鉻的碳化物顯微硬度比VC低得多，且其形貌由于呈長條形而導致其韌性較差，故本發明中添加鉻元素的目的不在于使其形成碳化物，而且在基體組織凝固過程中形成碳化物的優先順序應該是Ti> V > Cr，而且其Cr元素的加入量較少，可以使其固溶于奧氏體中，主要起提高基體的淬硬性和淬透性作用，選擇控制Cr含量在2.0-3.5%之間。
[0035]T1:鈦是強碳化物形成元素，與鐵液中的C元素反應形成大量細小、彌散分布的TiC質點，由于其凝固析出溫度要高于VC顆粒，且與VC均為面心立方晶格，晶格常數相近，晶格錯配度小，故TiC容易作為VC的有效異質核心，同時還可以細化奧氏體枝晶，改善共晶碳化物的形態與分布。故在成分設計中，直接將Ti含量控制在1.0-2.0%，直接將合金加入鐵液中，以便易于熔化，通過所采用的中頻感應熔煉爐電磁場攪拌作用使其產生大量相對均勻的TiC質點。但是，鐵液中Ti元素含量過少或過多都不利于達到實際效果，過少則不利于使基體產生足夠多的結晶核心質點和共晶碳化物來細化碳化物，過多則使鐵液的流動性和充型能力降低，不利于提高工件致密性，對耐磨性能有負面影響，所以在其成分設計中控制其上限為2.0%。
[0036]在生產本發明的高釩耐磨合金材料過程中，高釩耐磨材料的熔煉是采用750kg中頻感應電爐實現的，并采用堿性爐襯材料，其具體生產過程如下:第一，將廢鋼、生鐵、增碳劑、釩鐵、鈦鐵、鉻鐵、鉬鐵、錳鐵原材料清理干凈，并按化學成分要求進行配料并且稱取，分類放置；第二，將廢鋼、生鐵、增碳劑、鉻鐵、鉬鐵放入爐中加熱，待鐵液熔清后，加入鋁絲或鋁粒進行預脫氧，再加入脫硫劑，并扒渣，完成預脫氧和脫硫；同時，熔化后期加入釩鐵，熔清后進行等溫處理5-8min，然后爐前調整成分，合格后將溫度提升至1650-1700°C之間，加入鈦鐵合金于熔煉爐中，再加入鐵液重量0.1%-0.15%的鋁絲或鋁粒終脫氧后出爐；第三，將按設計比例配制的復合孕育變質劑統一破碎至l_5mm的小顆粒，經200°C烘干后，預置于澆包底部，采用包底沖入法對鐵液進行孕育和變質處理；第四，將澆包中鐵液變質后靜置2-3min再進行澆注，澆注溫度為1510_1540°C，在實施過程中，視氣溫變化適度調節澆注溫度；第五，澆注完成之后待鑄件在砂箱中冷卻30分鐘以上，鑄件出箱冷卻并做清理處理，在打磨噴砂后進行熱處理。
[0037]在本發明中，復合孕育變質劑的組分設計為:0.10 % Ti+0.25 % RE+0.15 %Mg+0.15 % Zn。
[0038]通過在鐵液中加入一定量的鈦元素，由于TiC凝固析出溫度要高于VC顆粒，且與VC均為面心立方晶格，晶格常數相近，晶格錯配度小，故TiC容易作為VC的異質核心，同時還可以細化奧氏體枝晶，改善共晶碳化物的形態與分布。因此，使其先析出TiC ;從而在鐵液中形成異質核心起到對鐵液的孕育作用。由于鐵液成分設計中含有Ti元素，在其變質劑中也含有一定Ti元素，使得在鐵液凝固過程中，優先于VC析出的TiC數量足夠多而擁有足夠的結晶核心，從而有利于細化枝晶和碳化物，且容易形成(V，Ti) C共晶碳化物。
[0039]在鐵液澆包中加入復合孕育變質劑進行變質處理，其中含有一定量的稀土鎂和鋅，一方面稀土具有脫氧脫硫作用，所生成的稀土硫化物、稀土氧化物和稀土硫氧化物能夠被排除，能對鐵液作進一步的凈化，稀土和鎂元素能夠在奧氏體枝晶結晶前沿的熔體中富集，形成成分過冷區，有利于奧氏體枝晶向多晶發展并且縮小了枝晶間距。另一方面稀土和鎂元素是表面活性元素，易在碳化物某晶面被選擇吸附，從而抑制碳化物晶面的擇優長大。變質劑中的鎂和鋅元素沸點低，加入鐵液后迅速汽化并產生大量的原子集團而造成碳化物點陣上的空位，空位的存在加速了碳化物的溶解和擴散，特別是鋅與陶瓷碳化物VC間潤濕性能較好，從而有利于促進碳化物VC呈現團球化，使其邊菱更加圓鈍；致使其碳化物形態得到改善。
[0040]于是，通過使鐵液產生足夠數量的異質核心和形成(V，Ti ) C共晶碳化物，并使碳化物晶界富集鎂和稀土元素阻止碳化物某晶面的擇優長大，以及鋅產生的碳化物點陣空位加速碳化物的溶解和擴散，使得在高釩耐磨材料中VC碳化物大多呈現團球狀，而且均勻分布。大塊狀、開花狀、條狀、桿狀和蠕蟲狀等形態的碳化物以及菊花狀分布的情形大大減少，使高釩耐磨材料的性能更加穩定可靠。
[0041]因此，在提高增強顆粒硬度(遠大于鉻的碳化物硬度)同時，通過VC碳化物的團球化而減少對基體的割裂作用，提高基體的沖擊韌性。從而使材料的綜合耐磨性能得到大幅度提高，以適應工件在復雜工況下的使用要求。
本發明設計的配方充分考慮了使鐵液中生成足夠多的形核質點，同時配備了易于在表面富集和潤濕性好的元素，有效抑制碳化物的晶界長大，有助于碳化物細化。本發明通過復合孕育變質處理方法，取得了優良的實際效果。圖3中的(a)、(b)圖為采用本發明的復合孕育變質劑后的實際效果，長條形狀碳化物基本消失或很少，梅花狀分布也未見；圖2中(a)、(b)圖為采用本發明的復合孕育變質劑之前的效果，存在一些長條形狀碳化物和梅花狀碳化物分布；而圖1中(a)、(b)圖為采用目前市面上常見的高鉻鑄鐵中碳化物形態和分布，碳化物基本呈現為長條形狀，碳化物基本上為網狀分布。由此可見，本發明的高釩耐磨材料中碳化物的形態和分布明顯優于常見的高鉻鑄鐵耐磨材料；采用本發明的孕育變質處理方法使高銀耐磨材料中碳化物的形態和分布得到進一步優化，進一步提高了其綜合耐磨性能。
[0042]在熔煉過程中通常采用常規鑄鐵除渣劑來去除鐵液中的雜質元素和夾雜物，因為在成分設計中含有Ti元素，而Ti元素容易生成有害的TiN、Ti203、Ti2S等夾雜物。因此，為了提高Ti元素作用使其充分發揮異質核心和孕育作用，本發明采用先脫氧一再脫硫以及三次扒渣的除渣工藝，由于氧的活度要大于硫，通過先脫氧有利于提高脫硫的實際效果；采用鋁絲進行脫氧，采用專用鑄鐵脫硫劑進行脫硫；通過充分和反復多次聚集鐵液中的夾渣物，且多次扒渣而予以排除干凈。由于每次扒渣都比較充分，且次數較多，因此鐵液的扒渣比較徹底，有利于提高Ti元素收得率并發揮其異質核心和孕育作用。
[0043]由于淬火工藝會產生大量的非穩態殘余奧氏體組織，通過后續回火工藝可以使馬氏體組織中碳元素往殘余奧氏體組織中擴散迀移，增加殘余奧氏體組織的含碳量，從而提高改善殘余奧氏體組織的室溫穩定性。本發明采用優化的熱處理工藝為先進行1050°C淬火，再進行450°C回火，可以減少或者靈活調節基體中殘余奧氏體的含量及穩定性能。另外，高釩耐磨材料在高溫熱處理過程中氧化十分嚴重，需要在熱處理爐中嵌入木炭或者在待熱處理工件表面涂覆抗氧化涂料，以消除或者減輕工件表面高溫氧化和脫碳現象。本發明采用了先脫氧后脫硫，扒渣后再添加鈦鐵的方式，確保提高Ti元素的收得率。
[0044]以上對本發明實施例所提供的技術方案進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本發明實施例的原理以及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只適用于幫助理解本發明實施例的原理；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本發明實施例，在【具體實施方式】以及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。
【主權項】
1.一種高釩耐磨合金材料，其組分按以下質量百分比組成:c:2.7-3.5%、V:7.5-8.5%、Si:0.5-1.5%、Mn:0.8-1.5%、Cr:2.0-3.5%、Mo:1.0-2.5%、Ti:1.0-2.0%、S: ^ 0.04%、P:(0.04%，余量為鐵。2.—種利要求I所述高I凡耐磨合金材料的生產工藝，其按以下步驟進行: I)將廢鋼、生鐵、增碳劑、釩鐵、鈦鐵、鉻鐵、鉬鐵、錳鐵清理干凈，按上述質量百分比要求進行配料，并分類放置； 2 )將廢鋼、生鐵、增碳劑、鉻鐵、錳鐵與鉬鐵放入爐中加熱熔煉，在熔煉后期加入釩鐵，待熔清后進行等溫處理，再加入鋁絲或鋁粒進行預脫氧，然后加入脫硫劑脫硫，并扒渣； 3)升高爐溫后向爐中加入鈦鐵，接著加入鋁絲或鋁粒終脫氧處理后出爐； 4 )向出爐后的鐵液中加入復合孕育變質劑，采用包底沖入法對鐵液進行孕育和變質處理； 5)將孕育和變質處理的鐵液進行澆注； 6)澆注完成后進行冷卻、清理處理，再打磨噴砂，并進行熱處理。3.如權利要求2所述生產工藝，其特征在于:熔煉采用中頻感應電爐，電爐的爐襯采用堿性材料。4.如權利要求3所述生產工藝，其特征在于:熔煉溫度為1550?1600°C，等溫處理溫度為1600°C，等溫處理時間為5-8min。5.如權利要求4所述生產工藝，其特征在于:步驟(3)中，爐溫升至1620-1660°C之間。6.如權利要求5所述生產工藝，其特征在于:預脫氧和終脫氧采用的鋁絲或鋁粒的質量分數均占鐵液質量的0.1%-0.15%。7.如權利要求2所述生產工藝，其特征在于:所述孕育變質劑的組分占鐵液質量百分比為:0.10 % T1、0.25 % RE、0.15 % Mg、0.15 % Zn。8.如權利要求7所述生產工藝，其特征在于:將上述組分的復合孕育變質劑破碎至1-5mm的小顆粒，經200°C烘干后，預置于澆包底部，再進行孕育和變質處理。9.如權利要求8所述生產工藝，其特征在于:將澆包中的鐵液孕育和變質處理后靜置2-3min，再進行澆注，澆注溫度為1510-1540°C。10.如權利要求1所述生產工藝，其特征在于:熱處理時，先在熱處理爐中嵌入木炭或者在工件表面涂覆抗氧化涂料，然后采用1050°C淬火處理，再采用450°C回火處理。
【專利摘要】本發明涉及耐磨材料領域，具體說是一種高釩耐磨合金材料及其生產工藝，其中高釩耐磨合金材料組分按以下質量百分比組成：C：2.7-3.5%、V：7.5-8.5%、Si：0.5-1.5%、Mn：0.8-1.5%、Cr：2.0-3.5%、Mo：1.0-2.5%、Ti：1.0-2.0%、S：≤0.04%、P：≤0.04%，余量為鐵。本材料利用V取代高鉻鑄鐵中Cr元素，在鐵基體中生成高硬度VC碳化物顆粒；在鐵中加入1.0-2.0﹪的Ti元素使其在鐵中生成（V，Ti）C共晶碳化物；因工件一般都有一定厚度，加入一定量的鉻Cr元素和鉬Mo元素作為提高淬透性的元素；因Ti元素易與硫元素結合生成有害化合物Ti2S，因此對硫和磷元素的控制要求較嚴，均要求≤0.04﹪。
【IPC分類】C21D1/18, C22C33/08, C22C37/10
【公開號】CN104946964
【申請號】CN201510264428
【發明人】曾松盛, 聶輝文
【申請人】曾松盛
【公開日】2015年9月30日
【申請日】2015年5月22日