CN111778446B - 一种含Mo高铬耐磨合金材料及其制备方法 - Google Patents

一种含Mo高铬耐磨合金材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种含Mo高铬耐磨合金材料及其制备方法，包括如下重量百分比的组分：钼Mo：0～5％，铬Cr：10％～29％，碳C：2.5％～3.5％，硅Si：0.30％～0.80％，锰Mn：0.40％～0.90％，磷P≤0.1％，硫S≤0.1％，其余为Fe。在各组分的协同作用并通过特定的生产工艺，使其金相组织中碳化物主要以M7C3型为主，基体结构为适量回火马氏体与残余奥氏体相结合，避免铸态珠光体的形成，实现共晶和二次碳化物的析出，完成基体的硬化，在在保持韧性的同时提高材料的硬度，进而改善合金材料的抗磨损能力，将其应用于破碎机锤头等机械耐磨部件中，将大大提高使用寿命。

Description

一种含Mo高铬耐磨合金材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及合金材料技术领域，具体涉及一种含Mo高铬耐磨合金材料及其制备方法。
背景技术
磨损是金属零件失效的主要原因之一，造成大量的材料和能源浪费。随着冶金、矿山、建材及电力等工业的迅速发展，我国每年耐磨合金材料的消耗量越来越多，仅以铸铁中的高铬铸铁材料为例，每年的消耗量至少有一百多万吨，为了提高机械设备的耐用性，可靠性和精度，人们对耐磨合金材料的耐磨性提出了更高的要求。
高铬铸铁合金材料是国内外公认的优异的抗冲蚀磨损的耐磨材料，它具有硬度较高，耐磨性良好，断裂时挠度小等特点。高铬铸铁中的基体是连续的，碳化物分散在其中对基体的破坏作用小，因而高铬铸铁的韧性高于普通的白口铸铁和低铬铸铁，显示出了良好的综合性能，在水泥、矿山、冶金等行业得到了广泛应用。
反击式破碎机具有构造简单、破碎比大、耗能少、生产能力大、产品粒度均匀的优点，广泛应用矿业领域。在破碎时，利用高速旋转转子上的板锤，对送入破碎腔内的物料高速冲击而破碎，并使已破碎物料沿切线方向高速抛向破碎腔另一端反击板，再次破碎，然后反弹到板锤。在这个过程中，主要是依靠板锤锤头对物料进行打击，从而使物料破碎。反击式破碎机锤头受到撞击和物料冲击的双重作用，而现有的高铬铸铁材料难以同时兼顾硬度与韧性，从而影响实际使用工况下的耐磨性。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明目的在于提供一种含Mo高铬耐磨合金材料及其制备方法，得到兼顾硬度与韧性的耐磨合金材料，提高破碎机锤头在实际工况下的耐磨性能。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明提供了一种含Mo高铬耐磨合金材料，包括如下重量百分比的组分：钼Mo：0～5％，铬Cr：10％～29％，碳C：2.5％～3.5％，硅Si：0.30％～0.80％，锰Mn：0.40％～0.90％，磷P≤0.1％，硫S≤0.1％，其余为Fe。
进一步地，包括如下重量百分比的组分：钼Mo：0～3％，铬Cr：12％～27％，碳C：2.8％～3.4％，硅Si：0.40％～0.60％，锰Mn：0.50％～0.80％，磷P≤0.1％，硫S≤0.1％，其余为Fe。
进一步地，包括如下重量百分比的组分：钼Mo：0.5～1.5％，铬Cr：13％～18％，碳C：2.8％～3.2％，硅Si：0.40％～0.60％，锰Mn：0.50％～0.80％，磷P≤0.1％，硫S≤0.1％，其余为Fe。
高铬铸铁的显微组织主要由基体(珠光体或奥氏体)和初生碳化物组成的。提高碳含量是增加碳化物数量比较简单的方式，但同时也会增加材料的脆性，通过调整合金材料的成分配比，使其金相组织中碳化物变为主要以M7C3型为主的碳化物，此类碳化物硬度高，而且相对其它类型碳化物，对基体的割据作用小；铬Cr元素在合金中不仅形成碳化物来提高碳化物硬度，当碳化物中的铬Cr含量达到一定程度时，碳化物结构、形态、硬度和分布状态都发生变化，从而改善材质的抗磨能力和冲击韧性，而且铬Cr溶入于奥氏体可提高材料淬透性；钼Mo元素在热处理过程中避免铸态珠光体的形成，进一步提高淬透性，并实现共晶和二次碳化物的析出，完成基体的硬化，进而改善材料的抗磨损能力。
本发明还提供一种含Mo高铬耐磨合金材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：根据组份含量以及使用的原材料为高碳铬铁、低碳铬铁、钼铁、硅铁、废钢等的成分，确定使用的原材料为高碳铬铁、低碳铬铁、钼铁、硅铁、废钢等的配比，并配制炉料；
S2：将使用的原材料为高碳铬铁、低碳铬铁、钼铁、硅铁、废钢等投入中频感应电炉熔炼，温度升至1550-1600℃，并保温；
S3：出炉，铁水温度为1500-1530℃时，将熔化铁水倒入到预热钢包中，熔体立即用干燥的放热粉末覆盖，以保持温度的同时进行扒渣，随后倒入树脂砂型中浇注成形，即得铸件毛坯；
S4：将铸件毛坯分别经过退火处理、淬火处理及回火处理后，即得所述高铬耐磨合金材料。
进一步地，在步骤S2中，熔炼温度为1580℃，保温时间为1.5h。
进一步地，在步骤S3中，浇注温度为1500℃。
进一步地，在步骤S4中，退火处理为从室温一定速度升温到950℃后保温2h，然后随炉冷却到室温。
进一步地，在步骤S4中，淬火处理为从室温一定速度升温到1050℃后保温1.5h后，取出铸件毛坯，空冷到室温。
进一步地，在步骤S4中，回火处理为从室温一定速度升温到400～500℃后保温1.5h后，取出铸件毛坯，空冷到室温。
经过上述方法对合金材料进行热处理后，得到适量回火马氏体与残余奥氏体相结合的基体结构，在保持韧性的同时提高了材料的硬度，从而使其具有更高的耐磨性。
本发明还提供一种上述的含Mo高铬耐磨合金材料在破碎机锤头中的应用。
本发明提供的技术方案，具有如下的有益效果：
本发明提供的含Mo高铬耐磨合金材料在各组分的协同作用并通过特定的生产工艺，使其金相组织中碳化物主要以M7C3型为主，基体结构为适量回火马氏体与残余奥氏体相结合，避免铸态珠光体的形成，实现共晶和二次碳化物的析出，完成基体的硬化，在保持韧性的同时提高材料的硬度，进而改善合金材料的抗磨损能力，将其应用于破碎机锤头等机械耐磨部件中，将大大提高使用寿命。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只是作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为自常规试剂商店购买得到的。以下实施例中的定量试验，均设置三次重复实验，数据为三次重复实验的平均值或平均值±标准差。
制备本发明一种含Mo高铬耐磨合金材料的各原料组分在生产时可按照相应的比例增大或减少，如大规模生产可以千克或以吨为单位，小规模生产也可以克为单位，重量可以增大或减小，但各组成之间的质量配比比例不变。
实施例1
一种含Mo高铬耐磨合金材料，包括如下重量百分比的组分：钼Mo：1％，铬Cr：17％，碳C：3％，硅Si：0.5％，锰Mn：0.55％，磷P：0.55％，硫S：0.55％，其余为Fe。
所述含Mo高铬耐磨合金材料的制备方法，包括如下步骤。
S1：根据组份含量以及使用的原材料为高碳铬铁、低碳铬铁、钼铁、硅铁、废钢等的成分，确定使用的原材料为高碳铬铁、低碳铬铁、钼铁、硅铁、废钢等的配比，并配制炉料；
S2：将使用的原材料为高碳铬铁、低碳铬铁、钼铁、硅铁、废钢等投入中频感应电炉熔炼，温度升至1580℃，并保温1.5h；
S3：出炉，铁水温度为1500℃时，将熔化铁水倒入到预热钢包中，熔体立即用干燥的放热粉末覆盖，以保持温度的同时进行扒渣，随后倒入树脂砂型中浇注成形，即得铸件毛坯；
S4：将铸件毛坯分别经过退火处理、淬火处理及回火处理后，即得所述高铬耐磨合金材料；退火处理为从室温一定速度升温到950℃后保温2h，然后随炉冷却到室温；淬火处理为从室温一定速度升温到1050℃后保温1.5h后，取出铸件毛坯，空冷到室温；回火处理为从室温一定速度升温到400℃后保温1.5h后，取出铸件毛坯，空冷到室温。
实施例2
一种含Mo高铬耐磨合金材料，包括如下重量百分比的组分：钼Mo：1％，铬Cr：17％，碳C：3％，硅Si：0.5％，锰Mn：0.55％，磷P：0.55％，硫S：0.55％，其余为Fe。
所述含Mo高铬耐磨合金材料的制备方法参考实施例1，不同的是S4中回火处理为从室温一定速度升温到450℃后保温1.5h后，取出铸件毛坯，空冷到室温。
实施例3
一种含Mo高铬耐磨合金材料，包括如下重量百分比的组分：钼Mo：3％，铬Cr：17％，碳C：3％，硅Si：0.5％，锰Mn：0.55％，磷P：0.55％，硫S：0.55％，其余为Fe。
所述含Mo高铬耐磨合金材料的制备方法与实施例1相同。
实施例4
一种含Mo高铬耐磨合金材料，包括如下重量百分比的组分：钼Mo：3％，铬Cr：17％，碳C：3％，硅Si：0.5％，锰Mn：0.55％，磷P：0.55％，硫S：0.55％，其余为Fe。
所述含Mo高铬耐磨合金材料的制备方法与实施例2相同。
实施例5
一种含Mo高铬耐磨合金材料，包括如下重量百分比的组分：钼Mo：1％，铬Cr：27％，碳C：2.7％，硅Si：0.5％，锰Mn：0.55％，磷P：0.55％，硫S：0.55％，其余为Fe。
所述含Mo高铬耐磨合金材料的制备方法与实施例1相同。
实施例6
一种含Mo高铬耐磨合金材料，包括如下重量百分比的组分：钼Mo：1％，铬Cr：27％，碳C：2.7％，硅Si：0.5％，锰Mn：0.55％，磷P：0.55％，硫S：0.55％，其余为Fe。
所述含Mo高铬耐磨合金材料的制备方法与实施例2相同。
实施例7
一种含Mo高铬耐磨合金材料，包括如下重量百分比的组分：钼Mo：3％，铬Cr：27％，碳C：2.7％，硅Si：0.5％，锰Mn：0.55％，磷P：0.55％，硫S：0.55％，其余为Fe。
所述含Mo高铬耐磨合金材料的制备方法与实施例1相同。
实施例8
一种含Mo高铬耐磨合金材料，包括如下重量百分比的组分：钼Mo：3％，铬Cr：27％，碳C：2.7％，硅Si：0.5％，锰Mn：0.55％，磷P：0.55％，硫S：0.55％，其余为Fe。
所述含Mo高铬耐磨合金材料的制备方法与实施例2相同。
对比例1
一种含Mo高铬耐磨合金材料，包括如下重量百分比的组分：钼Mo：0％，铬Cr：17％，碳C：3％，硅Si：0.5％，锰Mn：0.55％，磷P：0.55％，硫S：0.55％，其余为Fe。
所述含Mo高铬耐磨合金材料的制备方法与实施例1相同。
对比例2
一种含Mo高铬耐磨合金材料，包括如下重量百分比的组分：钼Mo：1％，铬Cr：17％，碳C：3％，硅Si：0.5％，锰Mn：0.55％，磷P：0.55％，硫S：0.55％，其余为Fe。
所述含Mo高铬耐磨合金材料的制备方法参考实施例1，不同的是S4中没有回火处理。
对比例3
一种含Mo高铬耐磨合金材料，包括如下重量百分比的组分：钼Mo：0％，铬Cr：27％，碳C：2.7％，硅Si：0.5％，锰Mn：0.55％，磷P：0.55％，硫S：0.55％，其余为Fe。
所述含Mo高铬耐磨合金材料的制备方法与实施例1相同。
对比例4
一种含Mo高铬耐磨合金材料，包括如下重量百分比的组分：钼Mo：1％，铬Cr：27％，碳C：2.7％，硅Si：0.5％，锰Mn：0.55％，磷P：0.55％，硫S：0.55％，其余为Fe。
所述含Mo高铬耐磨合金材料的制备方法与对比例2相同。
将本发明实施例1至实施例8制备得到的含Mo高铬耐磨合金材料，通过试验来***评价其效果，并以对比例1至对比例4制备得到的含Mo高铬耐磨合金材料作为对照。
1、金相组织
将本发明实施例1至实施例8、对比例1至对比例4制备得到的含Mo高铬耐磨合金材料进行光学显微镜观察，其金相组织照片如下表1所示。
表1金相组织照片
Figure BDA0002612373040000071
Figure BDA0002612373040000081
由实施例1，实施例3和对比例1的金相组织照片可得，在其他组分和热处理工艺相同的情况下，与不含钼Mo的对比例1相比，含1％钼Mo实施例1和含3％钼Mo实施例3中的初生碳化物的含量高，基体中出现许多细小的二次碳化物的颗粒，有利于合金材料的硬度提高而耐磨性提高；
由实施例1，实施例2和对比例2的金相组织照片可得，在其他组分和热处理工艺相同的情况下，与未进行回火处理的对比例2相比，实施例1和实施例2得到的金相组织为回火马氏体与残余奥氏体相结合的基体结构，有利于合金材料在保持韧性的同时提高硬度，从而使其具有更高的耐磨性。
2、硬度、冲击韧性和冲蚀磨损
将本发明实施例1至实施例8、对比例1至对比例4制备得到含Mo高铬耐磨合金材料进行硬度、冲击韧性和冲蚀磨损的测定。相关硬度、冲击韧性和冲蚀磨损采用的测定方法为行业内通用的方法，硬度采用显微硬度计来测定，冲击韧性采用示波摆锤式冲击试验机测定，冲蚀磨损采用冲蚀磨损试验机测定，具体结果如下表2所示。
表2硬度、冲击韧性和冲蚀磨损测定结果
Figure BDA0002612373040000091
Figure BDA0002612373040000101
由实施例1，实施例3和对比例1的数据可得，在其他组分和热处理工艺相同的情况下，随着钼Mo元素含量的增大，合金材料的显微硬度上升，但是冲击韧性先上升后下降，使得冲蚀磨损性能也出现先提高后下降的情况，但均优于不含钼Mo元素的对比例1。
由实施例1，实施例2和对比例2的金相组织照片可得，在其他组分和热处理工艺相同的情况下，与未进行回火处理的对比例2相比，实施例1和实施例2的显微硬度显著高于对比例2，同时冲击韧性略有上升，两者的共同作用下使得最终的冲蚀磨损得到了改善。
由表中实施例1至实施例8、对比例1至对比例4的数据结果可知，本发明提供的实施例1至实施例8含Mo高铬耐磨合金材料，在各组分的协同作用并通过特定的工艺，包括各步骤特定的熔炼温度、浇注工艺、退火处理、淬火处理及回火处理等，使得制备得到的含Mo高铬耐磨合金材料兼顾良好的显微硬度和冲击韧性，其冲蚀磨损性能远远优于对比例1至对比例4，具有很好的应用前景。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对步骤、数字表达式和数值并不限制本发明的范围。在这里示出和描述的所有示例中，除非另有规定，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。
以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的保护范围当中。

Claims (7)

1.一种含Mo高铬耐磨合金材料，其特征在于，包括如下重量百分比的组分：钼Mo：1～5％，铬Cr：18％～27％，碳C：2.5％～3.5％，硅Si：0.30％～0.60％，锰Mn：0.40％～0.55％，磷P≤0.1％，硫S≤0.1％，其余为Fe。
2.根据权利要求1所述的含Mo高铬耐磨合金材料，其特征在于，包括如下重量百分比的组分：钼Mo：1～3％，铬Cr：18％～27％，碳C：2.8％～3.4％，硅Si：0.40％～0.60％，锰Mn：0.50％～0.55％，磷P≤0.1％，硫S≤0.1％，其余为Fe。
3.根据权利要求1所述的含Mo高铬耐磨合金材料，其特征在于，包括如下重量百分比的组分：钼Mo：1％～1.5％，铬Cr：18％～27％，碳C：2.8％～3.2％，硅Si：0.40％～0.60％，锰Mn：0.50％～0.55％，磷P≤0.1％，硫S≤0.1％，其余为Fe。
4.一种如权利要求1-3之一所述的含Mo高铬耐磨合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：根据组份含量以及使用的原材料为高碳铬铁、低碳铬铁、钼铁、硅铁、废钢的成分，确定使用的原材料为高碳铬铁、低碳铬铁、钼铁、硅铁、废钢的配比，并配制炉料；
S2：将使用的原材料为高碳铬铁、低碳铬铁、钼铁、硅铁、废钢投入中频感应电炉熔炼，温度升至1550～1600℃，并保温；
S3：出炉，铁水温度为1500～1530℃时，将熔化铁水倒入到预热钢包中，熔体立即用干燥的放热粉末覆盖，以保持温度的同时进行扒渣，随后倒入树脂砂型中浇注成形，即得铸件毛坯；
S4：将铸件毛坯分别经过退火处理、淬火处理及回火处理后，即得所述高铬耐磨合金材料；退火处理为从室温一定速度升温到950℃后保温2h，然后随炉冷却到室温；淬火处理为从室温一定速度升温到1050℃后保温1.5h后，取出铸件毛坯，空冷到室温；回火处理为从室温一定速度升温到400～450℃后保温1.5h后，取出铸件毛坯，空冷到室温。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，熔炼温度为1580℃，保温时间为1.5h。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，浇注温度为1500℃。
7.权利要求1-3之一所述的含Mo高铬耐磨合金材料在破碎机锤头中的应用。
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