CN102071378A - 一种耐磨钢材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种耐磨钢材料及其制备方法，该材料具有良好的性能。该制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。该材料以以耐磨钢为基体，在基体中分布着由铁丝形成的金属丝团，所用铁丝直径为1-2mm，金属丝团的直径为10-15cm，铁丝占材料的体积百分比为10-40%。

Description

一种耐磨钢材料及制备方法

技术领域

     本发明属于金属材料领域，涉及一种耐磨钢材料及其制备方法。

背景技术

在金属材料领域中, 耐磨钢作为低成本耐磨材料一直受到普遍重视。

CN200510078257.X号申请涉及一种特别适用于钢路道岔的高强度耐磨钢及其制造方法。其材质化学成份按重量百分比为：C 0.25-0.48，Si 0.6-1.5，Mn 0.8-1.5，Cr1-1.5，Mo 0.3-0.5，V 0.15-0.25，Ti 0.05-0.15，P≤0.03，S≤0.025；制造工艺流程为：电弧炉冶炼→真空炉精炼→炉外钢包精炼→铸锭→初轧成坯→锻造成型→形变热处理。本发明与现有技术相比较，具有耐磨性能优良，强度和韧性指标高，内在质量稳定和生产成本低的优点。

CN200410013944.9号申请公开一种高硬度高韧性耐磨钢，其组成的重量百分比如下：C：0.25～0.55，Si：0.3～1.5，Mn：1.2～4.5，Cr：0.8～2.5，Mo：0.4～1.5，Ni：0.3～1.0，P、S≤0.06，其余为Fe，同时控制Mn/C值在4.8～8.2之间。其通过控制加入合金元素的含量及控制Mn/C值在4.8～8.2之间，提高了材料的淬硬性、淬透性和机械性能，但其硬度有待进一步提高。

发明内容

本发明的目的就是针对上述技术缺陷，提供一种耐磨钢材料，该材料具有良好的性能。

本发明的另一目的是提供一种耐磨钢材料的制备方法，该制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种耐磨钢材料，该材料以耐磨钢为基体，在基体中分布着由铁丝形成的金属丝团，所用铁丝直径为1-2mm，金属丝团的直径为10-15cm，铁丝占材料的体积百分比为10-40%； 

耐磨钢基体的化学成分的重量百分含量：C 0.25-0.60%，Si为0.5%～1%, Mn为7-10%, Dy为0.5-1%, P<0.08%, S <0.25%,其余为Fe。 

铁丝的化学成分的重量百分含量：C为0.05-0.09%，Si为0.2%～0.3%, Mn为0.25-0.35%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe。

所述基体中还分布有化合物Mn4B和CuC2颗粒。

一种耐磨钢材料的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：

渗硼铁丝和镀铜铁丝的准备：取直径为1-2mm、成分重量百分含量C为0.05-0.09%，Si为0.2%～0.3%, Mn为0.25-0.35%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe的铁丝，控制铁丝占材料的体积百分比为10-40%；

按常规方法分别在其表面渗硼和镀铜；分别形成渗硼铁丝和镀铜铁丝；渗硼铁丝的表面的渗硼层的厚度为100-200μm；镀铜铁丝的表面的镀铜层的厚度为100-300μm；得到的渗硼铁丝和镀铜铁丝总体长度相当；

按清洁球生产的常规方法将上述渗硼铁丝和镀铜铁丝各取一根丝形成球状的混合双丝金属丝团，金属丝团直径为10-15cm，将若干金属丝团放入铸型下型型腔中，金属丝团的松紧程度由铁丝占材料的体积百分比决定，保证金属丝团正好放满铸型；布置完毕后，将铸型的上型盖于下型上，合箱完毕后等待铁水浇注；

耐磨钢材料基体的准备：按重量百分含量C 0.25-0.60%，Si为0.5%～1%, Mn为7-10%, Dy为0.5-1%, P<0.08%, S <0.25%,其余为Fe的耐磨钢进行配料；耐磨钢原料在感应电炉中熔化，形成液态铁水，熔化温度为1620-1660℃；

将上述耐磨钢铁水浇入装有金属丝团的干砂铸型，液态铁水将渗硼铁丝和镀铜铁丝包围，然后冷却凝固，形成以耐磨钢为基的其中分布有金属丝团的材料。

    本发明相比现有技术的有益效果如下：

1、本发明材料中的耐磨钢含有大量的硼化物，因此硬度高，具有很好的耐磨性能。该材料主要用于矿山、煤炭、建材等工业领域用的耐磨易损件，如筒体衬板、端衬板等。

2、材料中的铁丝自身具有相当的强度和较高的韧性，铁丝和耐磨钢的基体都是钢，因此铁丝和耐磨钢很容易结合起来，形成很好的冶金结合。这样，铁丝分布在脆性耐磨钢中，对材料具有很好的增强增韧作用。

3、制备过程中，当钢水进入铸型型腔与铁丝接触，铁丝表面的Cu和B熔于钢水，钢水中的Mn和C和铁丝表面的Cu和B反应形成Mn4B、CuC2，硬度高。形成的这些特殊化合物分布在基体中进一步提高了材料的耐磨性。Cu固溶于钢中，造成钢基体的局部畸变，提高材料的耐磨性能。

4、Dy对耐磨钢的组织具有显著细化的作用，对于耐磨钢的增韧有重要的作用。另外C和Dy也会形成C 和Dy化合物Dy3C，分布于基体中有助于材料耐磨性的提高。本发明材料中P、S为杂质，控制在允许的范围。

5、本发明材料不用贵重元素，主要合金元素又铁丝带入，铁丝材料成本低，制备工艺简便，生产成本低，生产的合金材料性能好，而且非常便于工业化生产。

本发明的材料性能见表1。

附图说明

图1为本发明实施例一制得的耐磨钢材料的金相组织。

图1可以看到在耐磨钢与铁丝结合良好。

具体实施方式

以下各实施例仅用作对本发明的解释说明，其中的重量百分比均可换成重量g、kg或其它重量单位。以下所用铁丝均为市购，渗硼铁和镀铜层自制。

实施例一：

渗硼铁丝和镀铜铁丝的准备：

取直径为1mm、成分重量百分含量为C为0.05%，Si为0.2%, Mn为0.25%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe的铁丝，控制铁丝占材料的体积百分比为10%。

按常规方法分别在其表面渗硼和镀铜；分别形成渗硼铁丝和镀铜铁丝；渗硼铁丝和镀铜铁丝的总体长度相当，渗硼铁丝的表面的渗硼层的厚度为100μm；镀铜铁丝的表面的镀铜层的厚度为100μm；

按清洁球生产的常规方法将上述渗硼铁丝和镀铜铁丝各取一根丝形成球状的混合双丝金属丝团，金属丝团直径为15cm，将若干金属丝团放入铸型下型型腔中，金属丝团的松紧程度由铁丝占材料的体积百分比决定，保证金属丝团正好放满铸型；布置完毕后，将铸型的上型盖于下型上，合箱完毕后等待铁水浇注；

耐磨钢材料基体的准备：按重量百分含量C 0.25%，Si为0.5%, Mn为7%, Dy为0.5%, P<0.08%, S <0.25%,其余为Fe的耐磨钢进行配料；耐磨钢原料在感应电炉中熔化，熔化温度为1635-1640℃；

将上述耐磨钢铁水浇入装有金属丝团的干砂铸型，液态铁水将渗硼铁丝和镀铜铁丝包围，然后冷却凝固，形成以耐磨钢为基的其中分布有金属丝团的材料。

实施例二：

耐磨钢材料基体成分按重量百分含量：C 0.60%，Si为1%, Mn为10%, Dy为1%, P<0.08%, S <0.25%,其余为Fe进行配料。

铁丝成分的重量百分仿量为： C为0.09%，Si为0.3%, Mn为0.35%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe。铁丝直径为2mm。控制铁丝占材料的体积百分比为40%。

按常规方法分别在其表面渗硼和镀铜；分别形成渗硼铁丝和镀铜铁丝；得到的渗硼铁丝和镀铜铁丝二者的总体长度相当；渗硼铁丝的表面的渗硼层的厚度为200μm；镀铜铁丝的表面的镀铜层的厚度为300μm；按清洁球生产的常规方法制作带镀层的两种金属丝混合的双丝金属丝团，金属丝团直径为10cm。

制备过程同实施例一。

实施例三：

耐磨钢材料基体成分按重量百分含量：C 0.4%，Si为0.7%, Mn为8%, Dy为0.8%, P<0.08%, S <0.25%,其余为Fe。

铁丝成分的重量百分仿量为： C为0.06%，Si为0.25%, Mn为0.3%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe。铁丝直径为1.3mm。控制铁丝占材料的体积百分比为20%。

按常规方法分别在其表面渗硼和镀铜；分别形成渗硼铁丝和镀铜铁丝；得到的渗硼铁丝和镀铜铁丝二者的总体长度相当；渗硼铁丝的表面的渗硼层的厚度为150μm；镀铜铁丝的表面的镀铜层的厚度为200μm；按清洁球生产的常规方法制作带镀层的两种金属丝混合的双丝金属丝团，金属丝团直径为15cm。

制备过程同实施例一。

对比实施例四：原料配比不在本发明范围内的实例

耐磨钢材料基体成分按重量百分含量：C 0.2%，Si为0.3%, Mn为6%, Dy为0.4%, P<0.08%, S <0.25%,其余为Fe。

铁丝成分的重量百分仿量为： C为0.03%，Si为0.1%, Mn为0.2%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe。铁丝直径为0.5mm。控制铁丝占材料的体积百分比为4%。

 铁丝表面不渗硼，也不镀铜。按清洁球生产的常规方法制作双丝金属丝团，金属丝团直径为15cm。

制备过程同实施例一。

对比实施例五：原料配比不在本发明范围内的实例

耐磨钢材料基体成分按重量百分含量：C 0.8%，Si为2%, Mn为11%, Dy为2%, P<0.08%, S <0.25%,其余为Fe。

铁丝成分的重量百分仿量为： C为0.1%，Si为0.4%, Mn为0.4%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe。铁丝直径为3mm。控制铁丝占材料的体积百分比为45%。

按常规方法分别在其表面渗硼和镀铜；分别形成渗硼铁丝和镀铜铁丝；渗硼铁丝和镀铜铁丝的的总体长度相当；渗硼铁丝的表面的渗硼层的厚度为300μm；镀铜铁丝的表面的镀铜层的厚度为400μm；

渗硼铁丝的表面的渗硼层的厚度为300μm。镀铜铁丝的表面的镀铜层的厚度为400μm。按清洁球生产的常规方法制作带镀层的两种金属丝混合的双丝金属丝团，金属丝团直径为10cm。

制备过程同实施例一。

     表1

由上表可见，本发明的耐磨钢和铁丝的化学成分中C、Si、 Mn增加，利于材料硬度的提高。但是过多，会降低基体材料的韧性。P和S 增加，也会降低基体材料的韧性。

耐磨钢中Dy的增加不仅利于硬度的提高，而且也有利于韧性提高。但是，过多导致Dy和C化合物的增加，降低材料的韧性。

铁丝体积百分比的增加，利于材料韧性的提高。但是过多，降低了材料的硬度，因此也降低了材料的耐磨性，如产品5。

镀铜和渗硼层的厚度增加，利于钢水的合金化；但是过多，铜和硼不易在短时熔入钢水，造成元素的浪费。

Claims (3)

1.1．一种耐磨钢材料，该材料以耐磨钢为基体，在基体中分布着由铁丝形成的金属丝团，所用铁丝直径为1-2mm，金属丝团的直径为10-15cm，铁丝占材料的体积百分比为10-40%； 

耐磨钢基体的化学成分的重量百分含量：C 0.25-0.60%，Si为0.5%～1%, Mn为7-10%, Dy为0.5-1%, P<0.08%, S <0.25%,其余为Fe； 

铁丝的化学成分的重量百分含量：C为0.05-0.09%，Si为0.2%～0.3%, Mn为0.25-0.35%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe。

2.根据权利要求1所述的耐磨钢材料，其特征在于：所述基体中还分布有化合物Mn4B和CuC2颗粒。

3.一种耐磨钢材料的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：

渗硼铁丝和镀铜铁丝的准备：取直径为1-2mm、成分重量百分含量C为0.05-0.09%，Si为0.2%～0.3%, Mn为0.25-0.35%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe的铁丝，控制铁丝占材料的体积百分比为10-40%；

按常规方法分别在其表面渗硼和镀铜；分别形成渗硼铁丝和镀铜铁丝；渗硼铁丝的表面的渗硼层的厚度为100-200μm；镀铜铁丝的表面的镀铜层的厚度为100-300μm；得到的渗硼铁丝和镀铜铁丝总体长度相当；

按清洁球生产的常规方法将上述渗硼铁丝和镀铜铁丝各取一根丝形成球状的混合双丝金属丝团，金属丝团直径为10-15cm，将若干金属丝团放入铸型下型型腔中，金属丝团的松紧程度由铁丝占材料的体积百分比决定，保证金属丝团正好放满铸型；布置完毕后，将铸型的上型盖于下型上，合箱完毕后等待铁水浇注；

耐磨钢材料基体的准备：按重量百分含量C 0.25-0.60%，Si为0.5%～1%, Mn为7-10%, Dy为0.5-1%, P<0.08%, S <0.25%,其余为Fe的耐磨钢进行配料；耐磨钢原料在感应电炉中熔化，形成液态铁水，熔化温度为1620-1660℃；

将上述耐磨钢铁水浇入装有金属丝团的干砂铸型，液态铁水将渗硼铁丝和镀铜铁丝包围，然后冷却凝固，形成以耐磨钢为基的其中分布有金属丝团的材料。

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