铁基高耐腐蚀性和耐磨性合金制造技术

实例实施方案涉及具有高耐腐蚀性和高耐磨性的合金。具体地，实例实施方案涉及铁基合金，其包含：20重量%至50重量%的Cr；0重量%至15重量%的Mo；0重量%至15重量%的W；3重量%至6重量%的B；和余量的铁和杂质。在实例实施方案中，在基本平衡的凝固条件下，在1300 K下，耐点蚀性当量数(PREN)大于30。在实例实施方案中，在基本平衡的凝固条件下，在1300 K下，合金的硬质相的摩尔分数在45%至80%之间。在基本平衡的凝固条件下，合金的液相线可以小于2000K。合金的液相线可以小于2000K。合金的液相线可以小于2000K。

Iron base alloy with high corrosion resistance and wear resistance

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】铁基高耐腐蚀性和耐磨性合金
[0001]相关申请的交叉引用本国际申请要求2019年12月18日提交的美国临时申请号62/949,761的权益，其公开内容通过引用以其整体明确并入本文。


[0002]本技术总体上涉及具有高耐腐蚀性和高耐磨性的合金。具体地，实例实施方案涉及用于汽车盘式制动器的铁基合金。

技术介绍

[0003]灰铸铁是目前在许多运输选择(例如汽车和卡车)中用于制动盘的标准材料。由于其低成本、容易通过铸造的可制造性以及可接受的机械性质，它是良好的选择。然而，灰铸铁具有一些有问题的属性，包括导致在操作期间的高材料损失的低耐磨性和导致在正常操作期间的腐蚀的低耐腐蚀性。与监管压力组合，对于制动盘材料解决方案的需求日益增加，该解决方案保持铸铁的有吸引力的属性，但是减少材料在实地所面临的腐蚀和磨损问题。由于高成本，例如复合制动盘的替代技术对于大规模生产常常是没有吸引力的。通常，其中的两个主要因素推动了这种市场趋势。第一个因素是来自监管机构的压力增加，以减少由于制动盘磨损而产生的细颗粒排放，并且第二个因素是在能够再生制动的车辆中减少使用摩擦制动，其导致铸铁制动器的腐蚀。可见的腐蚀(锈)是美观问题，但也可能降低制动效果。
[0004]此外，在许多涂层应用中，存在强烈的监管和安全压力来减少或消除镍和/或钴的使用。这两种材料均通常用作热喷涂和其它涂层中的金属相。

技术实现思路

[0005]在实例实施方案中，合金和涂层通过增加盘的耐磨性和耐腐蚀性而提供改进的制动盘性能。与标准材料(例如灰铸铁)相比，这可以导致减少的颗粒排放、改进的盘美观性和/或改进的制动性能。此外，因为实例实施方案的合金是铁基的，与更昂贵的金属和/或复合材料相比，它们可以以有竞争力的成本提供和使用。
[0006]根据实例实施方案的合金是铁基的，并且可以限制掺入的钴和镍的量，因此提高它们对于许多磨损和腐蚀应用的吸引力。
[0007]实例实施方案包括通过原位形成耐腐蚀基质和高体积/摩尔分数的硬质相而具有高耐腐蚀性和耐磨性的铁基合金。在实例实施方案中，硼化物构成硬质相，这从设计观点来看是有益的，因为硼与铁和铁合金具有相当低的固溶体溶解度，其甚至在热喷涂和/或粉末雾化中固有的快速冷却速率下也驱动硼化物相的沉淀。随着这些有益相的形成，可以减少或消除可能降低合金的韧性和延展性的有害相，包括金属间相，例如σ相或Laves相。在实例实施方案中，由于合金中的元素平衡，合金可能减少金属间相的分数，并且有害的金属间相的减少还可以由凝固期间各个相形成的自由能在热力学上驱动。在实例实施方案中，可以
通过控制合金的液相线温度来实现合金通过雾化的可制造性。
[0008]在实例实施方案中，铁基合金包括20重量%至50重量%的Cr、0重量%至15重量%的W、0重量%至15重量%的Mo、以及3重量%至6重量%的B。在实例实施方案中，在基本平衡的凝固条件下，在1300 K下，作为Cr+3.3 * (Mo+0.5 * W)+16 * N计算的耐点蚀性当量数(PREN)大于30。在实例实施方案中，在基本平衡的凝固条件下，在1300 K下，合金的硬质相的摩尔分数在40%至80%之间。在实例实施方案中，如果合金的硬质相的摩尔分数大于80%，则金属间相和/或硼化物的过量分数可能导致脆化和差的机械性质，以及降低的韧性和延展性。在实例实施方案中，合金的硬质相的摩尔分数小于45%导致降低的磨损性能。
[0009]在实例实施方案中，在基本平衡的凝固条件下，所述合金的液相线小于2000K。在实例实施方案中，如果液相线大于2000K，则降低材料通过雾化的可制造性，这将使得方法昂贵并降低生产产量。在实例实施方案中，如果Cr的浓度大于50重量%，则可能形成Laves相，导致低的PREN和低的耐腐蚀性。在实例实施方案中，如果W或Mo的浓度大于15重量%，则可能形成Laves相，导致高成本和低的耐点蚀性。在实例实施方案中，如果B的浓度大于6重量%，则可能形成过量的硬质相，导致低的磨损性能。
附图说明
[0010]在以下详细描述中，参考所述的多个附图，通过本公开的优选实施方案的非限制性实例来进一步描述本公开，其中在附图的若干视图中，相同的符号表示相同的元件。
[0011]图1是说明根据实例实施方案的合金(X4)的热力学凝固的图。
[0012]图2是说明根据实例实施方案的合金(X5)的热力学凝固的图。
[0013]图3是根据实例实施方案的X4的急冷电弧熔融锭的微观结构的说明。
[0014]图4是根据实例实施方案的X5的急冷电弧熔融锭的微观结构的说明。
[0015]图5是说明根据实例实施方案的合金(X9)的热力学凝固的图。
具体实施方式
[0016]通过本公开的各个方面、实施方案和/或具体特征或子组件中的一个或多个，旨在提出如上文具体描述和下文指出的一个或多个优点。
[0017]热力学在本公开的实例实施方案中，合金可以由平衡或近平衡热力学参数充分描述，如图1和2说明的。预测铁合金的腐蚀性能的一种方式是利用根据以下等式(1)计算的PREN：PREN = Cr+3.3 * (Mo+0.5 * W)+16 * N
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(1)，其中元素值以重量百分比表示。
[0018]在单相材料中，例如大多数铁素体不锈钢，将PREN应用于本体合金组合物。然而，因为本公开中的合金可以包括多相，基于基质相的平衡热力学条件计算PREN值，而不考虑可以形成的其它相(例如硼化物)的组成。基质相定义为面心立方(FCC)或体心立方(BCC)富铁金属相。因此，基质PREN值可以用于精确预测多相材料的相对腐蚀性能。在本公开的实例实施方案中，基质相是BCC铁素体。
[0019]图1是说明根据实例实施方案的合金(X4)的热力学凝固的图。在图1中，X轴代表温度，并且Y轴代表摩尔分数。如在图1中说明的，基于BCC相的化学性(BCC相是在平衡凝固条
件下存在的唯一基质相)，在1300 K下，合金X4的基质PREN计算为32.5，基于计算的Cr含量为21.2重量%，Mo含量为1.9%，和W含量为3.0重量%，如标记101表示的；并且在1000K下，合金X4的基质PREN计算为20.0，基于Cr含量为16.9重量%，Mo含量为0.46重量%，和W含量为0.98重量%，如标记102表示的。
[0020]图2是说明根据实例实施方案的合金(X5)的热力学凝固的图。在图2中，X轴代表温度，并且Y轴代表摩尔分数。在图2中，在1300 K下，合金X5的基质PREN计算为42.7，基于计算的Cr含量为31.2重量%，Mo含量为2.0重量%，和W含量为3.0重量%，如标记201表示的；并且在1000K下，合金X5的基质PREN计算为25.0，如标记202表示的，包含计算的Cr含量为21.9重量%，Mo含量为0.56重量%，和W含量为0.78重量%，基于BCC相的化学性。
[0021]图5是说明根据实例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.铁基合金，其包含：20重量％至50重量％的Cr；3重量％至6重量％的B；Mo；W；和余量的铁和杂质；其中在基本平衡的凝固条件下，在1300K下，如等式(1)中所定义的基质相的耐点蚀性当量数(PREN)大于30：PREN＝Cr+3.3*(Mo+0.5*W)+16*N
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(1)；其中在基本平衡的凝固条件下，在1300K下，所述合金的硬质相的摩尔分数在40％至80％之间；和其中在基本平衡的凝固条件下，所述合金的液相线小于2000K。2.权利要求1所述的合金，其包含在0.5
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20重量％之间的Mo+W。3.权利要求1所述的合金，其中在基本平衡的凝固条件下，在1000K下，所述基质相的PREN大于20。4.权利要求1所述的合金，其中在基本平衡的凝固条件下，在1300K下在所述基质相中Cr的浓度大于15重量％且小于35重量％的Cr，并且在1300K下钼和钨的浓度的总和大于2重...

【专利技术属性】
技术研发人员：C，
申请(专利权)人：欧瑞康美科美国公司，
类型：发明
国别省市：