专利名称:硬质耐磨铁合金的制作方法
本发明是一种铁合金，是一种具有高硬度和高耐磨性能的铁合金材料，它的使用又涉及双金属材料的固态-液态、复合技术。这种铁合金适用于制作泥浆泵缸套内衬，塑料挤压机、注射机的料筒内衬以及石油化工用的分解还原设备和混和设备的内衬，这种材料还具有很好的抗硫磺所引起的腐蚀性能，特别适用油井和石油加工设备。
目前，为满足对机械工程器件的耐磨、耐腐蚀性能要求，在器件的工作表面衬复性能优良的合金材料已是广泛采用的一种技术，衬复材料不同，性能也就不同，就铁合金而言，成份不同，制备方法不同，其性能和功效也就不一样。如美国专利US2046913的一种含0.2-6%镍，2-4%炭，0.2-0.5%硼的铁合金，就是一种耐磨铁合金的实例，但其抗腐蚀性能就不如本发明的铁合金优良。此外，本发明铁合金不含我国缺少的镍成份，本发明把这种铁合金用固态-液态复合技术，与基体材料复合过程中所形成过渡层，具有一定的硬度和韧性，可避免与基体金属分离、剥落的现象发生。
本发明的目的是为上述器件提供一种耐磨耐腐蚀的铁合金材料，其熔炼制备和与基体材料结合的方法，并给出了质量检查的金相组织照片。
现对本发明的内容及实施方法，结合金相照片加以说明。
图1是这种铁合金材料在重熔复合到基体材料以前的原始金相组织照片。图2是这种铁合金作为一种内衬材料，与基体材料在经过重熔复合以后的金相组织照片，图3是图2的放大4倍照片。本发明的铁合金材料的化学成份按重量百分比为炭2.5-3，锰0.5-1.3，硅0.3-1.3，磷小于0.05，硫小于0.05，铬25.0-30.0，钼2.0-2.5，钒0.4-1.0，硼3.0-4.0，铁总量为100的余量，磷和硫都属于杂质，其含量越小越好。这一化学成份组成的铁合金，其硬度为洛氏硬度HRC60-70，高于一般工具钢的硬度。
这种铁合金之所以能有如此高的硬度和耐磨抗腐蚀性能，是因为含有足够量的铬-硼化物-炭化物，使合金元素在重熔和复合过程中由于烧损和扩散所造成的损失，能够得到一定的补充，从图2和图3中可以看到这种衬里合金复合层与基体材料的交界处，由于金属的扩散，形成一个由贝氏体组成的扩散过渡层，至于衬里合金层的金相组织，则主要是层片状的马氏体或贝氏体和硼化物、炭化物等。
上述重熔复合界面附近由贝氏体组成的扩散过渡层，由于同时具有一定的硬度和韧性，所以衬里合金层剥落的可能性便可以完全避免或减至最少限度。衬里合金层的金相组织因为是马氏体-炭化物-硼化物组织，(若工件尺寸大，冷却速度低，就有部分贝氏体)，所以同时具有一定的硬度和韧性。
这种铁合金主要用于各种需要具有高硬度和高耐磨性能的工件，它既可以复合于管壁的内表面，又可复合于圆筒状工件的外表面。采用这种铁合金作为管状工件内表面复合层的工艺是先将一定量的粒状或块状铁合金，放入管状工件内部，再将管件两端用铁板焊接封住，然后将工件进行中频感应加热，加热至1300℃左右，使管件内铁合金完全熔化，即把工件放到离心机上使之旋转，待工件冷却到850℃后，停止旋转，使其缓慢冷却，最后将两端封盖切除，对内外圆表面进行精加工。
下面为铁合金的制造方法以及用这种铁合金作为管状工件内壁衬里的复合工艺的实施例。将含有理想成份的钢料与一定量的铬、硼、钼和钒等混和，然后加热到1600℃左右，使之溶化，并取样分析，当其达到如下按重量百分比的化学成份，炭2.70，锰0.91，硅1.03，磷0.025，硫0.009，铬26.45，钼2.25，钒0.70，硼3.40，其余为铁，即将该铁合金浇注成锭，测其硬度为洛氏硬度HRC64-67。图1至图3的金相照片分别是上述铁合金锭的金相组织以及采用这种铁合金经重熔和离心复合以后的金相组织，这些照片是将试样经苦味酸、盐酸溶液浸蚀后拍摄的，图1和图2放大倍数为150倍，图3为600倍。将一定量的铁合金放入需要复合内壁衬里的管状工件内，再将管子两端封闭，然后进行中频感应加热，约25分钟后，将工件取出，使之在925转/分转速下旋转，达到两种金属的离心复合的目的，当工件冷到850℃左右，即停止旋转，并将工件缓慢冷却，约经16-24小时，这样可以使铁合金复合层处于压应力状态，最后将端盖切除，测得铁合金复合层的硬度为洛氏硬度HRC61-63。经离心浇注复合后，合金层和基体金属的金相组织如图2和图3所示，从图2中可以看到在合金层和基体材料的交界处存在一段组织为贝氏体的扩散层，其余部分则为马氏体-炭化物-硼化物组成的层片状组织，从图3中则可看到，除了层片状组织外，还存在一定量的马氏体团。最后将管状工件，切下环形薄片，经压扁试验没有发现复合层剥落或其它缺陷。
本发明的铁合金复合材料作为泥浆泵的缸套经实际使用已工作了1500多小时，而目前的缸套一般只能使用200～300小时，除使用寿命延长所形成的直接效益外，由于减少了油井设备的停机检修时间和次数所形成的间接经济效益则是难以估量的。
权利要求
1.一种以铁为基体，含有各种元素的硬质耐磨铁合金，其特征为化学成份按重量百分比为，炭2.5-3，锰0.5-1.3，硅0.3-1.3，磷、硫小于0.05，铬25-30，钼2.0-2.5，钒0.4-1.0，硼3.0-4.0，其余为铁。
2.根据权利要求
1所说的铁合金，其特征为最佳的化学成份按重量百分比为炭2.70、锰0.91、硅0.13，磷0.025，硫0.009，铬26.45，钼2.25，钒0.70，硼3.40，其余为铁。
3.根据权利要求
1所说的铁合金，其特征是加热至1600℃熔炼后浇注成锭的，硬度值为洛氏硬度HRC60-70，金相组织如图1所示的马氏体-炭化物-硼化物组织结构。
4.根据权利要求
1所说铁合金，其特征是重熔后用离心力作用复合到基体材料表面的双金属材料，其重熔复合到基体材料表面的工艺过程如下，(1)将上述铁合金放入需复合内壁衬里的管状钢制件内，(2)将管状钢制件两端用端盖焊接封闭，(3)将工件进行中频感应加热，至1300℃左右，使铁合金完全溶化，(4)将工件取出，并使之高速旋转而使溶化了的铁合金均匀地复合到管壁的内表面上，(5)当工件冷却到850℃左右，停止旋转，并放入石灰中使之缓慢冷却。
5.根据权利要求
1和3所说的铁合金，其特征是经重溶和复合的铁合金和过渡层的金相组织分别为图2和图3所示的层片状马氏体、炭化物、硼化物及一定量的马氏体团结构和贝氏体组织结构。
专利摘要
一种硬质耐磨铁合金，其化学成份按重量百分比为，炭2.5—3，锰0.5—1.3，硅0.3—1.3，铬25.0—30.0，钼2.0—2.5，钒0.4—1.0，硼3.0—4.0，硫、磷小于0.05，其余为铁。将这种铁合金放入需复合内壁衬里的管状工件内，加热使铁合金重溶并旋转工件，进行溶化合金与工件的离心复合，得到具有耐磨耐腐蚀表层的机械器件。这种铁合金衬里特别适用接触硫磺的油井和石油化工设备。
文档编号C22C37/06GK86102537SQ86102537
公开日1987年9月30日 申请日期1986年10月27日
发明者唐千根, 王为正 申请人:上海永新机械工艺咨询服务公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan