一種鑄造法獲得的復合耐磨材料及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種鑄造法獲得的復合耐磨材料及其制備方法。其中，復合耐磨材料的制備方法包括：按復合耐磨材料化學成分設計要求分別稱取廢鋼、生鐵或增碳劑、釩鐵、鈦鐵，復合耐磨材料化學成分要求為包括鐵，還至少包括以下重量百分比的化學成分：C：2.5～3.5%，Ti：1.0～7.5%，V：1.0～8.0%；將廢鋼、生鐵或增碳劑預處理得到鐵水，往鐵水中加入釩鐵和鈦鐵熔清后經等溫處理，對經等溫處理后的鐵水進行后續處理得到復合耐磨材料。通過上述方式，本發明制備方法易操作，便于工業應用，且得到的復合耐磨材料性價比高。
【專利說明】一種鑄造法獲得的復合耐磨材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及耐磨材料領域，特別是涉及一種鑄造法獲得的復合耐磨材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]目前，在耐磨材料領域，大都是應用第三代耐磨材料-高鉻鑄鐵開發耐磨零部件，由于在高鉻鑄鐵中有高硬度的增強相Cr7C3,其碳化物顯微硬度為HV1300~1800，故其比前兩代耐磨材料-白口鑄鐵和高錳鋼性能指標有了較大幅度提升，硬度可以達到HRC60~65，但是由于其碳化物呈長條形且比較粗大，故沖擊韌性一般都在3~5J/cm2，普遍偏低，材料相對較脆，耐沖擊性能較差，故其綜合耐磨性能仍然偏低。
[0003]為了突破高鉻鑄鐵的制約，尋求具有更高耐磨性與沖擊韌性的耐磨材料，新一代耐磨材料的研究向著碳化物增強相顯微硬度更高、形貌更好的方向發展。因此，基于顆粒增強的鋼鐵基復合耐磨材料因其綜合性能優異而成為近年來新材料開發的一個熱點領域。
[0004]在我國，基于(V，Ti) C顆粒增強型的復合耐磨材料己經在實驗室通過粉末冶金燒結法制備成功，但其工藝成本高，尚不適于推廣至工業應用。因此，迫切需要一種性價比高，且制備方法易操作和適于工業應用的耐磨材料。

【發明內容】

[0005]本發明主要解決的技術問題是提供一種鑄造法獲得的復合耐磨材料及其制備方法，該復合耐磨材料性價比高，制備方法易操作和適于工業化應用。
[0006]為解決上述技術問題，本發明采用的一個技術方案是:提供一種鑄造法獲得的復合耐磨材料，所述復合耐磨材料包括鐵，還至少包括以下重量百分比的化學成分:c:2.5~
3.5%, T1: 1.0 ~7.5%, V: 1.0 ~8.0%。
[0007]其中，所述復合耐磨材料還包括以下重量百分比的化學成分:Si:0.5~0.7%,Mn:
0.5 ~0.7%, Cr:0.5 ~3.5%, Mo:0.5 ~1.5%, S:≤ 0.04%, P:≤ 0.04%。
[0008]為解決上述技術問題，本發明采用的另一個技術方案是:提供一種復合耐磨材料的制備方法，所述方法包括:按所述復合耐磨材料化學成分要求分別稱取廢鋼、生鐵或增碳劑、釩鐵、鈦鐵，所述復合耐磨材料化學成分要求為包括鐵，還至少包括以下重量百分比的化學成分:C:2.5~3.5%，T1: 1.0~7.5%，V: 1.0~8.0% ;將所述廢鋼、生鐵或增碳劑預處理得到鐵水，往所述鐵水中加入所述釩鐵和所述鈦鐵熔清后經等溫處理，對經等溫處理后的鐵水進行后續處理得到所述復合耐磨材料。
[0009]其中，所述制備方法還包括:按照占所述復合耐磨材料的以下重量百分比的化學成分:Si:0.5 ~0.7%, Mn:0.5 ~0.7%, Cr:0.5 ~3.5%, Mo:0.5 ~1.5%, S:≤0.04%, P:(0.04%，稱取鉻鐵、鑰鐵、硅鐵或錳鐵、稀土硅鐵；所述預處理包括:將所述廢鋼、生鐵或增碳劑、鉻鐵與鑰鐵放入電爐中加熱，待鐵水熔清后，加入所述硅鐵或所述錳鐵并扒渣得到鐵水；所述后續處理包括:將經等溫處理后的鐵水經終脫氧出爐、采用所述稀土硅鐵進行變質處理然后進行澆注并經熱處理后得到所述復合耐磨材料。
[0010]其中，所述將經等溫處理后的鐵水經終脫氧出爐具體為:將經等溫處理后的鐵水調整成分至合格后將溫度升至1520~1600°C，加入占鐵水重量0.1%~0.2%的純鋁，進行終脫氧后出爐；所述采用所述稀土硅鐵進行變質處理具體為:將所述稀土硅鐵破碎至I~5_小顆粒并烘干，置于澆包底部，采用包底沖入法對所述終脫氧后出爐的鐵水進行變質處理；所述進行澆注具體為:將所述變質處理后的所述鐵水靜置然后進行澆注，所述澆注溫度為1460~1510°C，冷卻后處理干凈；所述熱處理包括淬火和回火處理，其中淬火處理溫度為900~1100°C，回火處理溫度為250~600°C。
[0011]其中，所述澆注溫度為1470~1495°C。
[0012]其中，所述淬火處理溫度為950~1050°C，回火處理溫度為450~550°C。
[0013]其中，所述等溫處理的時間為5~8min。
[0014]其中，所述靜置的時間為2~3min。[0015]其中，所述烘干溫度為180~220°C。
[0016]本發明的有益效果是:區別于現有技術的情況，本發明提供一種復合耐磨材料及其制備方法，從而獲得具有大量細小、彌散分布的團球狀碳化物增強相的耐磨材料。通過添加一定量的釩和鈦元素實現釩、鈦兩者碳化物的共晶復合，從而提升復合碳化物顆粒與基體的界面結合強度和緊密度，使得該復合耐磨材料不僅性價比高，且制備方法易操作，便于工業應用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發明復合耐磨材料的制備方法一個實施方式的流程圖。
【具體實施方式】
[0018]隨著基于顆粒增強的鋼鐵基復合耐磨材料的不斷發展，對鋼鐵基復合耐磨材料的研究向著碳化物增強相顯微硬度更高、形貌更好的方向發展。
[0019]鈦(Ti)和釩(V)屬于同一周期的過渡金屬，原子序數僅相差1，它們所形成的碳化物皆具有高熔點、高硬度和高的化學穩定性，且與Fe的相溶性好。因此，可作為鋼鐵基復合材料的理想增強體。
[0020]基于VC的顆粒增強型復合耐磨材料-高釩高速鋼，由于VC顆粒具有高硬度(HV2600)、團球狀形貌、彌散分布等諸多特征，基于VC的顆粒增強復合耐磨材料的耐磨性能和沖擊韌性相比較于第三代耐磨材料一高鉻鑄鐵(碳化物硬度、長條形、不規則分布)有了大幅度提升，并且己經應用于熱軋輥、冷軋輥、錘頭、球磨機襯板和轉子體等耐磨件領域。但是，由于V合金價格較貴，制約了其大范圍的推廣應用。在我國，基于(V，Ti)C的顆粒增強型復合耐磨材料只是在實驗室通過粉末冶金燒結法制備成功，但其工藝成本高，尚不適于推廣至工業應用。
[0021]有鑒于此，本發明提供一種鑄造法獲得的復合耐磨材料及其制備方法，本發明的方法能夠獲得具有大量細小、彌散分布的團球狀碳化物增強相的耐磨材料。通過添加一定量的釩和鈦元素實現釩、鈦兩者碳化物的共晶復合，從而提升復合碳化物顆粒與基體的界面結合強度和緊密度。本發明的鑄造法獲得的復合耐磨材料不僅性價比高，且制備方法易操作，便于工業應用。
[0022]以下結合【具體實施方式】對本發明的復合材料及其制備方法進行詳細說明，但是這并不用以限定本發明的保護范圍。
[0023]本發明的鑄造法獲得的復合耐磨材料是基于(T1、V) C的復合耐磨材料，其中包括鐵，還至少包括以下重量百分比的化學成分:c:2.5~3.5%，T1:1.0~7.5%，V:1.0~8.0%。
[0024]其中幾種重要元素的確定依據如下:
[0025]C:碳對復合耐磨材料的組織與性能來說至關重要，它既可以固溶于基體中起固溶強化作用，又是形成碳化物增強相的基本元素。還能促進馬氏體轉變，提高復合耐磨材料的淬硬性。碳含量太多會增加材料脆性，太少則減少碳化物增強相的數量致使其耐磨性降低，因此，本發明控制C含量在2.5~3.5%，優選2.8~3.2%。
[0026]T1:鈦是強碳化物形成元素，與鐵液中C反應形成大量細小、彌散分布的TiC質點，由于其與VC均為面心立方晶格，晶格常數相近，晶格錯配度小，故TiC可作為VC的異質核心，同時還可細化奧氏體枝晶，改善共晶碳化物的形態與分布。故本發明控制Ti含量在
1.0 ~7.5%,優選 2.0 ~4.5%O
[0027]V:鑰;也是強碳化物形成元素,易以TiC為形核基底與鐵液中C反應形成大量團球狀形貌、彌散分布的(V，Ti)C復合增強相，顯著提高復合耐磨材料的沖擊韌性與耐磨性，故本發明控制V含量在1.0~8.0%，優選1.5~6.5%。
[0028]其中，為了進一步提高本發明鑄造法獲得的復合耐磨材料的綜合性能，本發明的鑄造法獲得復合耐磨材料還可以進一步包括以下重量百分比的化學成分:Si:0.5~0.7%，Mn:0.5 ~0.7%, Cr:0.5 ~3.·5%, Mo:0.5 ~1.5%, S:≤ 0.04%, P:≤ 0.04%。
[0029]其中，鉻(Cr)也可與C反應形成Cr6CXr7C3和Cr23C6等碳化物，但由于鉻碳化物的顯微硬度比TiC與VC低，且其形貌較差，故本發明中添加鉻元素的目的不在于使其形成碳化物，而在于其固溶于奧氏體中，起提高基體淬硬性和淬透性作用，本發明控制Cr含量在0.5 ~3.5%,優選為 0.5 ~1.5%ο
[0030]本發明提供的鑄造法獲得的復合耐磨材料，具有大量細小、彌散分布的團球狀碳化物增強相，綜合耐磨性能好。
[0031]請參閱圖1，圖1是本發明復合耐磨材料的制備方法一個實施方式的流程圖，其中，本發明實施方式復合耐磨材料的制備方法是采用IOkg中頻感應電爐實現的，本實施方式復合耐磨材料的制備方法包括以下步驟:
[0032]SlOl:按復合耐磨材料化學成分要求分別稱取廢鋼、生鐵或增碳劑、釩鐵、鈦鐵，復合耐磨材料化學成分要求為包括鐵，還至少包括以下重量百分比的化學成分:c:2.5~
3.5%, T1: 1.0 ~7.5%, V:1.0 ~8.0% ；
[0033]按照本發明中復合耐磨材料的化學成分要求分別稱取廢鋼、生鐵或增碳劑、釩鐵以及鈦鐵，分類放置。其中，本發明中復合耐磨材料的包括鐵，還至少包括以下化學成分:C:
2.5 ~3.5%, T1: 1.0 ~7.5%, V: 1.0 ~8.0%。
[0034]S102:將廢鋼、生鐵或增碳劑預處理得到鐵水，往鐵水中加入釩鐵和鈦鐵熔清后經等溫處理，對經等溫處理后的鐵水進行后續處理得到復合耐磨材料。
[0035]將廢鋼、生鐵或增碳劑經預處理得到鐵水，然后往預處理得到的鐵水中加入釩鐵和鈦鐵，熔清后進行等溫處理，對等溫處理后的鐵水進行后續處理而得到本發明的耐磨材料。
[0036]優選地，等溫處理的時間為5~8min。
[0037]為了進一步提高本發明復合耐磨材料的綜合性能，本實施方式的復合耐磨材料的制備方法還可以進一步包括按照占所述復合耐磨材料的以下重量百分比的化學成分:Si:
0.5 ~0.7%, Mn:0.5 ~0.7%, Cr:0.5 ~3.5%, Mo:0.5 ~1.5%，S:≤ 0.04%, P S 0.04%，稱
取絡鐵、鑰鐵、娃鐵或猛鐵、稀土娃鐵。
[0038]而本實施方式中的將廢鋼、生鐵或增碳劑經預處理得到鐵水的步驟具體可以包括:將廢鋼、生鐵或增碳劑、鉻鐵與鑰鐵放入電爐中加熱，待鐵水熔清后，加入硅鐵或錳鐵及脫硫劑和除渣劑，并扒渣得到鐵水。
[0039]本實施方式中的后續處理具體包括:將經等溫處理后的鐵水經終脫氧出爐、采用稀土硅鐵進行變質處理然后進行澆注并經熱處理后得到復合耐磨材料。
[0040]具體地，將經等溫處理后的鐵水經終脫氧出爐為:將經等溫處理后的鐵水調整成分至合格后將溫度升至1520~1600°C，加入占鐵水重量0.1%~0.2%的純鋁，進行終脫氧后出爐。
[0041]具體地，采用稀土硅鐵進行變質處理為:將稀土硅鐵破碎至I~5_小顆粒并烘干，置于澆包底部，采用包底沖入法對終脫氧后出爐的鐵水進行變質處理。
[0042]優選地，烘干溫度為180~220°C，更進一步優選的烘干溫度為200°C。
[0043]具體地，進行澆注為:將所述變質處理后的鐵水靜置然后進行澆注，澆注溫度為1460~1510°C，冷卻后處理干凈。
[0044]優選地，靜置的時間為2~3min，澆注溫度為1470~1495°C。
[0045]優選地，熱處理包括淬火和回火處理，其中淬火處理溫度為900~1100°C，回火處理溫度為250~600°C。
[0046]進一步優選地，淬火處理溫度為950~1050°C，回火處理溫度為450~550°C。
[0047]通過本發明實施方式的制備方法得到的復合耐磨材料，其硬度、沖擊韌性以及相對耐磨性都相對于現有高鉻鑄鐵的性能得到極大提高，具體請參見以下表1的性能對比結果:
[0048]表1:本發明的復合耐磨材料與現有高鉻鑄鐵的性能比對
【權利要求】
1.一種鑄造法獲得的復合耐磨材料，其特征在于， 所述復合耐磨材料包括鐵，還至少包括以下重量百分比的化學成分:c:2.5~3.5%，T1:1.0 ~7.5%, V: 1.0 ~8.0%。
2.根據權利要求1所述的復合耐磨材料，其特征在于，所述復合耐磨材料還包括以下重量百分比的化學成分:Si:0.5 ~0.7%,Mn:0.5 ~0.7%, Cr:0.5 ~3.5%,Mo:0.5 ~1.5%,S:≤0.04%, P:≤0.04%ο
3.一種復合耐磨材料的制備方法，其特征在于，所述方法包括: 按所述復合耐磨材料化學成分要求分別稱取廢鋼、生鐵或增碳劑、釩鐵、鈦鐵，所述復合耐磨材料化學成分要求包括鐵，還至少包括以下重量百分比的化學成分:C:2.5~3.5%，Ti:1.0 ~7.5%, V:1.0 ~8.0% ； 將所述廢鋼、生鐵或增碳劑預處理得到鐵水，往所述鐵水中加入所述釩鐵和所述鈦鐵熔清后經等溫處理，對經等溫處理后的鐵水進行后續處理得到所述復合耐磨材料。
4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述制備方法還包括:按照占所述復合耐磨材料的以下重量百分比的化學成分:Si:0.5~0.7%，Mn:0.5~0.7%，Cr:0.5~3.5%，Mo:0.5~1.5%，S:≤0.04%, P:≤0.04%，稱取鉻鐵、鑰鐵、硅鐵或錳鐵、稀土硅鐵； 所述預處理包括:將所述廢鋼、生鐵或增碳劑、鉻鐵與鑰鐵放入電爐中加熱，待鐵水熔清后，加入所述硅鐵或所述錳鐵并扒渣得到鐵水； 所述后續處理包括:將經等溫處理后的鐵水經終脫氧出爐、采用所述稀土硅鐵進行變質處理，然后進行澆注并經熱處理后得到所述復合耐磨材料。
5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于， 所述將經等溫處理后的鐵水經終脫氧出爐具體為:將經等溫處理后的鐵水調整成分至合格后將溫度升至1520~1600°C，加入占鐵水重量0.1%~0.2%的純鋁，進行終脫氧后出爐； 所述采用所述稀土硅鐵進行變質處理具體為:將所述稀土硅鐵破碎至I~5_小顆粒并烘干，置于澆包底部，采用包底沖入法對所述終脫氧后出爐的鐵水進行變質處理； 所述進行澆注具體為:將所述變質處理后的所述鐵水靜置，然后進行澆注，所述澆注溫度為1460~1510°C，冷卻后處理干凈； 所述熱處理包括淬火和回火處理，其中淬火處理溫度為900~1100°C，回火處理溫度為 250 ~600 0C ο
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述澆注溫度為1470~1495°C。
7.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述淬火處理溫度為950~1050°C，回火處理溫度為450~550°C。
8.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述等溫處理的時間為5~8min。
9.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述靜置的時間為2~3min。
10.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述烘干溫度為180~220°C。
【文檔編號】C22C33/04GK103589962SQ201310542884
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月5日 優先權日:2013年11月5日
【發明者】曾松盛, 繆花明 申請人:中聯重科股份有限公司