[发明专利]一种碳化物定向生长的耐磨钢铁的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料制备加工技术领域，尤其涉及一种碳化物定向生长的耐磨钢铁的制备方法。

背景技术

高效耐磨材料应用于冶金、矿山、水泥、电力、机械和煤炭等工业领域中，消耗量巨大，抗磨钢铁材料是目前耐磨材料中应用较为广泛的一种材料。抗磨钢铁材料中的碳化物对其抗磨性有显著影响。要求碳化物不仅具有高硬度，适当的韧性，而且其尺寸、形状和分布等因素也相当重要。碳化物的硬度和断裂韧性受不同合金元素含量的影响，也受晶体学取向关系的影响。碳化物的不同晶体取向和晶面的耐磨性是不同的。碳化物在耐磨钢铁中不同的取向进而影响钢铁材料整体的耐磨性。因此提出一种能够制备碳化物定向生长的耐磨钢铁的方法，对于耐磨钢铁材料性能的进一步提高和新型耐磨钢铁材料的开发是非常重要的。

定向凝固技术已经被广泛的用于合金的定向制备中，专利公告号为 CN103273043A的发明专利公布了一种电磁约束定向凝固技术制备纯铁/柱状晶高硅电工钢复合板坯。其采用电磁约束定向凝固技术，以板状柱状晶组织高硅电工钢为基体，以等轴晶组织纯铁为两侧面复合层，制备了一种纯铁/柱状晶高硅电工钢复合板坯，且柱状晶高硅电工钢侧面与纯铁之间达到了良好的冶金结合。

专利公告号为CN103031414A的发明专利公布了一种定向凝固制备汝铁硼磁性合金的方法，其采用等温热处理工艺和晶化退火工艺对定向凝固试样进行热处理，进而探索热处理工艺与定向凝固钕铁硼铸锭微观组织的对应关系，为制备高性能钕铁硼铸锭提供工艺指导。一种定向凝固钕铁硼磁性合金的制备方法，对钕铁硼磁性合金的热处理温度为1000～1100℃，保温9.5～10.5小时，在720～ 740℃晶化退火。

但是，对于合金材料的处理，不同的温度、压强和成分均会对制得的合金材料造成非常大的影响。上述方案，虽采用了定向凝固技术，但并不适用于碳化物定向生长的耐磨钢铁材料的制备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳化物定向生长的耐磨钢铁的制备方法，以制备出性能好的耐磨钢铁。

为了达到上述目的，本发明的基础方案提供一种碳化物定向生长的耐磨钢铁的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：首先，将石墨粉，高纯铁粉，合金粉末按照以下质量百分比进行称量配料：1％-6％石墨粉，6％-20％合金粉末，其余为高纯铁粉；然后，将配好的料放到球磨罐中球磨混料；

步骤二：将步骤一得到的混和粉末取出，用压片机将粉末压成柱形试样，将多根柱形试样叠放到一端闭口一端开口的石英管内；所述石英管的纯度至少为99.99％；

步骤三：将步骤二中放有柱形试样的石英管放到区域熔炼炉中，在真空状态下，感应线圈通电，由上而下对石英管进行加热，在温度为1400℃ -1600℃下进行熔炼。

步骤四：将凝固且冷却后的试样取出，打碎石英管，即得到所制备的耐磨钢铁材料。

本文所述的高纯铁粉是指纯度达到99％的铁粉。

进一步，所述合金粉末为铬、钼、钨、钒中的至少一种。

进一步，步骤一中，将石墨粉，高纯铁粉，合金粉末按照以下质量百分比进行称量配料：5.0％石墨粉，15％铬，77％高纯铁粉和3％钨。

进一步，步骤一中，将石墨粉、高纯铁粉、合金粉末按照以下质量百分比进行称量配料：4.5％石墨粉，76.5％高纯铁粉，10％钨，4％钼和5％铬。

进一步，步骤一中，将石墨粉、高纯铁粉、合金粉末按照以下质量百分比进行称量配料：2.8％石墨粉，76.5％高纯铁粉，5％钨，6％钼，4％铬和2％钒。

进一步，步骤一中球料比为10:1到15:1之间，研磨时间不少于两小时。

进一步，步骤二中压片机压力为1.2GPa-1.8GPa。

进一步，步骤二中高纯石英管内径为10mm，壁厚为3mm。

进一步，步骤三中区域熔炼炉的真空度为7-9Pa。

进一步，步骤三中感应线圈的加热功率在10-15kW，感应线圈下拉速度在 50-100mm/min。

本发明的有益效果是：

1、采用真空状态下进行，有效的保证熔炼过程中合金粉末和石墨粉不被氧化，确保最后所得到的钢铁样品元素含量准确。

2、石英管的纯度保证99.99％以上是为了保证1500℃时石英管不被融化，避免石英管的纯度而影响到耐磨钢铁。