专利名称：耐磨合金的制作方法
技术领域：
本发明涉及冶金工艺，更确切地说涉及在磨料作用条件下工作的耐磨合金。
用于采矿、建筑和挖掘作业的各种机器的特点是强烈的磨料磨损。增加这些机器工作零件的磨料耐磨性能既可提高这些机器的寿命和可靠性，降低其修理和维护费用，并能节约金属和电能。
这类零件的重量占这些机器总重量的16%(挖掘机)到80%(岩浆泵和喷砂泵)，因此，对这些零件的需要量达数万吨。
在强烈磨料摩擦作用下工作的耐磨合金是众所周知的。
例如，已知有含下列成分(重量%)的耐磨合金C2.40-3.60;
Si0.26-1.00;
Mn1.50-2.50;
Cr0.15-0.35;
Ti0.15-0.35;
Fe余量。
(“供特殊性能铸件用的合金铸铁”ΓOCT7769-82，1982)。
这种合金被广泛用于制造例如抽汲磨料混合物的液压机，粉煤输送管的内衬以及煤和矿石粉碎机的其他磨碎装置，铲斗和抛砂机。
该合金的硬度是HRc48(按洛氏硬度计为C级)，弯曲强度极限为540MPa，相对磨料磨损是0.82(用0.25-0.35×10-3m颗粒的黑色碳化硅片相互研磨一小时，按试样的失量对标准样块-“噶特菲尔特钢”的失量比来定义)，代表可塑性的挠度是2.1×10-3m(以2.0×10-1m和横截面(10×10)×10-6m的试样的试验为基准)。
在使用设备时具有上述性能的合金缺乏足够的可靠性。
还有一种已知的耐磨合金，它含有下列成分(重量%)C2.4-3.6;
Si0.5-1.5;
Mn1.5-2.5;
Cr13.0-19.0;
Cu1.0-1.5;
Mo0.5-2.0Fe余量。
(“特殊性能铸件用合金铸铁”ΓOCT7769-82，1982)1982)。
这种合金被用于制造在上述规定条件下工作的零件，该合金具有如下机械性能弯曲强度极限490MPa，硬度HRc57(按洛氏硬度计为C级)，相对磨料磨损是0.45(按上述规定的方法测定)，代表可塑性的挠度是5.0×10-3m(以2.0×10-3m和横截面(10×10)×10-6m试样的试验为基准)。
具有这样性能的合金也不能完全满足用该合金制造的设备所提出的可靠性和耐久性的要求。
还有一种已知的合金，它含有下列成分(重量%)C4.2-6.20;
Si0.2-0.80;
Mn0.20-1.20;
Cr15.0-30.0;
Nl达4.00;
Cu达1.50;
Mo达0.75Fe余量。
(，2153846)这种合金也在强磨料磨损条件下工作并且具有如下机械性能硬度HRc60(按洛氏硬度计为C级)，相对磨料磨损0.48(按上述方法测定)，代表可塑性的挠度是4.2×10-3m(以2.0×10-1m和横截面(10×10)×10-6m试样的试验为基准)。
这种合金虽然具有高于上述合金的机械性能，但在使用时仍缺乏可靠性。
还有一种已知的耐磨合金，它含有下列成分(重量%)C1.70-2.35;
Si0.60-2.00;
Mn2.80-3.90;
Cr28.0-33.0;
Ti0.05-0.30;
Zr0.05-0.30;
Fe余量。
(，A，429129)。
这种合金也在强磨料磨损条件下工作并且具有如下机械性能抗弯强度极限900MPa，硬度HRc54(按洛氏硬度计为C级)，相对磨料磨损0.68(按上述方法测定)，代表可塑性的挠度是2.5×10-3m(以2.0×10-1m和横截面(10×10)×10-6m的试样试验为基准)。
由上述参数可知，这种合金的可塑性、硬度和耐磨性不足以保证由该合金制造的零件可靠地和持久地工作。
本发明的任务是通过引入新的合金成分和改变成分比来获得这样的耐磨合金，它具有高的强度和可塑性，而且也有高的磨料耐磨性。
本发明的任务是这样来解决的，即使所推荐的耐磨合金含有碳、硅、锰、铬、钛、锆、铁，并根据本发明该合金还含有铌，其成分比(重量%)为C2.38-3.50;
Si0.01-2.50;
Mn0.20-5.50;
Cr18.50-40.00;
Ti0.03-0.20;
Zr0.02-0.48;
Nb0.05-0.16;
Fe余量。
所推荐耐磨合金的可选择的定性组成和成分比，使该合金在合金化(变性处理)过程中经过结晶作用之后能获得显微组织，该显微组织包括高合金固溶体和由沿原生晶界分布的莱氏共晶体构成的高强度耐磨骨架以及均匀地分布在晶粒和亚晶粒所处的范围内，也均匀地分布在莱氏体中的高强度弥散相-金属与金属的化合物。在此情况下，使晶粒和枝状结晶发生了本质上的变化。
这种结构能够达到高强度、高强度和高磨料耐磨性，同时具有良好的可塑性。
捎陟匾蜃拥淖饔茫沟皆谒昵氲暮辖鹬凶钣驳念晏蓟镱甑锏靡蕴岣咚呐ǘ群妥橹木刃裕饩褪呛辖鹂伤苄蕴岣叩脑颉Ｔ谡庵智榭鱿拢谝殉ゲ幌Ｍ脑又剩ɡ缌蚧锖土谆铮┑木Я脱蔷Я５南嘟缟系挠α芯腿菀姿沙凇 铌对提高强度、硬度和耐磨性的作用与铌原子在高弥散的金属与金属的化合物中部分地取代了锆原子和钛原子有关，也与铌原子提高了金属与金属的化合物及固溶体的晶格常数不一致性有关，因此就提高了金属与金属的化合物及固溶体的化学稳定性和机械强度。在这种情况下提高了所申请合金的强度、硬度和耐磨性。
铌含量降低到0.05%(重量)以下会导致合金强度降低，因为在这种情况下，铌不能形成金属与金属化合物晶格，同时使可塑性下降，因为合金未能达到浓度上和结构上充分的均匀性。
铌含量增加到0.16%(重量)以上就会由于脆化而使合金的可塑性降低，这种脆化是由于过高地提高了其强度和因应力松弛的条件恶化形成了应力集中点而造成的。
与众所周知的合金相比，所推荐的合金也具有良好工艺性能。例如，在冶炼和热处量过程中的过热条件下具有高抗裂性。这是因为在铌的作用下，所述合金向较高结晶温度一方收缩和流动。
而这也是在采用常规工艺焊接时所推荐合金可与钢焊接的原因。
由于降低了疏松度及气孔和裂纹的数量，采用所推荐的合金能明显提高铸件质量，改善铸型内的液态流动性和填充性。
所推荐耐磨合金的冶炼，是通过装入和熔化这样的炉料来进行的，该炉料包括生铁和钢(例如废钢，本身生产的返回钢及其类似物)，一定量的铬铁合金、锰铁合金、硅铁合金，以保证在所需要的合金中达到符合所申请发明量的碳、硅、锰和铬。把含有钛、锆、铌的铁合金或中间合金以粉碎的形式加入熔体。
为了更好地理解本发明，列举出申请合金的下列实施方案。
实施例1耐磨合金的成分(重量%)为C2.36，Si2.00，Mn0.80，Cr20.50，Ti0.03，Zr0.30，Nb0.08，Fe余量用这种合金制造用于搅拌硅酸盐和粘土的搅拌桨上的外衬层。为了进行对比，用已知的耐磨合金(C2.0%、Si1.3%、Mn3.3%、Cr30.5%、Ti0.17%、Zr0.17%、Fe余量)(，A，429129)制造相同的零件并用该零件进行机械性能和使用性能试验。试验结果列入下表。
实施例耐磨合金成分(重量%)为C3.50，
Si2.00，Mn2.00，Cr20.00，Ti0.10，Zr0.10，Nb0.10，Fe余量。
按类似实施例1中所述的方法，在用于石油钻井作业中加工水泥浆的水力涡旋机的圆锥体上试验这种合金。试验结果列入下表。
实施例3耐磨合金成分(重量%)为C3.10，Si1.80，Mn2.40，Cr23.00，Ti0.20，Zr0.15，Nb0.08，Fe余量。
用这种合金制造喷砂泵的工作零件。在金刚石开采矿山按类似实施例1中所述的方法进行试验。试验结果列入下表。
实施例4耐磨合金成分(重量%)为C3.50，
Si2.50，Mn1.80，Cr40.00，Ti0.20，Zr0.48，Nb0.05，Fe余量。
用这种合金制造排渣系统管道的异径接头。在热力站按类似实施例1中的规定进行试验。试验结果列入下表。
实施例5耐磨合金成分(重量%)为C3.20，Si1.80，Mn3.80，Cr22.00，Ti0.10，Zr0.05，Nb0.12，Fe余量。
用这种合金制造加工水泥桨的碾碎部件(球、磨辊)。按类似实施例1中所述的方法进行试验。试验结果列入下表。
实施例6耐磨合金成分(重量%)为C2.90，
Si2.00，Mn2.00，Cr19.00，Ti0.20，Zr0.48Nb0.05Fe余量。
用这种合金制造废料场推渣机的铲刀刃。按类似实施例1中所述的方法进行试验。试验结果列入下表。
实施例7耐磨合金成分(重量%)为C3.10，Si1.25，Mn1.50，Cr20.00，Ti0.11，Zr0.20，Nb0.08，Fe余量。
用这种合金制造制砖业的压砖机的螺旋推进器的部件。按类似实施例1中所述的方法进行试验。试验结果列入下表。
实施例8耐磨合金成分(重量%)为C2.80，
Si0.01，Mn0.20，Cr18.50，Ti0.03，Zr0.30，Nb0.05，Fe余量。
用这种合金制造钻探工具冲洗管道的出口衬套。按类似实施例1中所述的方法进行试验。试验结果列入下表。
实施例9耐磨合金成分(重量%)为C2.80，Si1.90，Mn5.50，Cr25.00，Ti0.10，Zr0.25，Nb0.10，Fe余量。
用这种合金制造在造纸生产中用于磨碎木材浆的纤维分离机的弓形部件。按类似实施例1中所述的方法进行试验。试验结果列入下表。
实施例10耐磨合金成分(重量)为C2.50，
Si1.90，Mn1.90，Cr28.00，Ti0.08，Zr0.40，Nb0.16，Fe余量。
用这种合金制造木材加工刀具。按类似实施1中所述的方法进行试验。试验结果列入下表。
实施例11耐磨合金成分(重量%)为C2.40，Si0.80，Mn0.40，Cr26.00Ti0.10，Zr0.02，Nb0.05，Fe余量。
用这种合金制造饲料加工粉碎机刀刃。按类似实施例1中所述的方法进行试验。试验结果列入下表。
表
1.抗弯强度极限MPa11011411299114992.硬度HRc616665646565(按洛氏硬度C级)3.代表可塑性的6.06.06.16.06.06.1挠度(以2.0×10-1m和横截面(10×10)×10-6m的试样试验为基准)续表
实施例编号12345674.相对磨料磨损(按上述方法0.350.340.340.360.350.36测定)
5.工作期限是以已知的合金作451.5263为1来进行比较
权利要求
1.含有碳、硅、锰、铬、钛、锆和铁的耐磨合金，其特征在于，在下列成分比(重量%)中还含有铌C 2.38-3.50，Si 0.01-2.50，Mn 0.20-5.50，Cr 18.50-40.00，Ti 0.03-0.20，Zr 0.02-0.48，Nb 0.05-0.16，Fe 余量。
全文摘要
本发明涉及冶金。含有碳、硅、锰、铬、钛、锆和铁的耐磨合金，按照本发明，在下列分比(重量％)中附加含有铌
文档编号C22C38/36GK1036993SQ88102590
公开日1989年11月8日 申请日期1988年4月11日 优先权日1988年4月11日
发明者维克多·伊克尼维奇·柏尼, 安娜多利维斯李维奇·丝维特克, 朱里·多娜特维奇·诺维米斯克, 伊万·伊万诺维奇·克斯帕瑟夫, 米克伊里·蒂米诺维奇·包瑞瑟夫, 伊诺克蒂·伊诺克维奇·雅克利夫, 伊格·米克罗维奇·阿莫瑟夫, 伊万·伊万诺维奇·莫斯蒂斯, 安德雷·安德瑞维奇·查洛夫, 伊瑞娜·克斯塔提娜·达瑞夫娃, 尼克雷·尼克罗维奇·克雷克夫, 佛雷蒂克·阿勒安雷维奇·鲁克 申请人:苏联科学院西伯利亚分院固体物理和材料科学研究所, 苏联科学院西伯利亚分院北雅库特技术物理研究所