CN108467998A - 一种衬板用耐磨金属材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种衬板用耐磨金属材料及其制备方法,制备衬板用耐磨金属材料的原料按其重量百分比包括:Ti0.08%~0.14%、B0.002%~0.006%、Cu0.12%~0.48%、Ni0.25%~0.46%、Cr0.5%~1.26%、Mo0.15%~0.52%、RE0.10%~0.24%,余量为生铁和Q235废钢。本发明制备的衬板用耐磨金属材料的硬度大于63HRC,冲击韧性值可达34J/cm2~42J/cm2,磨损失重率仅为0.06%~0.12%,耐磨性好,并且制备方法简单,制备工艺易操作,生产成本低廉,适合大规模生产推广本发明。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料的生产技术领域,具体涉及一种衬板用耐磨金属材料及其制备方法。
背景技术
耐磨金属材料被广泛应用于工业生产的各个领域,而随着科技进步和现代工业的高速发展,其使用寿命越来越成为影响现代设备生产效率的重要因素,虽然材料磨损不会因其金属工件灾难性的危害,但由于金属磨损而引起的能源和金属材料消耗增加等造成的经济损失十分惊人。在我国,每年由于工件磨损而造成的经济损失约400亿元人民币。因此研究和开发耐磨金属材料,以减少金属磨损,对国民经济发展有着重要意义。衬板一般是用来保护筒体,使筒体免受物料或研磨体的直接冲击和摩擦,同时也可利用不同形式的衬板来调整研磨体的运动状态,来增强研磨体对物料的粉碎作用,提高磨机的粉磨效率,降低金属消耗,这就要求衬板在具有一定的耐磨性外,还应具有较高的抗冲击性能。
中国专利CN103114252A公开了一种制备衬板用低合金耐磨钢的方法,包括步骤:(1)将废钢等放入熔炼炉中进行熔炼,以50%功率加热,当电流稳定时,以95%功率加热;(2)当炉中的钢料有一半熔化时,加入铬铁、锰铁和硅铁;(3)当大部分钢料熔化时,加入1%的造渣剂;(4)出钢温度1560-1600℃,向炉中加入0.1%的铝进行脱氧处理,脱氧的同时把钒铁、铜铁加入熔炼炉中,2-3min后准备出钢;(5)把钛、钇合金变质剂放在浇包的底部;(6)在1480-1520℃浇注;(7)热处理工艺为900-920℃,保温2-3h,出炉后油冷淬火,回火温度200-240℃,回火时间2-4h。该专利除了具有碳钢的含碳量外,还添加有Cr、Mn、Si、V合金元素,可以进一步提高硬度和耐磨性,添加有Ni、Ti、Y合金元素,可以提高合金的晶粒细密、组织均匀和淬透性,但是该专利制备的低合金耐磨钢的耐磨性能不佳,硬度不够大。
中国专利CN104087842A公开了一种中铬耐磨衬板,各成分剂重量百分比为:C0.65-0.8%、Mn0.6-0.8%、Si0.6-0.8%、Cr5.6-6.2%、Mo0.6-0.7%、B0.03-0.05%、Cu≤0.2%、P≤0.01%、Re0.02-0.1%,余量为Fe,制备方法包括以下步骤:制备砂型、原料熔炼,用珍珠砂覆盖液面、加入Re进行变质处理、加入钢包覆盖剂、进行浇铸、淬火处理和回火处理。该专利通过改善配方和加工工艺,来提高耐磨衬板的耐磨性、耐腐蚀性和韧性,但是该专利制备的中铬耐磨衬板的抗冲击性不佳。
因此,急需一种硬度大、冲击韧性强、耐磨性好的衬板用耐磨金属材料及其制备方法。
发明内容
本发明针对上述问题,提供一种衬板用耐磨金属材料及其制备方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是:制备衬板用耐磨金属材料的原料按其重量百分比包括:Ti0.08%~0.14%、B0.002%~0.006%、Cu0.12%~0.48%、Ni0.25%~0.46%、Cr0.5%~1.26%、Mo0.15%~0.52%、RE0.10%~0.24%,余量为生铁和Q235废钢。其中,Ti是非常活泼的金属元素,与O、N和C等元素都有极强的亲和力,生产加工中,Ti可以优先与N结合形成TiN,能够抑制BN的形成,以此来保证B元素对淬透性的作用,另外Ti可以与稀土元素共同作用,提高金属材料的等轴晶率,改善凝固组织;B在低合金的金属材料中可以提高金属材料的淬透性,适量的B在保证淬透性作用效果的同时还不会降低材料的冲击韧性,过高的B含量会使B与C结合,沿晶界生成大量有利于铁素体形核的颗粒,降低材料的淬透性和冲击韧性,因此本发明选取B的含量在0.002%~0.006%;Cu是非碳化物形成的元素,可以扩大奥氏体相区,使贝氏体和珠光体转变的孕育期增长,显著提高金属材料的淬透性;Ni的奥氏体形成的元素,固溶的Ni能稳定奥氏体和降低材料中各合金元素的扩散速率,明显提高钢的淬透性,Ni与Cr、Mo等元素复合加入可以提高淬透性效果;金属材料中添加Cr可以提高金属材料的淬透性,随着Cr元素含量的提高,金属材料的硬度和耐磨性有了明显提高,但当Cr的含量超过2.5%后,材料的硬度增加不明显,而冲击韧性会有一定下降,因此应选取适量的添加量;Mo可以提高金属材料在回火过程中的组织稳定性,使金属材料可以在较高温度下回火,进而有效的消除或降低材料的残余应力,提高金属材料的塑韧性;RE元素可以提高金属材料的强度和韧性,加入适量的RE元素,可以显著提高金属材料的强度、韧性和耐磨性。
进一步的,RE包括:Eu0.05%~0.12%,Tb0.05%~0.12%。
进一步的,生铁和Q235废钢的重量比为1:3~5。
进一步的,制备衬板用耐磨金属材料的原料按其重量百分比包括:Ti0.11%、B0.004%、Cu0.30%、Ni0.35%、Cr0.88%、Mo0.33%、RE0.17%,余量为生铁和Q235废钢。
进一步的,生铁中组分重量百分比为:C0.12%~0.20%,Mn0.35%~0.72%,Si≤0.20%,S≤0.06%,P≤0.045%,余量Fe。
进一步的,Q235废钢中组分重量百分比为:C2.11%~3.12%,Mn0.35%~0.72%,Si1.2%~1.8%,S≤0.06%,P≤0.045%,余量Fe。
本发明的另一发明目的在于提供一种衬板用耐磨金属材料的制备方法,包括如下步骤:
步骤S10,按上述重量百分比称取制备衬板用耐磨金属材料的原料,将上述重量百分比的生铁和Q235废钢放到加热炉中,升温加热至熔化;
步骤S20,将温度控制在1560℃~1630℃时,依次向步骤S10的加热炉中加入上述重量百分比的单质Ti、Cu、Ni、B、Cr和Mo,保温10分钟~20分钟,加入上述重量百分比的RE,保温3分钟~8分钟,在1530℃~1600℃温度下浇铸,得到铸件;
步骤S30,将步骤S20得到的铸件经分段淬火处理后,再在220℃~350℃回火处理2小时~5小时,得到衬板用耐磨金属材料。
进一步的,步骤S10中,升温加热的升温速率为15℃/min~25℃/min。
进一步的,步骤S30中,分段淬火处理过程为:在200℃温度下装炉,保温1小时~1.5小时,升温至350℃~400℃,保温0.5小时~1.2小时,继续升温至900℃~950℃,保温1小时~1.5小时。
更进一步的,升温的速率为25℃/min~45℃/min。
本发明的优点是:
1.本发明制备的衬板用耐磨金属材料以生铁和Q235废钢为主要原料,通过添加Ti、Cu、Ni、B、Cr、Mo和RE单质来调整金属材料的组分,在降低了生产成本的同时,提高了金属材料的耐磨性和抗冲击性;
2.本发明制备的衬板用金属材料中添加有Ti、B和RE,优化调整B和Ti的元素组分比例,可以抑制BN的形成,保证B元素在提高金属材料淬透性作用的发挥,添加RE元素,可以细化晶粒、净化晶界、改变金属材料中夹杂物的形态和分布,可以提高金属材料的韧性和硬度;
3.本发明制备的衬板用耐磨金属材料的硬度大于63HRC,冲击韧性值可达34J/cm2~42J/cm2,磨损失重率仅为0.06%~0.12%,耐磨性好,并且制备方法简单,制备工艺易操作,生产成本低廉,适合大规模生产推广。
具体实施方式
以下对本发明的实施例进行详细说明,但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1
一种衬板用耐磨金属材料及其制备方法
制备衬板用耐磨金属材料的原料包括:Ti0.11%、B0.004%、Cu0.30%、Ni0.35%、Cr0.88%、Mo0.33%、RE0.17%、Eu0.09%,Tb0.08%,余量为生铁和Q235废钢,且生铁和Q235废钢的重量比为1:4。
生铁中组分重量百分比为:C0.12%,Mn0.45%,Si0.15%,S0.04%,P0.015%,余量Fe。
Q235废钢中组分重量百分比为:C3.12%,Mn0.64%,Si1.5%,S0.02%,P0.026%,余量Fe。
衬板用耐磨金属材料,通过如下方法制备:
步骤S10,按上述重量百分比称取制备衬板用耐磨金属材料的原料,将上述重量百分比的生铁和Q235废钢放到加热炉中,以20℃/min的升温速率升温加热至熔化;
步骤S20,将温度控制在1595℃时,依次向步骤S10的加热炉中加入上述重量百分比的单质Ti、Cu、Ni、B、Cr和Mo,保温15分钟,加入上述重量百分比的RE,保温5分钟,在1570℃温度下浇铸,得到铸件;
步骤S30,将步骤S20得到的铸件进行分段淬火处理,在200℃温度下装炉,保温1小时,以35℃/min的升温的速率升温至380℃,保温0.8小时,继续以35℃/min的升温的速率升温至935℃,保温1.2小时,再在280℃回火处理3.5小时,得到衬板用耐磨金属材料。
实施例2
一种衬板用耐磨金属材料及其制备方法
制备衬板用耐磨金属材料的原料包括:Ti0.08%、B0.005%、Cu0.48%、Ni0.40%、Cr0.5%、Mo0.42%、Eu0.05%,Tb0.05%,余量为生铁和Q235废钢,且生铁和Q235废钢的重量比为1:3。
生铁中组分重量百分比为:C0.16%,Mn0.35%,Si0.15%,S0.03%,P0.026%,余量Fe。
Q235废钢中组分重量百分比为:C2.85%,Mn0.39%,Si1.4%,S0.01%,P0.028%,余量Fe。
衬板用耐磨金属材料,通过如下方法制备:
步骤S10,按上述重量百分比称取制备衬板用耐磨金属材料的原料,将上述重量百分比的生铁和Q235废钢放到加热炉中,以15℃/min的升温速率升温加热至熔化;
步骤S20,将温度控制在1630℃时,依次向步骤S10的加热炉中加入上述重量百分比的单质Ti、Cu、Ni、B、Cr和Mo,保温10分钟,加入上述重量百分比的RE,保温3分钟,在1550℃温度下浇铸,得到铸件;
步骤S30,将步骤S20得到的铸件进行分段淬火处理,在200℃温度下装炉,保温1小时,以45℃/min的升温的速率升温至350℃,保温0.5小时,继续以45℃/min的升温的速率升温至910℃,保温1小时,再在250℃回火处理5小时,得到衬板用耐磨金属材料。
实施例3
一种衬板用耐磨金属材料及其制备方法
制备衬板用耐磨金属材料的原料包括:Ti0.14%、B0.003%、Cu0.39%、Ni0.30%、Cr1.02%、Mo0.15%、Eu0.12%,Tb0.12%,余量为生铁和Q235废钢,且生铁和Q235废钢的重量比为1:5。
生铁中组分重量百分比为:C0.20%,Mn0.35%,Si0.12%,S0.05%,P0.019%,余量Fe。
Q235废钢中组分重量百分比为:C2.11%,Mn0.72%,Si1.8%,S0.02%,P0.035%,余量Fe。
衬板用耐磨金属材料,通过如下方法制备:
步骤S10,按上述重量百分比称取制备衬板用耐磨金属材料的原料,将上述重量百分比的生铁和Q235废钢放到加热炉中,以20℃/min的升温速率升温加热至熔化;
步骤S20,将温度控制在1580℃时,依次向步骤S10的加热炉中加入上述重量百分比的单质Ti、Cu、Ni、B、Cr和Mo,保温12分钟,加入上述重量百分比的RE,保温4分钟,在1530℃温度下浇铸,得到铸件;
步骤S30,将步骤S20得到的铸件进行分段淬火处理,在200℃温度下装炉,保温1.5小时,以25℃/min的升温的速率升温至380℃,保温1.0小时,继续以25℃/min的升温的速率升温至900℃,保温1.2小时,再在300℃回火处理2小时,得到衬板用耐磨金属材料。
实施例4
一种衬板用耐磨金属材料及其制备方法
制备衬板用耐磨金属材料的原料包括:Ti0.09%、B0.006%、Cu0.12%、Ni0.46%、Cr0.75%、Mo0.24%、Eu0.10%,Tb0.10%,余量为生铁和Q235废钢,且生铁和Q235废钢的重量比为1:3。
生铁中组分重量百分比为:C0.18%,Mn0.72%,Si0.08%,S0.01%,P0.028%,余量Fe。
Q235废钢中组分重量百分比为:C2.54%,Mn0.35,Si1.2%,S0.02%,P0.023%,余量Fe。
衬板用耐磨金属材料,通过如下方法制备:
步骤S10,按上述重量百分比称取制备衬板用耐磨金属材料的原料,将上述重量百分比的生铁和Q235废钢放到加热炉中,以25℃/min的升温速率升温加热至熔化;
步骤S20,将温度控制在1560℃时,依次向步骤S10的加热炉中加入上述重量百分比的单质Ti、Cu、Ni、B、Cr和Mo,保温18分钟,加入上述重量百分比的RE,保温8分钟,在1590℃温度下浇铸,得到铸件;
步骤S30,将步骤S20得到的铸件进行分段淬火处理,在200℃温度下装炉,保温1小时,以40℃/min的升温的速率升温至400℃,保温1.2小时,继续以40℃/min的升温的速率升温至950℃,保温1.5小时,再在350℃回火处理5小时,得到衬板用耐磨金属材料。
实施例5
一种衬板用耐磨金属材料及其制备方法
制备衬板用耐磨金属材料的原料包括:Ti0.12%、B0.002%、Cu0.21%、Ni0.25%、Cr1.26%、Mo0.52%、Eu0.05%,Tb0.10%,余量为生铁和Q235废钢,且生铁和Q235废钢的重量比为1:3~5。
生铁中组分重量百分比为:C0.18%,Mn0.36%,Si0.08%,S0.02%,P0.014%,余量Fe。
Q235废钢中组分重量百分比为:C2.68%,Mn0.72%,Si1.2%,S0.02%,P0.017%,余量Fe。
衬板用耐磨金属材料,通过如下方法制备:
步骤S10,按上述重量百分比称取制备衬板用耐磨金属材料的原料,将上述重量百分比的生铁和Q235废钢放到加热炉中,以15℃/min的升温速率升温加热至熔化;
步骤S20,将温度控制在1610℃时,依次向步骤S10的加热炉中加入上述重量百分比的单质Ti、Cu、Ni、B、Cr和Mo,保温15分钟,加入上述重量百分比的RE,保温5分钟,在1600℃温度下浇铸,得到铸件;
步骤S30,将步骤S20得到的铸件进行分段淬火处理,在200℃温度下装炉,保温1.5小时,以30℃/min的升温的速率升温至400℃,保温1.0小时,继续以30℃/min的升温的速率升温至900℃,保温1小时,再在220℃回火处理5小时,得到衬板用耐磨金属材料。
实验例
为了进一步说明本发明的技术进步性,现采用实验进一步说明。
实验材料:本发明实施例1~5所生产的衬板用耐磨金属材料。
实验方法:同等情况下比较各种材料的各项性能,其中磨损失重采用MMW-1型摩擦磨损万能试验机测定,测试条件为150N的正压力、转速为300r/min、测试时间为1200s,用电子天平称量两种材料的磨损失重,计算得到失重率。
表1.实施例1~5制备的衬板用耐磨金属材料的测试结果
材料 | 硬度(HRC) | 抗拉强度(MPa) | 冲击韧性(J/cm2) | 磨损失重率(%) |
实施例1 | 65.8 | 980 | 42 | 0.09 |
实施例2 | 65.4 | 1050 | 38 | 0.12 |
实施例3 | 66.9 | 990 | 36 | 0.08 |
实施例4 | 63.7 | 980 | 34 | 0.06 |
实施例5 | 64.5 | 870 | 39 | 0.06 |
实验结果表明,本发明制备的衬板用耐磨金属材料的硬度可达63HRC以上,抗拉强度大于870MPa,冲击韧性在34J/cm2~42J/cm2范围内,磨损失重率仅为0.06%~0.12%,与常规耐磨金属材料相比,本发明制备的衬板用耐磨金属材料的抗磨损性能有了很大提高,磨损率较低,并且硬度和冲击韧性性能较优,适合高强度工作条件下的衬板使用。
以上仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种衬板用耐磨金属材料,其特征在于,制备所述衬板用耐磨金属材料的原料按其重量百分比包括:Ti0.08%~0.14%、B0.002%~0.006%、Cu0.12%~0.48%、Ni0.25%~0.46%、Cr0.5%~1.26%、Mo0.15%~0.52%、RE0.10%~0.24%,余量为生铁和Q235废钢。
2.根据权利要求1所述的衬板用耐磨金属材料,其特征在于,所述RE包括:Eu0.05%~0.12%,Tb0.05%~0.12%。
3.根据权利要求1所述的衬板用耐磨金属材料,其特征在于,所述生铁和Q235废钢的重量比为1:3~5。
4.根据权利要求1所述的衬板用耐磨金属材料,其特征在于,制备所述衬板用耐磨金属材料的原料按其重量百分比包括:Ti0.11%、B0.004%、Cu0.30%、Ni0.35%、Cr0.88%、Mo0.33%、RE0.17%,余量为生铁和Q235废钢。
5.根据权利要求1所述的衬板用耐磨金属材料,其特征在于,所述生铁中组分重量百分比为:C0.12%~0.20%,Mn0.35%~0.72%,Si≤0.20%,S≤0.06%,P≤0.045%,余量Fe。
6.根据权利要求1所述的衬板用耐磨金属材料,其特征在于,所述Q235废钢中组分重量百分比为:C2.11%~3.12%,Mn0.35%~0.72%,Si1.2%~1.8%,S≤0.06%,P≤0.045%,余量Fe。
7.一种根据权利要求1~6中任一项所述的衬板用耐磨金属材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤S10,按所述重量百分比称取制备衬板用耐磨金属材料的原料,将所述重量百分比的生铁和Q235废钢放到加热炉中,升温加热至熔化;
步骤S20,将温度控制在1560℃~1630℃时,依次向步骤S10的加热炉中加入所述重量百分比的单质Ti、Cu、Ni、B、Cr和Mo,保温10分钟~20分钟,加入所述重量百分比的RE,保温3分钟~8分钟,在1530℃~1600℃温度下浇铸,得到铸件;
步骤S30,将步骤S20得到的铸件经分段淬火处理后,再在220℃~350℃回火处理2小时~5小时,得到衬板用耐磨金属材料。
8.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于,步骤S10中,所述升温加热的升温速率为15℃/min~25℃/min。
9.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于,步骤S30中,所述分段淬火处理过程为:在200℃温度下装炉,保温1小时~1.5小时,升温至350℃~400℃,保温0.5小时~1.2小时,继续升温至900℃~950℃,保温1小时~1.5小时。
10.根据权利要求9所述的制备方法,其特征在于,所述升温的速率为25℃/min~45℃/min。
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