本发明涉及一种铸渗剂、耐磨钢铸件及其制备方法，属于耐磨材料
技术领域：
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背景技术：
：铸渗技术是将合金粉末、硬质颗粒涂刷或者制成预制件镶嵌在铸型的特定表面，利用浇注时的凝固余热在基体表面形成一层具有特定组织和性能的表面合金层。铸渗技术在易磨损铸件局部形成复合铸渗层，可在不改变铸件原有成分、组织的基础上，既保证铸件具有足够的强度、韧性，又大幅度提高铸件易磨损面的耐磨性能，从而提高整个铸件的使用寿命。并且铸渗技术生产周期短、能耗低、工艺简单、不需专用设备、复合层厚、成本低廉，已经被广泛应用于冶金、矿山、机械等行业。目前，铸渗技术大多使用铬及其它硬质元素作为增强相，但是成分单一，造成铸渗层硬度与韧性匹配关系不好，铸渗层容易脱落，开裂。现有技术中，申请公布号为cn101195156a的中国发明专利申请公开了一种在导卫板表面形成铸渗层的方法。导卫板由耐磨合金层及母体复合而成。该方法包括：将高碳铬铁、钒铁、钛铁、稀土硅铁研磨成200～300目，搅拌均匀，加入250～300目的镍包氧化铝粉，然后加入树脂，搅拌，涂覆在铸型表面，固化30min以上，将温度为1600～1650℃的中碳低合金钢钢水浇入铸型，冷却。该方法制得导卫板的基体和铸渗层之间的结合效果良好，并且具有高硬度和优异的耐磨性。但是所用钒铁粉和镍包氧化铝较多，成本昂贵，另外镍包氧化铝虽然能改善氧化铝颗粒和基体的润湿性，但是在磨损工况条件下，氧化铝依然容易剥落，耐磨性较差。技术实现要素：本发明的目的是提供一种成本低、耐磨性良好的铸渗剂。本发明还提供了一种成本低、耐磨性良好的耐磨钢铸件。本发明还提供了一种上述耐磨钢铸件的制备方法，能够进一步提高耐磨钢铸件的耐磨性。为了实现以上目的，本发明的铸渗剂所采用的技术方案为：一种铸渗剂，其特征在于：由如下质量百分比的组分组成：铬50～70％、碳3～5％、钼1～2％、锰1～1.5％、钒1～2％，余量为铁。本发明的铸渗剂中的碳能够与大量的铬和少量钒分别形成碳化物，从而提高铸渗层的硬度和耐磨性能，同时，锰、钼和钒能够细化铸渗层的晶粒，提高铸渗层的韧性，从而提高铸渗层的耐冲击性能。所述铸渗剂由高碳铬铁粉、钼铁粉、锰铁粉、钒铁粉、铁粉混合得到。以高碳铬铁粉、钼铁粉、锰铁粉、钒铁粉、铁粉混合制成铸渗剂，能够提高铸渗剂中各组分的均匀程度。为了降低铸渗剂的熔化难度，所述铸渗剂的平均粒径为80～200μm。本发明的耐磨钢铸件所采用的技术方案是：一种耐磨钢铸件，包括钢铸件基体以及设置在钢铸件基体表面的铸渗层，所述铸渗层由如下质量百分比的组分组成：铬50～70％、碳3～5％、钼1～2％、锰1～1.5％、钒1～2％，余量为铁。本发明的耐磨钢铸件中铸渗层是以铬为主要元素的多元合金耐磨复合层，铸渗层与钢铸件基体能够形成良好的冶金结合，并且铸渗层中的碳能够与大量的铬和少量钒分别形成碳化物，从而提高铸渗层的硬度和耐磨性能，同时锰、钼和钒能够细化铸渗层的晶粒，提高铸渗层的韧性，从而提高铸渗层的耐冲击性能。优选的，所述钢铸件基体为低合金钢。以低合金钢作为钢铸件基体，与所述铸渗层有较好的匹配性，能够进一步提高铸渗层与钢铸件基体的结合强度，并且低合金钢的硬度与韧性匹配关系好，能够提高铸件整体的耐冲击磨损性能。优选的，所述钢铸件基体由如下质量百分比的组分组成：c0.35～0.40％，si0.30～0.50％，mn1.8～2.4％，cr0.9～1.4％，ni0.3～0.5％，mo0.2～0.3％，nb0.01～0.02％，b0.03～0.05％，s≤0.005％，p≤0.005％，余量为铁。钢铸件基体中控制p和s的含量，减少p和s向铸渗层的扩散，避免铸渗层和基体变脆，调高整体耐冲击磨损。为了进一步提高铸渗层的耐磨损冲击性能并降低成本，优选的，所述铸渗层的厚度为6～10mm。本发明的耐磨钢铸件的制备方法所采用的技术方案为：一种上述的耐磨钢铸件的制备方法，包括如下步骤：提供与所述铸渗层组成一致的铸渗剂；提供主要由所述铸渗剂、有机粘结剂和有机溶剂组成的铸渗涂料；将所述铸渗涂料涂覆在铸模型腔表面，然后点燃涂覆在铸模型腔的铸渗涂料，待涂料固化后，向铸模型腔中注入钢液，冷却。本发明的耐磨钢铸件的制备方法，工艺简单，以目前常规铸造生产线即可完成，并且生产周期短、成本低，能够制得较厚的铸渗层；此外，制得的铸渗层与钢铸件基体之间成分呈梯度分布，大大提高了铸渗层与基体的结合强度。为了提高铸渗剂中各组分的均匀程度并提高混合的效率，优选的，所述铸渗剂由高碳铬铁粉、钼铁粉、锰铁粉、钒铁粉、铁粉组成；所述铸渗剂的平均粒径为80～200μm。选择该粒径范围的原因在于能够同时保证铸渗剂的熔化以及钢液向铸渗剂中的流动。为了进一步提高铸渗层的性能并降低成本，优选的，铸渗涂料在铸模型腔表面的涂覆厚度为5～9mm。具体实施方式本发明提供的铸渗剂，其特征在于：由如下质量百分比的组分组成：铬50～70％、碳3～5％、钼1～2％、锰1～1.5％、钒1～2％，余量为铁。所述铸渗剂由高碳铬铁粉、钼铁粉、锰铁粉、钒铁粉、铁粉混合得到。所述铸渗剂的平均粒径为80～200μm，优选为120～150μm。本发明提供的耐磨钢铸件，包括钢铸件基体以及设置在钢铸件基体表面的铸渗层，所述铸渗层由如下质量百分比的组分组成：铬50～70％、碳3～5％、钼1～2％、锰1～1.5％、钒1～2％，余量为铁。所述铸渗层包括高耐磨性的板条马氏体组织和弥散分布的铬的碳化物和钒的碳化物。本发明提供的上述耐磨钢铸件的制备方法，包括以下步骤：提供与所述铸渗层组成一致的铸渗剂；提供主要由所述铸渗剂、有机粘结剂和有机溶剂组成的铸渗涂料；将所述铸渗涂料涂覆在铸模型腔表面，然后点燃涂覆在铸模型腔的铸渗涂料，待涂料固化后，向铸模型腔中注入钢液，冷却。采用本发明的耐磨钢铸件的制备方法制得的耐磨钢的铸渗层形成具有高耐磨性的板条马氏体组织、弥散分布的铬的碳化物和钒的碳化物。优选的，所述铸渗剂的平均粒径为80～200μm。进一步优选的，所述铸渗剂的平均粒径为120～150μm。在铸模型腔表面涂覆铸渗涂料时，可以根据需要仅将铸渗涂料涂覆在铸模型腔表面的部分区域。为了提高铸渗涂料在铸模型腔表面的粘结强度，同时减少铸渗涂料在铸模型腔表面的流动，提高耐磨钢铸件的表面质量，优选的，所述有机粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛或酚醛树脂。所述有机溶剂为乙醇。所述有机粘结剂和有机溶剂的质量比为1:(14～20)。所述有机粘结剂和有机溶剂的总质量与铸渗剂的质量之比为1:(7～11.5)。进一步优选的，所述有机粘结剂和有机溶剂的质量比为1:(15～20)。所述有机粘结剂和有机溶剂的总质量与铸渗剂的质量之比为1:(7～10)。优选的，所述钢液为低合金钢钢液。进一步优选的，所述低合金钢钢液由以下质量百分比的组分组成：c0.35～0.40％，si0.30～0.50％，mn1.8～2.4％，cr0.9～1.4％，ni0.3～0.5％，mo0.2～0.3％，nb0.01～0.02％，b0.03～0.05％，s≤0.005％，p≤0.005％，余量为铁。cr、ni二者协同能够增大奥氏体钢的过冷度，细化组织、提高强度并改善冲击韧性和降低冷脆转变温度。适量的mo、cr、ni可以细化晶粒，提高强度。优选的，所述钢液的温度为1580～1680℃。在较高的温度下进行浇铸能够提供足够的热量熔化铸渗剂及保证铸渗层合金元素往基体中的扩散，最终保障铸渗层和基体间的冶金结合，使铸渗层在工作工程中不易剥落。以下结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。铸渗剂的实施例实施例1本实施例的铸渗剂，由以下质量百分比的组分组成：铬70％、碳5％、钼2％、锰1.5％、钒2％，余量为铁；铸渗剂是将平均粒径均为150μm的高碳铬铁粉、钼铁粉、锰铁粉、钒铁粉和铁粉混匀后得到的。实施例2本实施例的铸渗剂，由以下质量百分比的组分组成：铬50％、碳3％、钼1％、锰1％、钒1％，余量为铁；铸渗剂是将平均粒径均为120μm的高碳铬铁粉、钼铁粉、锰铁粉、钒铁粉和铁粉混匀后得到的。实施例3本实施例的铸渗剂，由以下质量百分比的组分组成：铬60％、碳4％、钼1.5％、锰1.2％、钒1.5％，余量为铁；铸渗剂是将平均粒径均为130μm的高碳铬铁粉、钼铁粉、锰铁粉、钒铁粉和铁粉混匀后得到的。实施例4本实施例的铸渗剂，与实施例1的铸渗剂的区别在于：本实施例的铸渗剂是将平均粒径均为80μm的高碳铬铁粉、钼铁粉、锰铁粉、钒铁粉和铁粉混匀后得到的。实施例5本实施例的铸渗剂，与实施例2的铸渗剂的区别仅在于：本实施例的铸渗剂是将平均粒径均为200μm的高碳铬铁粉、钼铁粉、锰铁粉、钒铁粉和铁粉混匀后得到的。耐磨钢铸件的实施例实施例1本实施例的耐磨钢铸件，包括钢铸件基体以及设置在钢铸件基体表面的铸渗层，铸渗层由如下质量百分比的组分组成：铬70％、碳5％、钼2％、锰1.5％、钒2％，余量为铁；铸渗层的厚度为10mm；钢铸件基体由以下质量百分比的组分组成：c：0.40％，si：0.50％，mn：2.4％，cr：1.4％，ni：0.5％，mo：0.3％，nb：0.02％，b：0.05％，s：0.004％，p：0.003％，余量为fe。铸渗层包括高耐磨性的板条马氏体组织和弥散分布的铬的碳化物和钒的碳化物。实施例2本实施例的耐磨钢铸件，包括钢铸件基体以及设置在钢铸件基体表面的铸渗层，铸渗层由如下质量百分比的组分组成：铬50％、碳3％、钼1％、锰1％、钒1％，余量为铁；铸渗层的厚度为6mm；钢铸件基体由以下质量百分比的组分组成：c：0.35％，si：0.30％，mn：1.8％，cr：0.9％，ni：0.3％，mo：0.2％，nb：0.01％，b：0.03％，s：0.003％，p：0.004％，余量为铁。铸渗层包括高耐磨性的板条马氏体组织和弥散分布的铬的碳化物和钒的碳化物。实施例3本实施例的耐磨钢铸件，包括钢铸件基体以及设置在钢铸件基体表面的铸渗层，铸渗层由如下质量百分比的组分组成：铬60％、碳4％、钼1.5％、锰1.2％、钒1.5％，余量为铁；铸渗层的厚度为8mm；钢铸件基体由以下质量百分比的组分组成：c：0.4％，si：0.4％，mn：2.0％，cr：1.2％，ni：0.4％，mo：0.25％，nb：0.02％，b：0.04％，s：0.003％，p：0.004％，余量为铁。铸渗层包括高耐磨性的板条马氏体组织和弥散分布的铬的碳化物和钒的碳化物。耐磨钢铸件的制备方法的实施例实施例1本实施例的耐磨钢铸件的制备方法，包括以下步骤：1)按照每100g合金粉中铬70g、碳5g、钼2g、锰1.5g、钒2g、余量为铁，分别称取平均粒径均为150μm的高碳铬铁粉、钼铁粉、锰铁粉、钒铁粉和铁粉配制成合金粉末，用球磨机混合均匀后得到铸渗剂，备用；2)向步骤1)配好的每100g铸渗剂中加入0.5g聚乙烯醇缩丁醛和8.5g无水乙醇的混合溶液，搅拌均匀，得到铸渗涂料；然后将得到的铸渗涂料涂覆在铸件要求耐磨部位对应的铸模型腔表面，涂覆厚度9mm，点燃铸渗涂料，待涂料固化后，备用；3)将温度为1680℃的钢液浇入步骤2)中的铸模中，自然冷却后，取出铸件，得到铸渗层厚度为10mm。其中，浇入的钢液为低合金钢钢液，由以下质量百分比的组分组成：c：0.40％，si：0.50％，mn：2.4％，cr：1.4％，ni：0.5％，mo：0.3％，nb：0.02％，b：0.05％，s：0.004％，p：0.003％，余量为fe。实施例2本实施例的耐磨钢铸件的制备方法，包括以下步骤：1)按照每100g合金粉中铬50g、碳3g、钼1g、锰1g、钒1g、余量为铁，分别称取平均粒径均为120μm的高碳铬铁粉、钼铁粉、锰铁粉、钒铁粉和铁粉配制成合金粉末，用球磨机混合均匀后得到铸渗剂，备用；2)向步骤1)配好的每100g铸渗剂中加入0.8g聚乙烯醇缩丁醛和11.7g无水乙醇的混合溶液，搅拌均匀，得到铸渗涂料；然后将得到的铸渗涂料涂覆在铸件要求耐磨部位对应的铸模型腔表面，涂覆厚度5mm，点燃铸渗涂料，待涂料固化后，备用；3)将温度为1580℃的钢液浇入步骤2)中的铸模中，自然冷却后，取出铸件，得到铸渗层厚度为6mm。其中，浇入的钢液为低合金钢钢液，由以下质量百分比的组分组成：c：0.35％，si：0.30％，mn：1.8％，cr：0.9％，ni：0.3％，mo：0.2％，nb：0.01％，b：0.03％，s：0.003％，p：0.004％，余量为铁。实施例3本实施例的耐磨钢铸件的制备方法，包括以下步骤：1)按照每100g合金粉中铬60g、碳4g、钼1.5g、锰1.2g、钒1.5g、余量为铁，分别称取粒度均为130μm的高碳铬铁粉、钼铁粉、锰铁粉、钒铁粉和铁粉配制成合金粉末，用球磨机混合均匀后得到铸渗剂，备用；2)向步骤1)配好的每100g铸渗剂中加入0.6g聚乙烯醇缩丁醛和9.4g无水乙醇的混合溶液，搅拌均匀，得到铸渗涂料；然后将得到的铸渗涂料涂覆在铸件要求耐磨部位对应的铸模型腔表面，涂覆厚度7mm，点燃铸渗涂料，待涂料固化后，备用；3)将温度为1630℃的钢液浇入步骤2)中的铸模中，自然冷却后，取出铸件，得到铸渗层厚度为8mm。其中，浇入的钢液为低合金钢钢液，由以下质量百分比的组分组成：c：0.4％，si：0.4％，mn：2.0％％，cr：1.2％，ni：0.4％，mo：0.25％，nb：0.02％，b：0.04％，s：0.003％，p：0.004％，余量为铁。实施例4本实施例的耐磨钢铸件的制备方法，与实施例1中的耐磨钢铸件的制备方法的区别仅在于：步骤1)中所采用的高碳铬铁粉、钼铁粉、锰铁粉、钒铁粉和铁粉的平均粒径均为80μm。实施例5本实施例的耐磨钢铸件的制备方法，与实施例2中的耐磨钢铸件的制备方法的区别仅在于：步骤1)中所采用的高碳铬铁粉、钼铁粉、锰铁粉、钒铁粉和铁粉的平均粒径均为200μm。实验例依据国家标准gb/t230.1-2018《金属材料洛氏硬度试验第1部分：试验方法》，分别对上述制备方法的实施例1～5中制得耐磨钢铸件的铸渗层进行洛氏硬度的测试，测试结果见表1。表1耐磨钢铸件铸渗层的性能检测结果项目洛氏硬度(hrc)实施例161.5实施例257.0实施例360.5实施例460.4实施例561.2由表1可知，本发明的耐磨钢铸件的铸渗层具有硬度高、耐磨性好的优点。当前第1页12