:
(1)、准备生铁与废铁按1:1-2比例作为铁基质来源，将生铁加入投入炉中熔化，进行脱硫、脱氧、采用精炼剂一次精炼、添加合金成分进行合金化，再加入废铁熔化、加入精炼剂二次精炼、检测并调整化学元素成分含量至合格、浇铸、铸后热处理等；
(2)、合金化过程中向炉内投入合金元素的批次顺序为:(1)硅、钒、铬；(2)锰、硼、Nb；
(3)其他剩余成分；各批次投入元素的时间间隔为24-27分钟，投料后搅拌均匀。
[0006]所述的铸后热处理是:先由室温以210_220°C /小时速率升温至500-510°C，保温60-70分钟，再以210-220°C /小时速率升温至700_710°C，再以180_190°C /小时速率降温至600-610°C，再以210-220°C /小时速率升温至940-950°C，保温3-4小时；再以180-1900C /小时速率降温至600-610°C，保温50-60分钟，再以180-190°C /小时速率降温至490-500°C，保温50-60分钟；再以180-190°C /小时速率降温至220_230°C，保温2_3小时；再以210-220°C /小时速率升温至330-350°C，再以170_180°C /小时速率降温至220-230°C，再以210-220°C /小时速率升温至530_550°C，保温2_3小时，取出空冷即得。
[0007]所述的精炼剂由下列重量份的原料制成:工具钢粉30-40、硫酸钠2-3、硫酸铝钾1-2、二氧化硅3-4、BaC03 2-3、蛭石粉1_2、偏硅酸钠1_2、沉淀法白炭黑3_4、玉石粉3_4、蒙脱石1-2 ;制备方法是将各原料混合，加热至熔融状态，然后，浇注入纯净水中激冷，再粉碎成100-200目粉末；将所得粉末加入相当于粉末重量2-3%的硅烷偶联剂KH-550、1-2%的纳米碳粉，混合均匀后，在8-15Mpa下压制成坯，然后，在900-950°C下煅烧3_4小时，冷却后，再粉碎成150-250目粉末，即得。
[0008]本发明的有益效果
本发明是采用中锰钢作为材质，具有较好的韧性；同时，又因其含有硼、钆、Nb、Sc、钥多种合金元素，具有高的硬度和耐磨性；本发明适用于非强烈冲击的工作条件，其使用寿命与传统的高锰钢相比能提高2~3倍。本发明使用部分废铁作为原料，并经过二次精炼，合理控制铸后热处理温度，分批投放原料，使合金品质更稳定均一，提高综合力学性能。本发明精炼剂用于铸造生产，明显提高成品率，特别是铸件中的气孔度降低1-2度，不会在铸件表面产生气孔，夹杂氧化物也明显降低，氧化夹杂物在2级左右。
【具体实施方式】
[0009]一种高硬度的合金钢锤头材料，其含有的化学元素成分及其质量百分比为:碳
1.2-1.5、硅 1.3-1.6、锰 8.2-9.5、铬 3.7-4.1、钥 0.7-0.9、钒 0.3-0.5、钛 0.6-0.8、硼
1.0-1.2、钆 0.18-0.23、Nb0.08-0.12、Sc0.04-0.06、S ≤ 0.05、P ≤ 0.05、余量为铁。
[0010]所述的高硬度的合金钢锤头材料的生产方法如下:
(1)、准备生铁与废铁按1:1.5比例作为铁基质来源，将生铁加入投入炉中熔化，进行脱硫、脱氧、采用精炼剂一次精炼、添加合金成分进行合金化，再加入废铁熔化、加入精炼剂二次精炼、检测并调整化学元素成分含量至合格、浇铸、铸后热处理等；
(2)、合金化过程中向炉内投入合金元素的批次顺序为:(1)硅、钒、铬；(2)锰、硼、Nb；
(3)其他剩余成分；各批次投入元素的时间间隔为26分钟，投料后搅拌均匀。
[0011]所述的铸后热处理是:先由室温以215°C /小时速率升温至505°C，保温65分钟，再以215°C /小时速率升温至705°C，再以185°C /小时速率降温至605°C，再以215°C /小时速率升温至945°C，保温3.5小时；再以185°C /小时速率降温至605°C，保温55分钟，再以185°C /小时速率降温至495°C，保温55分钟；再以185°C /小时速率降温至225°C，保温
2.5小时；再以215°C /小时速率升温至340°C，再以175°C /小时速率降温至225°C，再以215°C /小时速率升温至540°C，保温2.5小时，取出空冷即得。
[0012]所述的精炼剂由下列重量份(公斤)的原料制成:工具钢粉35、硫酸钠2.5、硫酸铝钾1.5、二氧化硅3.5、BaC03 2.5、蛭石粉1.5、偏硅酸钠1.5、沉淀法白炭黑3.5、玉石粉
3.5、蒙脱石1.5 ;制备方法是将各原料混合，加热至熔融状态，然后，浇注入纯净水中激冷，再粉碎成160目粉末；将所得粉末加入相当于粉末重量2%的硅烷偶联剂KH-550、2%的纳米碳粉，混合均匀后，在12Mpa下压制成坯，然后，在930°C下煅烧3.5小时，冷却后，再粉碎成180目粉末，即得。
[0013]本发明的高硬度的合金钢锤头材料的机械性能为:拉伸强度1270MPa，屈服强度967MPa，延伸率12.5%，断面收缩率26.5%，冲击吸收功53J，冲击韧性63/cm2，硬度290HB。
【权利要求】
1.一种高硬度的合金钢锤头材料，其特征在于:其含有的化学元素成分及其质量百分比为:碳 1.2-1.5、硅 1.3-1.6、锰8.2-9.5、铬3.7-4.1、钥 0.7-0.9、钒0.3-0.5、钛0.6-0.8、硼 1.0-1.2、钆 0.18-0.23、Nb0.08-0.12、Sc0.04-0.06、S ≤ 0.05、P ≤ 0.05、余量为铁。
2.根据权利要求1所述的高硬度的合金钢锤头材料的生产方法，其特征在于: (1)、准备生铁与废铁按1:1-2比例作为铁基质来源，将生铁加入投入炉中熔化，进行脱硫、脱氧、采用精炼剂一次精炼、添加合金成分进行合金化，再加入废铁熔化、加入精炼剂二次精炼、检测并调整化学元素成分含量至合格、浇铸、铸后热处理等； (2)、合金化过程中向炉内投入合金元素的批次顺序为:(1)硅、钒、铬；(2)锰、硼、Nb；(3)其他剩余成分；各批次投入元素的时间间隔为24-27分钟，投料后搅拌均匀。
3.根据权利要求2所述的高硬度的合金钢锤头材料的生产方法，其特征在于:所述的铸后热处理是:先由室温以210-220V /小时速率升温至500-510°C，保温60-70分钟，再以210-2200C /小时速率升温至700-710°C，再以180_190°C /小时速率降温至600_610°C，再以210-220°C /小时速率升温至940-950°C，保温3_4小时；再以180_190°C /小时速率降温至600-610°C，保温50-60分钟，再以180-190°C /小时速率降温至490-500°C，保温50-60分钟；再以180-190°C /小时速率降温至220-230°C，保温2-3小时；再以210-220°C /小时速率升温至330-350°C，再以170-180°C /小时速率降温至220-230°C，再以210_220°C /小时速率升温至530-550°C，保温2-3小时，取出空冷即得。
4.根据权利要求2所述的高硬度的合金钢锤头材料的生产方法，其特征在于:所述的精炼剂由下列重量份的原料制成:工具钢粉30-40、硫酸钠2-3、硫酸铝钾1-2、二氧化硅3-4、BaC03 2_3、蛭石粉1_2、偏硅酸钠1_2、沉淀法白炭黑3_4、玉石粉3_4、蒙脱石1_2 ;制备方法是将各原料混合，加热至熔融状态，然后，浇注入纯净水中激冷，再粉碎成100-200目粉末；将所得粉末加入相当于粉末重量2_3%的硅烷偶联剂ΚΗ_550、1_2%的纳米碳粉，混合均匀后，在8-15Mpa下压制成坯，然后，在900-950°C下煅烧3_4小时，冷却后，再粉碎成150-250目粉末，即得。
【文档编号】C22C33/04GK103627965SQ201310555650
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年11月11日 优先权日:2013年11月11日
【发明者】章功国, 王泾文, 段宗银, 李纯金, 陈超, 王淑妍, 张少伍, 王晓芬, 谢勇 申请人:马鞍山市恒毅机械制造有限公司