一种基于Laves相强化的铁基耐磨合金及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种以Fe代Co基于Laves相强化的新型铁基耐磨合金的成分及其制备方法，所述合金成分为：14Cr，25-30Mo，10-13Ni，余量Fe，其中Laves相为基体相，体积比超过50%。热处理方法：均匀化退火温度为1150℃，保温时间为9h，炉冷，淬火温度为850℃以下，保温时间为0.5h，淬火介质为水。合金硬度达到HRC59，特别是均匀化退火处理后其硬度没有下降，热稳定性特别好。铸态组织为Laves+α-Fe(Mo，Cr，Ni)，呈现典型的魏氏体组织，此时合金耐蚀性特别好；退火后的组织为Laves+α-Fe(Mo，Cr，Ni)和少量χ相，魏氏体组织特征完全消失，此时合金具有优异的耐磨粒磨损性能。
【专利说明】一种基于Laves相强化的铁基耐磨合金及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于Laves相强化的铁基耐磨合金及其制备方法，特别涉及一种含有铬、钥、镍合金元素的铁铬钥镍铸造耐磨合金及其制备方法，属于耐磨材料制备【技术领域】。
技术背景
[0002]高温合金一直是航空航天发动机、地面燃机以及电力、石化等工业部门中热端部件的主体材料，其工作环境决定这些部件常经受高温磨蚀损伤。高温耐磨合金按其基体类型可分为钴基、镍基和铁基三种。我国现役航空发动机涡轮叶片锯齿冠所用的高温耐磨材料主要有钴基和镍基高温合金，如Stellite6、T-800和BKHA-2M等，其中T-800合金应用最为广泛。
[0003]T-800合金为美国Stellite公司所开发，其显微组织为Co-Cr-Mo基体和大约50%的富S1、Mo Laves相。Laves硬质相弥散分布于较软的钴基体上,保证了合金的硬度和耐磨损性能。高含量的Mo和Cr为Laves相的形成提供了条件，同时也大幅提升了材料的耐腐蚀性能。钴是一种重要的战略储备资源。国外钴资源丰富，储量约为520万吨。与国外相比，中国钴资源紧缺，据统计，目前累计探明钴储量为58.3万吨，每年中国生产的钴约700t，而每年的钴消费却在2000~2300t之间，可见年消费的60%以上需靠进口补充。随着硬质合金、陶瓷，尤其是充电电池工业的迅猛发展，对钴的需求在急剧增加。因此，钴含量非常高的T-800合金并不适合在我国生产制备。那样会使得耐磨合金耗费大量的昂贵的钴，成本高昂。再者，T-800合金的组织及 性能稳定性还比较差，仍不能作为一种理想的耐磨损材料。因此，有必要研发一种适合我国资源情况的、原材料成本较低并且组织及性能稳定性优异的耐磨合金。
【发明内容】
[0004]本发明针对现有高温耐磨合金存在的上述不足，结合我国资源缺少钴的现状以及钴是一种重要战略储备资源的背景，采用CALPHAD方法，研发出一种基于Laves相强化的铁基耐磨合金。其化学组成成分及其质量百分数(％)是:20-30Mo、14Cr、10-13Ni，余量为Fe。
[0005]本发明所述的基于Laves相强化的铁基耐磨合金的制备方法，其特征在于，采用真空熔炼炉熔炼，其制备工艺步骤是:
①将原材料在真空熔炼炉内熔炼，获得合金铸锭，并反复熔炼5次以上；
②将铸锭在箱式电阻炉中进行真空均匀化退火处理，退火温度为1150°C，保温时间为9h，炉冷；
③将退火态的铸锭进行淬火处理，淬火温度为550-850°C，保温时间为0.5h，淬火介质为水。
[0006]本发明所述的高温合金的热处理方法为:退火温度为1150°C，保温时间为9h，炉冷。淬火温度为550-850°C，保温时间为0.5h，淬火介质为水。淬火温度不能超过850°C，否则组织中出现大量X相，导致性能变差。
[0007]本发明耐磨合金的化学成分是这样确定的:
铬:Cr主要用来保证合金的耐蚀性和高温抗氧化性等。
[0008]镍:Ni为奥氏体稳定元素，用来扩大奥氏体相区。
[0009]钥:钥主要用来生成Laves相(Fe2Mo型)，以保证合金的耐磨性。
[0010]本发明所述的耐磨合金具有硬度高、韧性好等特点，在实际使用中具有优异的耐磨性、组织和性能稳定性。
[0011]本发明与现有技术相比具有以下优点:
1)本发明材料的硬度值HRC59，组织及性能稳定性优异，是一种理想的耐磨损材料。
[0012]2)本发明材料以Fe代替Co，以廉价的铬、钥为主要合金元素，不含价格昂贵的钴等合金元素，镍元素加入量也较少，因此成本低廉，生产成本比T-800合金降低20%~30%。
[0013]3)本发明材料在800°C下具有良好的抗氧化性。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1典型合金的XRD图谱；
图 2 合金的典型铸态组织(a) N0.1 ； (b) N0.4 ； (c) N0.6 ； (d) N0.8 ；
图3合金的均匀化退火组织(a) N0.1 ； (b) N0.4 ； (c) N0.6 ； (d) N0.8 ；
图4铸态及退火态合金的硬度；
图5淬火温度对合金硬度的影响；
图 6 合金的淬火组织.(a) N0.3, 750°C ； (b) N0.4, 750°C ； (c) N0.6, 750°C ； (d)N0.8, 750 °C ； (e)N0.3, 850 °C ； (f) N0.4, 850 °C ； (g) N0.6, 850 °C ； (h) N0.8, 850 °C ；图7合金N0.3和N0.4的室温摩擦系数(a)铸态；(b)退火态；
图8铸态合金磨损表面形貌(a) N0.3 ； (b) N0.4 ； (c)氧化物EDS ；
图9退火态合金磨损表面形貌，(a, c) N0.3 ； (b, d) N0.4。
[0015]
【具体实施方式】
[0016]下面结合实施例对本发明做进一步详述。
[0017]表1列出了本发明所述耐磨合金的9个实施例的化学成分。其中，N0.4、N0.7和N0.8是本发明的实施例，其它为比较例。
[0018]所用的原材料是纯度均为99.99% (质量分数)的Fe粒、Mo片、Cr粒以及Ni粒。按照表1中各实施例的化学成分，用精度为0.1mg的光电天平称量原材料，在非自耗钨极磁控真空熔炼炉内反复熔炼5次，获得合金铸锭。用线切割机将其切割成具有规则形状的试样，选取部分铸态试样在箱式电阻炉中进行真空均匀化退火处理。退火温度为1150°C，保温时间为9h，炉冷。然后选取部分退火态试样在不同温度下进行淬火处理。淬火温度分别为550、650、750、850和950°C，保温时间为0.5h，淬火介质为水。
[0019]表1 Fe-Mo-Cr-Ni合金的化学成分(质量分数，%)
【权利要求】
1.一种基于Laves相强化的铁基耐磨合金，其特征在于，化学组成成分及其质量百分数是:14Cr，25-30Mo，10-13Ni，余量Fe，其中Laves相为基体相，体积比超过50%。
2.如权利要求1所述的一种基于Laves相强化的铁基耐磨合金，其特征在于，其合金成分为:FeMo25Crl4NilO。
3.如权利要求1所述的一种基于Laves相强化的铁基耐磨合金，其特征在于，其合金成分为:FeMo30Crl4Nil0。
4.如权利要求1所述的一种基于Laves相强化的铁基耐磨合金，其特征在于，其合金成分为:FeMo30Crl4Nil3。
5.按照权利要求1所述的基于Laves相强化的铁基耐磨合金的制备方法，其特征在于，采用真空熔炼炉熔炼，其制备工艺步骤是: ①将原材料在真空熔炼炉内熔炼，获得合金铸锭，并反复熔炼5次以上； ②将铸锭在箱式电阻炉中进行真空均匀化退火处理，退火温度为1150°C，保温时间为9h，炉冷； ③将退火态的铸锭进行淬火处理，淬火温度为550-850°C，保温时间为0.5h，淬火介质为水。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述真空熔炼炉为非自耗钨极磁控真空熔炼炉。
7.按照权利要求1所述的基于Laves相强化的铁基耐磨合金的热处理方法，其特征在于，退火温度为 1150°C，保温时间为9h，炉冷，淬火温度为550-850°C，保温时间为0.5h，淬火介质为水。
【文档编号】C21D6/00GK103741049SQ201410025653
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2014年1月21日 优先权日:2014年1月21日
【发明者】尹付成, 丁忠发, 李洁翡, 赵满秀, 李智 申请人:湘潭大学