CN103627964A - 一种高原始硬度破碎机锤用合金钢材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种高原始硬度破碎机锤用合金钢材料，其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳1.2-1.5、硅0.7-1.1、锰3.2-3.5、铬2.6-2.8、钒1.7-1.9、钼2.4-2.6、Bi0.3-0.5、Gd0.08-0.12、Tb0.02-0.05、S≤0.05、P≤0.05、余量为铁。本发明是采用高碳钢作为材质，同时又因其含有Gd、Tb、钼、Bi等多种合金元素，具有高的原始硬度和耐磨性、且韧性好，不易断裂，耐腐蚀；本发明适用于非强烈冲击的工作条件，其使用寿命与传统的高锰钢相比能提高2-3倍。本发明精炼剂用于铸造生产，不会在铸件表面产生气孔，夹杂氧化物也明显降低。
Description
技术领域
本发明涉及耐磨金属材料领域，尤其涉及一种高原始硬度破碎机锤用合金钢材料及其制备方法。
背景技术
锤头材料的种类很多，最常用的是高锰钢，最初是因其硬度和耐磨性都比较高，但是现在人们发现其实不然，有些场合高锰钢锤头并不耐磨，使用寿命短，究其原因，是高锰钢要在大的冲击力的情况下才能产生高硬度的表面硬化层，而冲击力小的情况下不耐磨；还有中锰钢锤头，因其有较高的硬度和韧性，在冲击力不太大的情况下较耐用，且有磁性；高铬铸铁锤头有优良的耐磨性，但是韧性较差，易发生脆性断裂。各种材料均不能达到最理想的效果，因此寻求合理的材料,开发简单实用的工艺，在保证使用要求的前提下节省资源和能源，已成为耐磨材料领域的热点和难点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高原始硬度破碎机锤用合金钢材料及其制备方法，该合金材料具有原始硬度高，耐磨性好、韧性好的优点。
本发明的技术方案如下：
一种高原始硬度破碎机锤用合金钢材料，其特征在于：其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳1.2-1.5、硅0.7-1.1、锰3.2-3.5、铬2.6-2.8、钒1.7-1.9、钼2.4-2.6、Bi0.3-0.5、Gd0.08-0.12、Tb0.02-0.05、S≤0.05、P≤0.05、余量为铁。
所述的高原始硬度破碎机锤用合金钢材料的生产方法，其特征在于：
（1）、准备生铁与废铁按1：1-2比例作为铁基质来源，将生铁加入投入炉中熔化，进行脱硫、脱氧、采用精炼剂一次精炼、添加合金成分进行合金化，再加入废铁熔化、加入精炼剂二次精炼、检测并调整化学元素成分含量至合格、浇铸、铸后热处理等；
（2）、合金化过程中向炉内投入合金元素的批次顺序为：（1）硅、钒、铬；（2）锰、Bi、Gd；（3）其他剩余成分；各批次投入元素的时间间隔为20-23分钟，投料后搅拌均匀。
所述的铸后热处理是：先由室温以200-210℃/小时速率升温至500-510℃，保温40-50分钟，再以200-210℃/小时速率升温至700-710℃，保温40-50分钟，再以200-210℃/小时速率升温至930-940℃，保温3-4小时；再以160-170℃/小时速率降温至700-710℃，保温40-50分钟，再以160-170℃/小时速率降温至460-480℃，保温40-50分钟；再以160-170℃/小时速率降温至220-230℃，保温2-3小时；再以180-190℃/小时速率升温至340-350℃，再以160-170℃/小时速率降温至220-230℃，再以180-190℃/小时速率升温至540-550℃，保温2-3小时，取出空冷即得。
所述的精炼剂由下列重量份的原料制成：工具钢粉3-4、粘土12-15、纳米二氧化钛3-4、二氧化硅2-3、BaCO34-5、纳米二氧化硅1-2、氢氧化铝8-10、玉石粉3-4、蒙脱石1-2、氟硅酸钠2-3；制备方法是将各原料混合，加热至熔融状态，然后，浇注入纯净水中激冷，再粉碎成100-200目粉末；将所得粉末加入相当于粉末重量2-3%的硅烷偶联剂KH-550、1-2%的纳米碳粉，混合均匀后，在8-15Mpa下压制成坯，然后，在900-950℃下煅烧3-4小时，冷却后，再粉碎成150-250目粉末，即得。
本发明的有益效果
本发明是采用高碳钢作为材质，同时又因其含有Gd、Tb、钼、Bi等多种合金元素，具有高的原始硬度和耐磨性、且韧性好，不易断裂，耐腐蚀；本发明适用于非强烈冲击的工作条件，其使用寿命与传统的高锰钢相比能提高2-3倍。本发明使用部分废铁作为原料，并经过二次精炼，合理控制铸后热处理温度，分批投放原料，使合金品质更稳定均一，提高综合力学性能。本发明精炼剂用于铸造生产，明显提高成品率，特别是铸件中的气孔度降低1-2度，不会在铸件表面产生气孔，夹杂氧化物也明显降低，氧化夹杂物在2级左右。
具体实施方式
一种高原始硬度破碎机锤用合金钢材料，其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳1.2-1.5、硅0.7-1.1、锰3.2-3.5、铬2.6-2.8、钒1.7-1.9、钼2.4-2.6、Bi0.3-0.5、Gd0.08-0.12、Tb0.02-0.05、S≤0.05、P≤0.05、余量为铁。
所述的高原始硬度破碎机锤用合金钢材料的生产方法，其特征在于：
（1）、准备生铁与废铁按1：1.5比例作为铁基质来源，将生铁加入投入炉中熔化，进行脱硫、脱氧、采用精炼剂一次精炼、添加合金成分进行合金化，再加入废铁熔化、加入精炼剂二次精炼、检测并调整化学元素成分含量至合格、浇铸、铸后热处理等；
（2）、合金化过程中向炉内投入合金元素的批次顺序为：（1）硅、钒、铬；（2）锰、Bi、Gd；（3）其他剩余成分；各批次投入元素的时间间隔为22分钟，投料后搅拌均匀。
所述的铸后热处理是：先由室温以205℃/小时速率升温至505℃，保温45分钟，再以205℃/小时速率升温至705℃，保温45分钟，再以205℃/小时速率升温至935℃，保温3.5小时；再以165℃/小时速率降温至705℃，保温45分钟，再以165℃/小时速率降温至470℃，保温45分钟；再以165℃/小时速率降温至225℃，保温2.5小时；再以185℃/小时速率升温至345℃，再以165℃/小时速率降温至225℃，再以185℃/小时速率升温至545℃，保温2.5小时，取出空冷即得。
所述的精炼剂由下列重量份(公斤)的原料制成：工具钢粉3.5、粘土13、纳米二氧化钛3.5、二氧化硅2.5、BaCO34.5、纳米二氧化硅1.5、氢氧化铝9、玉石粉3.5、蒙脱石1.5、氟硅酸钠2.5；制备方法是将各原料混合，加热至熔融状态，然后，浇注入纯净水中激冷，再粉碎成170目粉末；将所得粉末加入相当于粉末重量2.5%的硅烷偶联剂KH-550、2%的纳米碳粉，混合均匀后，在11Mpa下压制成坯，然后，在940℃下煅烧3.4小时，冷却后，再粉碎成200目粉末，即得。
本发明的高原始硬度破碎机锤用合金钢材料的机械性能为：拉伸强度1198MPa，屈服强度894MPa，延伸率13.7％，断面收缩率33％，冲击吸收功53J，冲击韧性65J/cm2，硬度290HB。
Claims (4)
1.一种高原始硬度破碎机锤用合金钢材料，其特征在于：其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳1.2-1.5、硅0.7-1.1、锰3.2-3.5、铬2.6-2.8、钒1.7-1.9、钼2.4-2.6、Bi0.3-0.5、Gd0.08-0.12、Tb0.02-0.05、S≤0.05、P≤0.05、余量为铁。
2.根据权利要求1所述的高原始硬度破碎机锤用合金钢材料的生产方法，其特征在于：
（1）、准备生铁与废铁按1：1-2比例作为铁基质来源，将生铁加入投入炉中熔化，进行脱硫、脱氧、采用精炼剂一次精炼、添加合金成分进行合金化，再加入废铁熔化、加入精炼剂二次精炼、检测并调整化学元素成分含量至合格、浇铸、铸后热处理等；
（2）、合金化过程中向炉内投入合金元素的批次顺序为：（1）硅、钒、铬；（2）锰、Bi、Gd；（3）其他剩余成分；各批次投入元素的时间间隔为20-23分钟，投料后搅拌均匀。
3.根据权利要求2所述的高原始硬度破碎机锤用合金钢材料的生产方法，其特征在于：所述的铸后热处理是：先由室温以200-210℃/小时速率升温至500-510℃，保温40-50分钟，再以200-210℃/小时速率升温至700-710℃，保温40-50分钟，再以200-210℃/小时速率升温至930-940℃，保温3-4小时；再以160-170℃/小时速率降温至700-710℃，保温40-50分钟，再以160-170℃/小时速率降温至460-480℃，保温40-50分钟；再以160-170℃/小时速率降温至220-230℃，保温2-3小时；再以180-190℃/小时速率升温至340-350℃，再以160-170℃/小时速率降温至220-230℃，再以180-190℃/小时速率升温至540-550℃，保温2-3小时，取出空冷即得。
4.根据权利要求2所述的高原始硬度破碎机锤用合金钢材料的生产方法，其特征在于：所述的精炼剂由下列重量份的原料制成：工具钢粉3-4、粘土12-15、纳米二氧化钛3-4、二氧化硅2-3、BaCO34-5、纳米二氧化硅1-2、氢氧化铝8-10、玉石粉3-4、蒙脱石1-2、氟硅酸钠2-3；制备方法是将各原料混合，加热至熔融状态，然后，浇注入纯净水中激冷，再粉碎成100-200目粉末；将所得粉末加入相当于粉末重量2-3%的硅烷偶联剂KH-550、1-2%的纳米碳粉，混合均匀后，在8-15Mpa下压制成坯，然后，在900-950℃下煅烧3-4小时，冷却后，再粉碎成150-250目粉末，即得。
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