[发明专利]松土器齿合金材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及合金材料技术领域，具体涉及一种用于制备松土器齿的松土器齿合金材料及其制备方法。

背景技术

松土器齿(也可称松土器斗齿)是挖掘机斗齿的一种类型，其使用环境要求具备耐磨性好、强度高、韧性好，在工作过程中不断裂的性能。松土器齿的失效方式为磨损和断裂，磨损是正常失效，断裂是非正常失效，断裂是由于强度不足或冲击韧性太低引起。松土器一旦断裂就不能使用，需立即更换。现有市场上的松土器齿通过调查和客户反馈，由于工况条件恶劣，在工作过程中很容易发生断裂而失效的松土器齿不在少数。

而且，现有的松土器齿国外多采用锻造工艺，同样的松土器齿，其生产成本要高于铸造工艺成本。

发明内容

本发明针对现有技术的上述不足，提供一种强度高、耐磨性好，塑性和冲击韧性好，能够减少断裂，从而提高使用寿命的松土器齿合金材料。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种松土器齿合金材料(本发明简称为M-041)，该材料由以下重量百分比的各组分组成：C 0.20％～0.30％，Si0.80％～1.50％，Mn 0.80％～1.50％，Cr 1.20％～2.00％，Mo 0.20％～0.80％，Ni0.20％～0.80％，余量为铁。

作为优选，本发明的松土器齿合金材料，该材料由以下重量百分比的各组分组成：C 0.20％～0.26％，Si 1.00％～1.50％，Mn 0.80％～1.20％，Cr 1.30％～1.80％，Mo0.30％～0.50％，Ni 0.30％～0.60％，余量为铁。

作为最优选，本发明的松土器齿合金材料，该材料由以下重量百分比的各组分组成：C 0.23％，Si 1.25％，Mn 0.95％，Cr 1.60％，Mo 0.35％，Ni 0.50％，余量为铁。

碳：高的含碳量可以提高钢的强度、硬度和耐磨性，但当钢中含碳量大于0.30％时，淬火后不可避免地要出现较多的孪晶亚结构，这使钢的塑性和冲击韧性下降，并且有可能增加淬火裂纹倾向；钢中含碳量小于0.30％时，可以得到几乎全部板条状的低碳马氏体，不仅具有高的塑性和冲击韧性，而且还具有低的疲劳缺口敏感度。

特别对于在严寒地带工作的，并且在低温下要求高强度和高韧性的斗齿，采用低碳马氏体强化是很合适的。因为以往材料生产的松土器齿断裂的比例较大，分析认为是冲击韧性较低所造成，从提高钢的冲击韧性出发，选择较低的含碳量，控制0.20～0.30％范围。

合金元素：要提高松土器齿的强度，必须在低碳马氏体的基础上加入合金元素进行强化，这里首先考虑Si，Mn，Cr，Mo等4种元素。为了提高钢的冲击韧性，还必须加入Ni元素。

硅与锰：在淬火低温回火状态下，硅和锰对钢的强化作用比较明显；硅和锰含量0.8～1.5％时可增加钢的塑性；硅和锰配合的复合作用对提高钢冲击韧性有着很好的效果；

硅和镍一样能有效地阻止Fe3C的形核和长大，从而推迟回火脆性的发生，这就可以把钢的回火温度相应提高，这样，在保证高强度的同时可以进一步提高钢的塑性和韧性。

锰可显著提高钢的淬透性，但过量的锰易发生过热，增大奥氏体晶粒长大倾向，应适当控制。

铬、镍、钼：铬和钼可提高钢的淬透性，细化晶粒；铬可使钢的冲击韧性保持在较高水平，特别是铬、镍、钼多元合金共同配合下的作用更大；加入0.2～0.8％的钼对提高钢的冲击韧性有明显的效果；镍可改善钢的低温性能，是提高钢的冲击韧性效果最好的合金元素；镍还可使淬火低温回火钢的塑性随其含量的增加而不断增加。

本发明要解决的另一个技术问题是，还公开一种上述松土器齿材料的制备方法，具体制备步骤为：

(1)按照铸钢正常的熔炼工艺，首先按照配方比例将各组分熔化，然后将温度升至1600～1640℃，并加入铝脱氧捞渣后出炉，钢水浇注温度1520～1560℃，浇注完成后铸件经脱模、打磨清理后进行热处理；

(2)热处理：正火：将步骤(1)所得铸件加热至900～1000℃，保温1.5～2.5小时使得铸件热透，然后出炉在空气中冷却至室温；

淬火：将正火后的铸件进行淬火，淬火温度为880～1000℃，保温1.5～2.5小时使铸件热透，然后铸件出炉后放置于水中快速冷却至室温；

回火：将淬火后的铸件进行回火，回火处理的主要目的是消除应力，稳定组织，提高综合力学性能和耐磨性，回火加热温度为220～300℃，保温时间3～5小时后冷却至室温。

本发明的优点和有益效果：