專利名稱：一種強(qiáng)韌耐磨高硼鋼的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種強(qiáng)韌耐磨高硼鋼的制備方法，具體說(shuō)，是涉及一種有強(qiáng)韌性要求 的高含硼量的Fe-B-C耐磨合金材料的制備方法，屬于耐磨鋼制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在沖擊載荷條件下使用的耐磨材料往往需要良好的強(qiáng)韌性。材料的硬度低或塑性 差都會(huì)導(dǎo)致材料的耐磨性能下降，高錳鋼、鎳硬鑄鐵、優(yōu)質(zhì)合金鋼和高鉻鑄鐵等耐磨材料都 或多或少存在這樣那樣的缺陷，這些高合金耐磨材料隨著合金元素含量的增多，成本大大 上升，在使用性能上還難以兼顧強(qiáng)度和塑性指標(biāo)。由于硼能改善鋼的強(qiáng)度，韌性以及淬透 性，加之硼化物硬度高，高溫穩(wěn)定性好，因此硼鋼引起人們的廣泛關(guān)注。高硼合金Fe-B-C作 為一種新型耐磨材料，具有合金用量少，成本低以及熔煉簡(jiǎn)單、鑄造性能優(yōu)異等特點(diǎn)。但隨 著含硼量的增加，在凝固和冷卻的過(guò)程中，會(huì)有Fe2B析出，雖然Fe2B作為一種硬化相，可以 提高材料的耐磨性，但這種Fe2B相易以連續(xù)網(wǎng)狀的形式分布在基體中，當(dāng)Fe2B作為一種硬 化相連續(xù)分布在材料的晶界時(shí)，材料的沖擊韌性就會(huì)大大下降，只有當(dāng)這種網(wǎng)狀的？6力相 的連續(xù)分布被中斷時(shí)，F(xiàn)e-B-C材料才能在較高韌性的基礎(chǔ)上表現(xiàn)出優(yōu)異的耐磨性。目前的研究主要著眼于通過(guò)變質(zhì)處理來(lái)消除Fe2B在晶界的網(wǎng)狀分布，但實(shí)踐的效 果表明，單獨(dú)的變質(zhì)處理并不能穩(wěn)定有效地解決這一技術(shù)難題。因此，若能開發(fā)一種能夠細(xì) 化晶粒，實(shí)現(xiàn)晶界硼化物共晶組織的不連續(xù)分布，并使Fe2B相彌散分布的制備技術(shù)，能成功 的消除“硼脆”，F(xiàn)e-B-C合金就能以其優(yōu)異的強(qiáng)韌耐磨性，得到廣泛應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的缺陷，提供一種強(qiáng)韌耐磨高硼鋼的制 備方法，通過(guò)細(xì)化晶粒，實(shí)現(xiàn)晶界硼化物共晶組織的不連續(xù)分布，以及使Fe2B相彌散分布， 以提高Fe-B-C合金材料的強(qiáng)韌耐磨性。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下本發(fā)明提供的強(qiáng)韌耐磨高硼鋼的制備方法，包括如下具體步驟a)在中頻感應(yīng)爐中熔煉高硼Fe-B-C合金材料；b)將變質(zhì)劑和熔煉的合金液加到澆包中，攪拌使變質(zhì)劑均勻分布在合金液中；c)將經(jīng)過(guò)變質(zhì)處理的合金液澆鑄到置于交變電磁場(chǎng)作用下的鑄型中；d)開啟交變電磁場(chǎng)，對(duì)正在凝固的合金液進(jìn)行電磁攪拌；e)當(dāng)鑄件凝固，關(guān)閉電磁場(chǎng)，進(jìn)行后處理。所述高硼Fe-B-C合金材料的組成優(yōu)選為C 0. 20 0. 75wt%,B :1. 0 2. 5wt%， Si 0. 5 1. 2wt%,Mn 0. 5 1. 5wt%,Cr 0. 8 2. 0wt%,S < 0. 05wt%,P < 0. 05wt%,
余量為Fe。當(dāng)高硼Fe-B-C合金材料組成中的C<0. 35wt%時(shí)，鑄件的后處理最好是首先將鑄 件加熱到1000°c，然后按熱處理規(guī)范進(jìn)行水淬，最后在200°C回火；
當(dāng)高硼Fe-B-C合金材料組成中的C = 0. 35 0. 52wt%時(shí)，鑄件的后處理最好是 首先將鑄件加熱到920°C，然后按熱處理規(guī)范進(jìn)行油淬，最后在200°C回火；當(dāng)高硼Fe-B-C合金材料組成中的C>0. 52wt%時(shí)，鑄件的后處理最好是首先將鑄 件加熱到900°C，然后按熱處理規(guī)范進(jìn)行風(fēng)淬，最后在200°C回火。因經(jīng)過(guò)變質(zhì)處理，高硼Fe-B-C合金液的形核率雖大大提高，但鑄件中仍局部存在 連續(xù)分布的晶界硼化物共晶組織；若再在電磁攪拌下進(jìn)行澆鑄成型，高硼Fe-B-C合金液的 形核率將進(jìn)一步提高，晶粒更加細(xì)化，先期連續(xù)共晶組織在交變電磁力作用下則會(huì)被擊碎。 因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過(guò)變質(zhì)處理和在電磁攪拌下進(jìn)行澆鑄成型的復(fù)合處理，可 以獲得晶粒非常細(xì)化的組織，可將現(xiàn)有技術(shù)難以消除的晶界連續(xù)分布的Fe2B共晶組織進(jìn)一 步擊碎，使網(wǎng)狀的Fe2B相的連續(xù)分布被中斷，F(xiàn)e2B相均勻彌散分布在基體中，從而實(shí)現(xiàn)了在 材料硬度保持不變的情況下，大大提高了材料的沖擊韌性，制得了具有優(yōu)異的強(qiáng)韌耐磨性 的高硼Fe-B-C合金材料，成功地消除了高硼Fe-B-C合金所存在的“硼脆”現(xiàn)象。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，其目的僅在于更好理解本發(fā)明的內(nèi)容而 非限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)施例1a)在中頻感應(yīng)爐中熔煉高硼Fe-B-C合金材料，原材料為廢鋼、硅鐵、錳鐵、鉻鐵、 生鐵和硼鐵，硼鐵在冶煉的最后階段加入；b)經(jīng)快速成分檢測(cè)，滿足材料組成(wt% ) :C 0. 20 0. 35，B :1. 0 1. 8，Si 0. 5 1. 2，Mn 0. 5 1. 5，Cr 0. 8 1. 6，S < 0. 05，P < 0. 05 時(shí)，即可做出爐準(zhǔn)備；出爐 溫度控制在1550°C左右，若澆鑄大型鑄件，出爐溫度可比1550°C略低；若澆鑄小型鑄件，出 爐溫度可比1550°C略高；c)將變質(zhì)劑放在澆包底部，再將熔煉的合金液澆入澆包中，攪拌使變質(zhì)劑均勻分 布在合金液中；d)將經(jīng)過(guò)變質(zhì)處理的合金液澆鑄到置于交變電磁場(chǎng)作用下的鑄型中；e)開啟交變電磁場(chǎng)，對(duì)正在凝固的合金液進(jìn)行電磁攪拌；f)當(dāng)鑄件溫度低于1150°C時(shí)，關(guān)閉電磁場(chǎng)，進(jìn)行后處理首先將鑄件加熱到 1000°C，然后按熱處理規(guī)范進(jìn)行水淬，最后在200°C回火2小時(shí)。所述鑄型應(yīng)當(dāng)采用散熱能力強(qiáng)的鑄型，以使材料能在相對(duì)大的過(guò)冷中凝固，增強(qiáng) 形核率，抑制晶界網(wǎng)狀組織的連續(xù)生長(zhǎng)能力。取試樣進(jìn)行性能測(cè)試，性能測(cè)試結(jié)果見表1所示。實(shí)施例2a)在中頻感應(yīng)爐中熔煉高硼Fe-B-C合金材料，原材料為廢鋼、硅鐵、錳鐵、鉻鐵、 生鐵和硼鐵，硼鐵在冶煉的最后階段加入；b)經(jīng)快速成分檢測(cè)，滿足材料組成(wt% ) :C 0. 35 0. 52，B :1. 2 2. 0，Si 0. 5 1. 2，Mn 0. 5 1. 5，Cr 0. 8 2. 0，S < 0. 05，P < 0. 05 時(shí)，即可做出爐準(zhǔn)備；出爐 溫度控制在1550°C左右，若澆鑄大型鑄件，出爐溫度可比1550°C略低；若澆鑄小型鑄件，出 爐溫度可比1550°C略高；
c)將變質(zhì)劑放在澆包底部，再將熔煉的合金液澆入澆包中，攪拌使變質(zhì)劑均勻分 布在合金液中；d)將經(jīng)過(guò)變質(zhì)處理的合金液澆鑄到置于交變電磁場(chǎng)作用下的鑄型中；e)開啟交變電磁場(chǎng)，對(duì)正在凝固的合金液進(jìn)行電磁攪拌；f)當(dāng)鑄件溫度低于1150°C時(shí)，關(guān)閉電磁場(chǎng)，進(jìn)行后處理首先將鑄件加熱到 920°C，然后按熱處理規(guī)范進(jìn)行油淬，最后在200°C回火兩個(gè)小時(shí)。所述鑄型應(yīng)當(dāng)采用散熱能力強(qiáng)的鑄型，以使材料能在相對(duì)大的過(guò)冷中凝固，增強(qiáng) 形核率，抑制晶界網(wǎng)狀組織的連續(xù)生長(zhǎng)能力。取試樣進(jìn)行性能測(cè)試，性能測(cè)試結(jié)果見表1所示。實(shí)施例3a)在中頻感應(yīng)爐中熔煉高硼Fe-B-C合金材料，原材料為廢鋼、硅鐵、錳鐵、鉻鐵、 生鐵和硼鐵，硼鐵在冶煉的最后階段加入；b)經(jīng)快速成分檢測(cè)，滿足材料組成(wt% ) :C 0. 52 0. 75，B :1. 5 2. 5，Si 0. 5 1. 2，Mn 0. 5 1. 5，Cr 0. 8 2. 0，S < 0. 05，P < 0. 05 時(shí)，即可做出爐準(zhǔn)備；出爐 溫度控制在1550°C左右，若澆鑄大型鑄件，出爐溫度可比1550°C略低；若澆鑄小型鑄件，出 爐溫度可比1550°C略高；c)將變質(zhì)劑在澆包底部，再將熔煉的合金液澆入澆包中，攪拌使變質(zhì)劑均勻分布 在合金液中；d)將經(jīng)過(guò)變質(zhì)處理的合金液澆鑄到置于交變電磁場(chǎng)作用下的鑄型中；e)開啟交變電磁場(chǎng)，對(duì)正在凝固的合金液進(jìn)行電磁攪拌；f)當(dāng)鑄件溫度低于1150°C時(shí)，關(guān)閉電磁場(chǎng)，進(jìn)行后處理首先將鑄件加熱到 900°C，然后按熱處理規(guī)范進(jìn)行水淬，最后在200°C回火2小時(shí)。所述鑄型應(yīng)當(dāng)采用散熱能力強(qiáng)的鑄型，以使材料能在相對(duì)大的過(guò)冷中凝固，增強(qiáng) 形核率，抑制晶界網(wǎng)狀組織的連續(xù)生長(zhǎng)能力。取試樣進(jìn)行性能測(cè)試，性能測(cè)試結(jié)果見表1所示。對(duì)照例1a)在中頻感應(yīng)爐中熔煉高硼Fe-B-C合金材料，原材料為廢鋼、硅鐵、錳鐵、鉻鐵、 生鐵和硼鐵，硼鐵在冶煉的最后階段加入；b)經(jīng)快速成分檢測(cè)，滿足材料組成(wt% ) :C 0. 20 0. 35，B :1. 0 1. 8，Si 0. 5 1. 2，Mn 0. 5 1. 5，Cr 0. 8 1. 6，S < 0. 05，P < 0. 05 時(shí)，即可做出爐準(zhǔn)備；出爐 溫度控制在1550°C左右，若澆鑄大型鑄件，出爐溫度可比1550°C略低；若澆鑄小型鑄件，出 爐溫度可比1550°C略高；c)將變質(zhì)劑放在澆包底部，再將熔煉的合金液澆入澆包中，攪拌使變質(zhì)劑均勻分 布在合金液中；d)將經(jīng)過(guò)變質(zhì)處理的合金液澆鑄到鑄型中進(jìn)行成型處理。將鑄件加熱到1000°C，按熱處理規(guī)范進(jìn)行水淬，然后在200°C回火2小時(shí)，取試樣 進(jìn)行性能測(cè)試，性能測(cè)試結(jié)果見表1所示。對(duì)照例2a)在中頻感應(yīng)爐中熔煉高硼Fe-B-C合金材料，原材料為廢鋼、硅鐵、錳鐵、鉻鐵、生鐵和硼鐵，硼鐵在冶煉的最后階段加入；b)經(jīng)快速成分檢測(cè)，滿足材料組成(wt% ) :C 0. 35 0. 52，B :1. 2 2. 0，Si 0. 5 1. 2，Mn 0. 5 1. 5，Cr 0. 8 2. 0，S < 0. 05，P < 0. 05 時(shí)，即可做出爐準(zhǔn)備；出爐 溫度控制在1550°C左右，若澆鑄大型鑄件，出爐溫度可比1550°C略低；若澆鑄小型鑄件，出 爐溫度可比1550°C略高；c)將變質(zhì)劑放在澆包底部，再將熔煉的合金液澆入澆包中，攪拌使變質(zhì)劑均勻分 布在合金液中；d)將經(jīng)過(guò)變質(zhì)處理的合金液澆鑄到鑄型中進(jìn)行成型處理。將鑄件加熱到920°C，按熱處理規(guī)范進(jìn)行水淬，然后在200°C回火2小時(shí)，取試樣進(jìn) 行性能測(cè)試，性能測(cè)試結(jié)果見表1所示。對(duì)照例3a)在中頻感應(yīng)爐中熔煉高硼Fe-B-C合金材料，原材料為廢鋼、硅鐵、錳鐵、鉻鐵、 生鐵和硼鐵，硼鐵在冶煉的最后階段加入；b)經(jīng)快速成分檢測(cè)，滿足材料組成(wt% ) :C 0. 52 0. 75，B :1. 5 2. 5，Si 0. 5 1. 2，Mn 0. 5 1. 5，Cr 0. 8 2. 0，S < 0. 05，P < 0. 05 時(shí)，即可做出爐準(zhǔn)備；出爐 溫度控制在1550°C左右，若澆鑄大型鑄件，出爐溫度可比1550°C略低；若澆鑄小型鑄件，出 爐溫度可比1550°C略高；c)將變質(zhì)劑放在澆包底部，再將熔煉的合金液澆入澆包中，攪拌使變質(zhì)劑均勻分 布在合金液中；d)將經(jīng)過(guò)變質(zhì)處理的合金液澆鑄到鑄型中進(jìn)行成型處理。將鑄件加熱到900°C，按熱處理規(guī)范進(jìn)行風(fēng)淬，然后在200°C回火兩個(gè)小時(shí)，取試 樣進(jìn)行性能測(cè)試，性能測(cè)試結(jié)果見表1所示。表1性能測(cè)試數(shù)據(jù) 由表1的測(cè)試數(shù)據(jù)可見本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，可實(shí)現(xiàn)在材料硬度保持不變或 略有提高的情況下，大大提高材料的沖擊韌性，以致制備得到具有優(yōu)異強(qiáng)韌耐磨性的高硼 Fe-B-C合金鋼。
權(quán)利要求
一種強(qiáng)韌耐磨高硼鋼的制備方法，其特征在于，包括如下具體步驟a)在中頻感應(yīng)爐中熔煉高硼Fe-B-C合金材料；b)將變質(zhì)劑和熔煉的合金液加到澆包中，攪拌使變質(zhì)劑均勻分布在合金液中；c)將經(jīng)過(guò)變質(zhì)處理的合金液澆鑄到置于交變電磁場(chǎng)作用下的鑄型中；d)開啟交變電磁場(chǎng)，對(duì)正在凝固的合金液進(jìn)行電磁攪拌；e)當(dāng)鑄件凝固，關(guān)閉電磁場(chǎng)，進(jìn)行后處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的強(qiáng)韌耐磨高硼鋼的制備方法，其特征在于，所述高硼Fe-B-C 合金材料的組成為C 0. 20 0. 75wt%,B :1. 0 2. 5wt%,Si 0. 5 1. 2wt%,Mn 0. 5 1. 5wt%, Cr 0. 8 2. Owt%, S < 0. 05wt%, P < 0. 05wt%，余量為 Fe。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的強(qiáng)韌耐磨高硼鋼的制備方法，其特征在于，當(dāng)高硼Fe-B-C合 金材料組成中的C < 0. 35襯％時(shí)，鑄件的后處理過(guò)程是首先將鑄件加熱到1000°C，然后按 熱處理規(guī)范進(jìn)行水淬，最后在200°C回火。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的強(qiáng)韌耐磨高硼鋼的制備方法，其特征在于，當(dāng)高硼Fe-B-C合 金材料組成中的C = 0. 35 0. 52襯％時(shí)，鑄件的后處理過(guò)程是首先將鑄件加熱到920°C， 然后按熱處理規(guī)范進(jìn)行油淬，最后在20(TC回火。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的強(qiáng)韌耐磨高硼鋼的制備方法，其特征在于，當(dāng)高硼Fe-B-C合 金材料組成中的C > 0. 52wt %時(shí)，鑄件的后處理過(guò)程是首先將鑄件加熱到900°C，然后按熱 處理規(guī)范進(jìn)行風(fēng)淬，最后在200°C回火。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種強(qiáng)韌耐磨高硼鋼的制備方法，是首先對(duì)合金液進(jìn)行變質(zhì)處理，再在電磁攪拌下進(jìn)行澆鑄成型。本發(fā)明通過(guò)變質(zhì)處理和在電磁攪拌下進(jìn)行澆鑄成型的復(fù)合處理，可以獲得晶粒非常細(xì)化的組織，可將現(xiàn)有技術(shù)難以消除的晶界連續(xù)分布的Fe2B共晶組織進(jìn)一步擊碎，使網(wǎng)狀的Fe2B相的連續(xù)分布被中斷，F(xiàn)e2B相均勻彌散分布在基體中，從而實(shí)現(xiàn)了在材料硬度保持不變或略有提高的情況下，大大提高了材料的沖擊韌性，制得了具有優(yōu)異的強(qiáng)韌耐磨性的高硼Fe-B-C合金材料，成功地消除了高硼Fe-B-C合金所存在的“硼脆”現(xiàn)象。
文檔編號(hào)B22D1/00GK101851729SQ20101015936
公開日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2010年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月27日
發(fā)明者徐培全, 李培耀, 言智, 鄧沛然, 馬春偉 申請(qǐng)人:上海工程技術(shù)大學(xué)