一种高硬度耐磨含硼高铬铸铁制造技术

本发明专利技术属于抗磨金属材料技术领域，具体涉及一种高硬度耐磨含硼高铬铸铁。该铸铁的化学成分，以质量分数计(wt％)，包括：2.5～3.0％C，0.6～1.0％Si，0.3～0.5％Mn，24～30％Cr，0.1～0.6％B，0.3～0.6％Ni，0.5～1％Cu，余量为Fe。本发明专利技术的含硼白口铸铁经电炉熔炼成形，随着B/M含量的控制后获得的铸件铸态下就可获得低残余应力(

【技术实现步骤摘要】
一种高硬度耐磨含硼高铬铸铁


[0001]本专利技术属于抗磨金属材料
，具体涉及一种高硬度耐磨含硼高铬铸铁。

技术介绍

[0002]高铬铸铁是一种新型白口铸铁，具有高强度、高耐磨性和低成本等特点，高铬铸铁在低应力磨损服役条件下具有优良的耐磨性，但是与硬质合金相比，高铬铸铁在硬度与耐磨性能方面仍需要改善。高铬铸铁的磨损性能主要受硬质相和基体组织的影响。目前，增强高铬铸铁耐磨性的主要方法有表面涂层、表面改性和合金化等，这些方法在一定程度上可以改善高铬铸铁的力学性能，但存在如工艺技术、生产成本等缺陷。因此，研究一种制备方法工艺简单、生产周期短、能耗低的高硬度耐磨高铬铸铁具有重要意义。
[0003]当前，对高铬铸铁的研究主要集中于M7C3韧化及其形态改善等方面，而关于铸铁淬透性的研究颇少。此外，淬透性是制定热处理工艺的重要依据，如果工件未淬透，则其表里的性能存在差异，无法充分发挥合金的机械性能。对于服役在磨料磨损工况下的耐磨件而言，整体性能为均匀的理想组织是十分重要的。而B元素对合金淬透性具有极大的改善作用，可显著推迟合金中先共析铁素体和珠光体转变。B可显著改善合金淬透性主要归功于B在淬火时易向奥氏体晶界非平衡偏聚。为了研究B在晶界非平衡偏聚，万小军等人计算了含B钢中B原子的扩散激活能，研究结果表明，在高温1000℃奥氏体化时，γ
‑
Fe中将形成大量双空位，而通常双空位的迁移能比单空位小得多，当溶质原子和空位有正的相互作用能时，空位的迁移将会把溶质原子拖向晶界，进而导致晶界处的溶质原子非平衡偏聚，因此具有较好的淬透性。
[0004]然而，根据Fe
‑
B二元相图可知，在高温1149℃下B在γ
‑
Fe中的溶解度仅为0.02wt.％，超过此值后将发生共晶反应L
→
γ
‑
Fe+Fe2B；而在低温700℃以下B在α
‑
Fe中的极限溶解度为0.0004wt.％，可知加入铸铁中的B几乎全与Fe结合形成Fe2B。相比碳化物(Fe3C，Cr7C3)，Fe2B易连续网状分布，裂纹一旦形成极易沿着Fe2B快速扩展，进而导致材料过早失效。
[0005]可见，微量B元素添加是一种可在不改变碳化物形态基础上，获得硬质相的一种有效方法。但是B元素添加量过少，材料淬透性不足，导致其硬度较低，而过量B添加易导致大量网状M2B形成，降低材料韧性。

技术实现思路

[0006]为解决现有技术的缺点和不足之处，本专利技术的首要目的在于提供一种高硬度耐磨含硼高铬铸铁，该铸铁硬度高、冲击韧性好及耐磨性优，且制备方法工艺简单、生产周期短、能耗低。
[0007]本专利技术的另一目的在于提供上述高硬度耐磨含硼高铬铸铁的制备方法。
[0008]本专利技术目的通过以下技术方案实现：
[0009]一种高硬度耐磨含硼高铬铸铁，该铸铁的化学成分，以质量分数计(wt％)，包括：
2.5～3.0％C，0.6～1.0％Si，0.3～0.5％Mn，24～30％Cr，0.1～0.6％B，0.3～0.6％Ni，0.5～1％Cu，余量为Fe。
[0010]适量添加B可在不影响硼碳化合物整体形态基础上，提高材料整体硬度。相比普通高铬铸铁，含微量硼高铬铸铁具有制备工艺简单、成形性好和成本低等优点，本专利技术在B元素固有的特点之上，进一步发现Cu和Ni元素的淬透性，研制出一种高淬透性的高铬铸铁，为耐磨金属材料的发展开拓了一条新路，使其在磨损领域具有较大的市场竞争力。
[0011]优选的，所述高硬度耐磨含硼高铬铸铁的化学成分，以质量分数计(wt％)，包括：2.51％C，0.63％Si，0.33％Mn，25.9％Cr，0.11％B，0.46％Ni，0.9％Cu，余量为Fe。
[0012]优选的，所述高硬度耐磨含硼高铬铸铁的化学成分，以质量分数计(wt％)，包括：2.58％C，0.77％Si，0.49％Mn，25.6％Cr，0.28％B，0.45％Ni，0.78％Cu，余量为Fe。
[0013]优选的，所述高硬度耐磨含硼高铬铸铁的化学成分，以质量分数计(wt％)，包括：2.79％C，0.69％Si，0.44％Mn，25.9％Cr，0.51％B，0.49％Ni，0.81％Cu，余量为Fe。
[0014]优选的，所述高硬度耐磨含硼高铬铸铁的碳化物形状因子K为0.15～0.24，粒度因子D为11.8～14.2μm。
[0015]优选的，所述高硬度耐磨含硼高铬铸铁的残余应力为
‑
150～
‑
200MPa。
[0016]更优选的，所述高硬度耐磨含硼高铬铸铁的残余应力为
‑
180～
‑
190MPa。
[0017]优选的，所述高硬度耐磨含硼高铬铸铁的硬度为63～67HRC。
[0018]优选的，所述高硬度耐磨含硼高铬铸铁的冲击韧性为8.5～13.5J/cm2。
[0019]所述的高硬度耐磨含硼高铬铸铁的制备方法，包括以下步骤：
[0020]1)取废钢、铬铁、锰铁及纯铁按质量比例40～44％：8～9％：1～1.5％：32.2～48.9％混合后装填入熔炼炉中，加热至融化；
[0021]2)将硼铁粉碎成粒径小于15mm块体，在200～300℃下烘干后，置于浇包底部，采用包内冲入法向熔炼炉中加入0.1～0.5％硼铁；
[0022]3)将熔炼炉温度升至1450～1550℃，加入脱氧剂铝丝，待炉料完全溶化后加入0.5～1％纯铜棒和0.3～0.8％纯镍棒；
[0023]4)当钢水温度达1400～1480℃时，浇注成铸件，随后在200～300℃下进行3～6h回火处理后，空气冷却至室温，制得高硬度耐磨含硼高铬铸铁。
[0024]上述制备步骤中，废钢、铬铁、锰铁、纯铁、硼铁、纯铜、纯镍的质量百分比之和为100％。
[0025]所用各炉料的化学成分，以质量分数计，如表1所示：
[0026]表1各炉料化学成分(wt％)
[0027][0028]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点及有益效果：
[0029]1、本专利技术的高铬铸铁，具有较低的生产成本，且制备工艺简单、成形性好；
[0030]2、本专利技术中添加微量B/M(M表示Ni/Cu)元素后，碳化物形态无明显变化，其形状因子K为0.15～0.24，粒度因子D为11.8～14.2μm；
[0031]3、本专利技术高耐磨高铬白口铸铁的残余应力较低为
‑
150～
‑
200MPa；
[0032]4、本专利技术中添加微量B/M元素后，铸态下铸铁基体组织全为马氏体基体，且其铸铁宏观硬度可高达63～67HRC，较现有常规高铬铸铁提高到13.5％；
[0033]5、本专利技术高硬度耐磨含硼高铬铸铁经过冲击试验后，发现冲击韧性高，可达到8.5～13.5J/cm2。
附图说明
[0034]图1为实施例1制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高硬度耐磨含硼高铬铸铁，其特征在于，该铸铁的化学成分，以质量百分数计，包括：2.5～3.0％C，0.6～1.0％Si，0.3～0.5％Mn，24～30％Cr，0.1～0.6％B，0.3～0.6％Ni，0.5～1％Cu，余量为Fe。2.根据权利要求1所述的一种高硬度耐磨含硼高铬铸铁，其特征在于，所述高硬度耐磨含硼高铬铸铁的化学成分，以质量百分数计，包括：2.51％C，0.63％Si，0.33％Mn，25.9％Cr，0.11％B，0.46％Ni，0.9％Cu，余量为Fe。3.根据权利要求1所述的一种高硬度耐磨含硼高铬铸铁，其特征在于，所述高硬度耐磨含硼高铬铸铁的化学成分，以质量百分数计，包括：2.58％C，0.77％Si，0.49％Mn，25.6％Cr，0.28％B，0.45％Ni，0.78％Cu，余量为Fe。4.根据权利要求1所述的一种高硬度耐磨含硼高铬铸铁，其特征在于，所述高硬度耐磨含硼高铬铸铁的化学成分，以质量百分数计，包括：2.79％C，0.69％Si，0.44％Mn，25.9％Cr，0.51％B，0.49％Ni，0.81％Cu，余量为Fe。5.根据权利要求1所述的一种高硬度耐磨含硼高铬铸铁，其特征在于，所述高硬度耐磨含硼高铬铸铁的碳化物形状因子K为0.15～0.24，粒度因子D为11.8～14.2μm。6.根据权利要求1所述的一种高硬度耐磨含硼高铬...

【专利技术属性】
技术研发人员：易艳良，李卫，涂小慧，陈鹏，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：