專利名稱：硬質低合金耐磨材料的制作方法
技術領域：
本發明的硬質低合金耐磨材料是屬于黑色金屬合金領域。用它鑄成耐磨管道、葉輪、磨球、噴咀、磨環或磨套可直接在機械、設備中配套或應用;也可以將鑄件進行簡單的熱處理，使它具有良好的切削加工性能或進一步提高硬度后再應用到機械設備中。
目前，白口鑄鐵或硼鑄鐵一類的耐磨材料因綜合機械性能較差而滿足不了日益發展的工業生產需要，為此國內外正在開發應用有鎳硬耐磨鑄鐵和高鉻系列耐磨鑄鐵，例如美國A-S-H(ALLENSHERM-ANHOFFCO)公司的一種鎳硬鑄鐵管道，其硬度在55HRC左右，沖擊韌性較低，而且因稀貴金屬的含量較多而成本高。在美國國家標準ANSI/ASTMA532-82中提供一組Ⅱ-B、Ⅱ-C、Ⅱ-D和Ⅱ-E合金鑄鐵，所含的稀貴金屬的量也多，綜合機械性能還不甚理想。
本發明的目的在于提供一種稀貴金屬含量少、綜合機械性能好的耐磨鑄鐵，使其成本降低，並且其鑄件在簡單的熱處理后，即可獲得較高的硬度和良好的抗沖擊、抗彎曲性能，或者具有理想的切削加工性能。
本發明的硬質低合金耐磨材料包含有鐵、碳、鉻、鉬、銅、錳、硅，它們的含量(以下均以重量%表示)與限定理由如下1.碳。碳量的提高使碳化物的數量增加，材料的硬度隨之提高，但其他性能卻難以保證，而且也增加了熱處理工藝的復雜性。兼顧兩者，選用碳含量為1.0～1.4%。
2.鉻。它能進一步提高材料的硬度和改善機械性能，但過高的鉻引起成本的上升。經正交試驗選為2.1～2.6%。
3.鉬。它能使組織細密和均勻，因此能提高淬透性和抗熱裂性能，但考慮到它是一種稀貴金屬，所以選用量為0.3～0.6%。
4.銅。它能提高導熱性能和進一步改善機械性能，並且在與鉻、鉬共存時，銅具有強烈的細化組織的作用;但過量的銅會使基體出現富銅相和微裂紋。因此，選用量為0.9～1.25%。
5.錳。它能提高淬透性和強化基體，還能增加碳化物的彌散度和穩定性。因此選用0.8～1.2%。
6.硅。增加硅的含量將有助于脫氧。但過量的硅會降低淬透性，所以選用0.5～0.9%。
7.其余為鐵和雜質，其中硫、磷含量不大于0.05%。
硬質低合金耐磨材料的熱處理工藝確定理由如下1.退火工藝。根據主要元素對基體的作用和對保溫溫度與保溫時間進行正交試驗，為使鑄態下的屈氏體、馬氏體組織轉化為珠光體型組織、使條塊狀的碳化物成球狀或部分溶解于基體，從而達到硬度下降的退火工藝是保溫溫度為820～850℃，保溫時間為2～3小時，此后以每小時60℃的冷卻速度冷卻到200℃，然后空冷。
2.正火工藝。該工藝應使被退火切削加工后的鑄件或鑄造后的鑄件獲得較高的抗磨性能，同時又能保持良好的抗沖擊性能。因此需要使材料的組織出現淬火馬氏體，並使其碳化物較均勻地彌散分布在基體上，且組織細密均勻。經試驗后選定正火工藝為以空氣為淬火介質，保溫溫度為820～850℃、保溫時間為2～3小時，然后空冷或風冷。
用本發明的硬質低合金耐磨材料制成在鑄態下使用的耐磨球，其化學組分(重量%)為C1.0～1.4，Cr2.1～2.6，Cu0.9～1.25，Mo0.3～0.6，Mn0.8～1.2，Si0.5～0.9，其余為鐵和雜質。
用本發明的硬質低合金耐磨材料制成的偏心耐磨管道(管道最大內徑φ300，偏心截面上的最大厚度為50mm、最小厚度為9mm)，其化學組分(重量%)為C1.0～1.4，Cr2.1～2.6，Cu0.9～1.25，Mo0.3～0.6，Mn0.8～1.2，Si0.5～0.9，其余為鐵和雜質。它的退火工藝為工件入爐緩慢升溫到820～850℃，在該溫度下保溫2～3小時，此后以每小時60℃的冷卻速度隨爐冷卻到200℃，並將工件出爐空冷。它的正火工藝為工件入爐緩慢升溫到820～850℃，在該溫度下保溫2～3小時，然后之即將工件出爐空冷或風冷。
本發明的硬質低合金耐磨材料與美國國家標準ANSI/ASTM A532-82中提供的一組合金鑄鐵相比較，合金元素的用量從25%左右下降到5.5%左右，其中鎳含量從0.5～1.5%下降到0，鉻含量從14～23%下降到2.1～2.6%，鉬含量從1～3.5%下降到0.3～0.6%，使材料成本大幅度降低;然而綜合機械性能提高，其中熱處理退火后，鑄件硬度從400HB(HRC＝38)下降到25～32HRC，正火后鑄件硬度從600HB(HRC＝55)提高到60～62.4HRC，沖擊韌性(無缺口)能保持在4.9～8.1J/cm2。
本發明材料熱處理退火和正火工藝均簡單、成本低且時間短，經退火后的鑄件硬度降低到32HRC以下，經正火后的鑄件硬度可提高到60HRC以上，沖擊韌性保持在5J/cm2以上，抗彎強度大于1000N/mm2。
采用本發明材料制作耐磨球的兩個實施例1.制成φ100mm的耐磨球，其組分(重量%)為C0.98，Cr2.09，Mo0.43，Cu0.95，Mn1.09，Si0.71。
鑄態機械性能試驗結果硬度為46～48HRC，沖擊韌性(無缺口)8.0～9.7J/cm2。
2.制成φ70mm的耐磨球，其組分(重量%)為C1.37，Cr2.63，Mo0.47，Cu1.25，Mn0.98，Si0.81。
鑄態機械性能試驗結果硬度47～51.5HRC，沖擊韌性為7.9～8.1J/cm2。
附
圖1上表示了耐磨球鑄態金相組織，即為碳化物+屈氏體+馬氏體和殘余奧氏體。
用本發明硬質低合金耐磨材料制成偏心耐磨管道，並進行熱處理的實施例有以下兩個1.耐磨彎管的組分(重量%)為C1.37，Cr2.63，Mo0.47，Cu1.25，Mn0.98，Si0.81。
退火工藝工件入爐，溫升達850℃時進行3小時的保溫，隨后以每小時60℃的冷卻速度隨爐冷卻到200℃，並出爐空冷。
退火后的鑄件平均硬度為32～32.3HRC。
正火工藝工件入爐，溫升達830℃時進行2個半小時的保溫，隨后出爐空冷。
正火后的鑄件平均硬度為60～62HRC，沖擊韌性(無缺口)為4.9～5.3J/cm2。
退火工藝工件入爐，溫升達820℃時進行2小時保溫，隨后以每小時60℃的冷卻速度冷卻到200℃出爐，並空冷。
退火后的鑄件平均硬度為25.6～25.7HRC。
正火工藝為鑄件入爐，隨爐升溫到830℃時進行2小時保溫，隨后就出爐空冷。
正火后的鑄件平均硬度為59.4～62.4HRC，沖擊韌性(無缺口)為5.0～8.1J/cm2。
附圖2為退火態金相組織，即大部分為顆粒狀碳化物+珠光體型。
附圖3為正火態金相組織，即碳化物+淬火馬氏體+屈氏體+少量殘余奧氏體。
本發明材料制成的鑄態耐磨球已用于工業球磨機中，粉碎水泥礦石和可磨系數為13～16的鉬鐵礦石;經熱處理后的彎管道用于電力工業生產中輸送灰、砂、渣。
權利要求
1.一種含有鐵、碳、鉻、鉬、銅、錳、硅的硬質低合金耐磨材料，其特征是材料組分(重量%)的含量是C1.0～1.4，Cr2.1～2.6，Mo0.3～0.6，Cu0.9～1.25，Mn0.8～1.2，Si0.5～0.9，S、P低于0.05。
2.如權利要求1所述的硬質低合金耐磨材料的熱處理退火工藝，其特征是鑄件隨爐升溫到820～850℃，在該溫度上保溫2～3小時，然后以60℃/小時的冷卻速度冷卻到200℃出爐，並空冷。
3.如權利要求1所述的硬質低合金耐磨材料的熱處理正火工藝，其特征是鑄件隨爐升溫到820～850℃，在該溫度上保溫2～3小時，然后出爐空冷或風冷。
全文摘要
本發明的材料涉及黑色金屬合金領域。它可在水泥、電力、礦山等工業中用作耐磨球、耐磨管道、噴嘴、磨環成套、葉輪等耐磨件的材料。它解決了合金元素用量少而綜合機械性能高的問題，并且可通過簡單的熱處理退火或正火工藝降低硬度、改善切削加工的性能，或者在進一步提高硬度的同時，仍保持較好的沖擊韌性與抗彎強度。
文檔編號C22C38/22GK1041620SQ89107009
公開日1990年4月25日 申請日期1989年9月2日 優先權日1989年9月2日
發明者雷柏祥, 胡鍵萍 申請人:雷柏祥, 胡鍵萍