一種高硬度的合金鋼錘頭材料及其制備方法
【專利摘要】一種高硬度的合金鋼錘頭材料，其含有的化學(xué)元素成分及其質(zhì)量百分比為：碳1.2-1.5、硅1.3-1.6、錳8.2-9.5、鉻3.7-4.1、鉬0.7-0.9、釩0.3-0.5、鈦0.6-0.8、硼1.0-1.2、釓0.18-0.23、Nb0.08-0.12、Sc0.04-0.06、S≤0.05、P≤0.05、余量為鐵。本發(fā)明是采用中錳鋼作為材質(zhì)，具有較好的韌性；同時，又因其含有硼、釓、Nb、Sc、鉬多種合金元素，具有高的硬度和耐磨性；本發(fā)明適用于非強烈沖擊的工作條件，其使用壽命與傳統(tǒng)的高錳鋼相比能提高2~3倍。本發(fā)明精煉劑用于鑄造生產(chǎn)，鑄件中的氣孔度降低1-2度，氧化夾雜物在2級左右。
【專利說明】一種高硬度的合金鋼錘頭材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及耐磨金屬材料領(lǐng)域，尤其涉及一種高硬度的合金鋼錘頭材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]錘頭材料的種類很多，最常用的是高錳鋼，最初是因其硬度和耐磨性都比較高，但是現(xiàn)在人們發(fā)現(xiàn)其實不然，有些場合高錳鋼錘頭并不耐磨，使用壽命短，究其原因，是高錳鋼要在大的沖擊力的情況下才能產(chǎn)生高硬度的表面硬化層，而沖擊力小的情況下不耐磨；還有中錳鋼錘頭，因其有較高的硬度和韌性，在沖擊力不太大的情況下較耐用，且有磁性；高鉻鑄鐵錘頭有優(yōu)良的耐磨性，但是韌性較差，易發(fā)生脆性斷裂。各種材料均不能達到最理想的效果，因此尋求合理的材料，開發(fā)簡單實用的工藝，在保證使用要求的前提下節(jié)省資源和能源，已成為耐磨材料領(lǐng)域的熱點和難點。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種高硬度的合金鋼錘頭材料及其制備方法，該合金材料具有強度高，耐磨性好、韌性好的優(yōu)點。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種高硬度的合金鋼錘頭材料，其特征在于:其含有的化學(xué)元素成分及其質(zhì)量百分比為:碳 1.2-1.5、硅 1.3-1.6、錳 8.2-9.5、鉻 3.7-4.1、鑰 0.7-0.9、釩 0.3-0.5、鈦 0.6-0.8、硼 1.0-1.2、釓 0.18-0.23、Nb0.08-0.12、Sc0.04-0.06、S ≤ 0.05、P≤ 0.05、余量為鐵。
[0005]所述的高硬度的合金鋼錘頭材料的生產(chǎn)方法，其特征在于:
(1)、準備生鐵與廢鐵按1:1-2比例作為鐵基質(zhì)來源，將生鐵加入投入爐中熔化，進行脫硫、脫氧、采用精煉劑一次精煉、添加合金成分進行合金化，再加入廢鐵熔化、加入精煉劑二次精煉、檢測并調(diào)整化學(xué)元素成分含量至合格、澆鑄、鑄后熱處理等；
(2)、合金化過程中向爐內(nèi)投入合金元素的批次順序為:(1)硅、釩、鉻；(2)錳、硼、Nb；
(3)其他剩余成分；各批次投入元素的時間間隔為24-27分鐘，投料后攪拌均勻。
[0006]所述的鑄后熱處理是:先由室溫以210_220°C /小時速率升溫至500-510°C，保溫60-70分鐘，再以210-220°C /小時速率升溫至700_710°C，再以180_190°C /小時速率降溫至600-610°C，再以210-220°C /小時速率升溫至940-950°C，保溫3-4小時；再以180-1900C /小時速率降溫至600-610°C，保溫50-60分鐘，再以180-190°C /小時速率降溫至490-500°C，保溫50-60分鐘；再以180-190°C /小時速率降溫至220_230°C，保溫2_3小時；再以210-220°C /小時速率升溫至330-350°C，再以170_180°C /小時速率降溫至220-230°C，再以210-220°C /小時速率升溫至530_550°C，保溫2_3小時，取出空冷即得。
[0007]所述的精煉劑由下列重量份的原料制成:工具鋼粉30-40、硫酸鈉2-3、硫酸鋁鉀1-2、二氧化硅3-4、BaC03 2-3、蛭石粉1_2、偏硅酸鈉1_2、沉淀法白炭黑3_4、玉石粉3_4、蒙脫石1-2 ;制備方法是將各原料混合，加熱至熔融狀態(tài)，然后，澆注入純凈水中激冷，再粉碎成100-200目粉末；將所得粉末加入相當于粉末重量2-3%的硅烷偶聯(lián)劑KH-550、1-2%的納米碳粉，混合均勻后，在8-15Mpa下壓制成坯，然后，在900-950°C下煅燒3_4小時，冷卻后，再粉碎成150-250目粉末，即得。
[0008]本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明是采用中錳鋼作為材質(zhì)，具有較好的韌性；同時，又因其含有硼、釓、Nb、Sc、鑰多種合金元素，具有高的硬度和耐磨性；本發(fā)明適用于非強烈沖擊的工作條件，其使用壽命與傳統(tǒng)的高錳鋼相比能提高2~3倍。本發(fā)明使用部分廢鐵作為原料，并經(jīng)過二次精煉，合理控制鑄后熱處理溫度，分批投放原料，使合金品質(zhì)更穩(wěn)定均一，提高綜合力學(xué)性能。本發(fā)明精煉劑用于鑄造生產(chǎn)，明顯提高成品率，特別是鑄件中的氣孔度降低1-2度，不會在鑄件表面產(chǎn)生氣孔，夾雜氧化物也明顯降低，氧化夾雜物在2級左右。
【具體實施方式】
[0009]一種高硬度的合金鋼錘頭材料，其含有的化學(xué)元素成分及其質(zhì)量百分比為:碳
1.2-1.5、硅 1.3-1.6、錳 8.2-9.5、鉻 3.7-4.1、鑰 0.7-0.9、釩 0.3-0.5、鈦 0.6-0.8、硼
1.0-1.2、釓 0.18-0.23、Nb0.08-0.12、Sc0.04-0.06、S ≤ 0.05、P ≤ 0.05、余量為鐵。
[0010]所述的高硬度的合金鋼錘頭材料的生產(chǎn)方法如下:
(1)、準備生鐵與廢鐵按1:1.5比例作為鐵基質(zhì)來源，將生鐵加入投入爐中熔化，進行脫硫、脫氧、采用精煉劑一次精煉、添加合金成分進行合金化，再加入廢鐵熔化、加入精煉劑二次精煉、檢測并調(diào)整化學(xué)元素成分含量至合格、澆鑄、鑄后熱處理等；
(2)、合金化過程中向爐內(nèi)投入合金元素的批次順序為:(1)硅、釩、鉻；(2)錳、硼、Nb；
(3)其他剩余成分；各批次投入元素的時間間隔為26分鐘，投料后攪拌均勻。
[0011]所述的鑄后熱處理是:先由室溫以215°C /小時速率升溫至505°C，保溫65分鐘，再以215°C /小時速率升溫至705°C，再以185°C /小時速率降溫至605°C，再以215°C /小時速率升溫至945°C，保溫3.5小時；再以185°C /小時速率降溫至605°C，保溫55分鐘，再以185°C /小時速率降溫至495°C，保溫55分鐘；再以185°C /小時速率降溫至225°C，保溫
2.5小時；再以215°C /小時速率升溫至340°C，再以175°C /小時速率降溫至225°C，再以215°C /小時速率升溫至540°C，保溫2.5小時，取出空冷即得。
[0012]所述的精煉劑由下列重量份(公斤)的原料制成:工具鋼粉35、硫酸鈉2.5、硫酸鋁鉀1.5、二氧化硅3.5、BaC03 2.5、蛭石粉1.5、偏硅酸鈉1.5、沉淀法白炭黑3.5、玉石粉
3.5、蒙脫石1.5 ;制備方法是將各原料混合，加熱至熔融狀態(tài)，然后，澆注入純凈水中激冷，再粉碎成160目粉末；將所得粉末加入相當于粉末重量2%的硅烷偶聯(lián)劑KH-550、2%的納米碳粉，混合均勻后，在12Mpa下壓制成坯，然后，在930°C下煅燒3.5小時，冷卻后，再粉碎成180目粉末，即得。
[0013]本發(fā)明的高硬度的合金鋼錘頭材料的機械性能為:拉伸強度1270MPa，屈服強度967MPa，延伸率12.5%，斷面收縮率26.5%，沖擊吸收功53J，沖擊韌性63/cm2，硬度290HB。
【權(quán)利要求】
1.一種高硬度的合金鋼錘頭材料，其特征在于:其含有的化學(xué)元素成分及其質(zhì)量百分比為:碳 1.2-1.5、硅 1.3-1.6、錳8.2-9.5、鉻3.7-4.1、鑰 0.7-0.9、釩0.3-0.5、鈦0.6-0.8、硼 1.0-1.2、釓 0.18-0.23、Nb0.08-0.12、Sc0.04-0.06、S ≤ 0.05、P ≤ 0.05、余量為鐵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高硬度的合金鋼錘頭材料的生產(chǎn)方法，其特征在于: (1)、準備生鐵與廢鐵按1:1-2比例作為鐵基質(zhì)來源，將生鐵加入投入爐中熔化，進行脫硫、脫氧、采用精煉劑一次精煉、添加合金成分進行合金化，再加入廢鐵熔化、加入精煉劑二次精煉、檢測并調(diào)整化學(xué)元素成分含量至合格、澆鑄、鑄后熱處理等； (2)、合金化過程中向爐內(nèi)投入合金元素的批次順序為:(1)硅、釩、鉻；(2)錳、硼、Nb；(3)其他剩余成分；各批次投入元素的時間間隔為24-27分鐘，投料后攪拌均勻。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高硬度的合金鋼錘頭材料的生產(chǎn)方法，其特征在于:所述的鑄后熱處理是:先由室溫以210-220V /小時速率升溫至500-510°C，保溫60-70分鐘，再以210-2200C /小時速率升溫至700-710°C，再以180_190°C /小時速率降溫至600_610°C，再以210-220°C /小時速率升溫至940-950°C，保溫3_4小時；再以180_190°C /小時速率降溫至600-610°C，保溫50-60分鐘，再以180-190°C /小時速率降溫至490-500°C，保溫50-60分鐘；再以180-190°C /小時速率降溫至220-230°C，保溫2-3小時；再以210-220°C /小時速率升溫至330-350°C，再以170-180°C /小時速率降溫至220-230°C，再以210_220°C /小時速率升溫至530-550°C，保溫2-3小時，取出空冷即得。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高硬度的合金鋼錘頭材料的生產(chǎn)方法，其特征在于:所述的精煉劑由下列重量份的原料制成:工具鋼粉30-40、硫酸鈉2-3、硫酸鋁鉀1-2、二氧化硅3-4、BaC03 2_3、蛭石粉1_2、偏硅酸鈉1_2、沉淀法白炭黑3_4、玉石粉3_4、蒙脫石1_2 ;制備方法是將各原料混合，加熱至熔融狀態(tài)，然后，澆注入純凈水中激冷，再粉碎成100-200目粉末；將所得粉末加入相當于粉末重量2_3%的硅烷偶聯(lián)劑ΚΗ_550、1_2%的納米碳粉，混合均勻后，在8-15Mpa下壓制成坯，然后，在900-950°C下煅燒3_4小時，冷卻后，再粉碎成150-250目粉末，即得。
【文檔編號】C22C33/04GK103627965SQ201310555650
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月11日
【發(fā)明者】章功國, 王涇文, 段宗銀, 李純金, 陳超, 王淑妍, 張少伍, 王曉芬, 謝勇 申請人:馬鞍山市恒毅機械制造有限公司