[发明专利]一种基于(V、Ti)C颗粒增强的铁基复合耐磨钢及其制造方法

说明书

本发明属于冶金领域，具体涉及高硬度高韧性耐磨钢及其制造方法。本发明公开了一种耐磨钢，所述耐磨钢的化学成分以百分比计(重量)由下列组份组成：C 2.0～3.0％，Mn 0.4～0.8％，Si 0.5～0.8％，Cr 3.0～5.0％，V 4.64～9.0％，Ti 0～4.36％，Mo 2.0～4.0％，Re 0.05～0.2％，P≤0.07％，S≤0.07％，余量为Fe及不可避免的杂质。本发明所得耐磨钢具有良好的冲击韧性和较高的硬度，可达到如下力学性能：硬度HRC≥65，抗拉强度σ_b≥1600Mpa，冲击韧性aKu≥60J/cm²，耐磨性是高铬铸铁(Cr26)的3～4倍，且克服了高铬铸铁脆性大、使用中易破碎和断裂的不足，生产成本较高铬铸铁低。

技术领域

本发明涉及钢铁材料加工技术领域，特别涉及一种基于(V、Ti)C颗粒增强的铁基复合耐磨钢及其制造方法。

背景技术

材料磨损造成的经济损失相当惊人，它损失了世界上1/3的一次能源。我国每年因磨损造成的经济损失占GDP的2％～7％，仅磨料磨损每年就要消耗300多万吨金属耐磨材料，且还以每年15％的速度在增长。故研制和使用高性能、高寿命耐磨材料，具有重大的经济意义。目前，耐磨材料归纳起来有以下几种：(1)奥氏体耐磨锰钢，以高韧性著称，原始组织为单相奥氏体或奥氏体加少量碳化物的组织，在强烈的冲击载荷或挤压载荷下，受力表面被加工硬化，硬度可从原始的200HB左右提高到500HB以上，而心部仍保持着良好的韧性。(2)铬系白口铸铁，组织为(Fe，Cr)₇C₃型碳化物和γ相，且主要靠(Fe，Cr)₇C₃碳化物提高耐磨性。(3)钢铁耐磨复合材料，是以钢为粘结金属，以难熔金属碳化物作陶瓷硬质相的结合材料，其组织特点是微细陶瓷硬质颗粒均匀分散于钢基体中，兼有陶瓷颗粒的硬度、耐磨性，以及钢的强度和韧性。目前我国仍将高锰钢作为主要耐磨材料，但在中、小冲击负荷下，由于以切削磨损为主，高铬白口铸铁尽管硬度高、耐磨性好，但存在脆性大和冲击负荷下使用安全性差以及生产成本高等不足。复合耐磨材料由于结合了各耐磨材料的优点，具有优异的耐磨性能，成为最近几年耐磨材料研究的重点。

为了提高颗粒增强材料的耐磨性，中国发明专利CN101886219A公开了一种颗粒增强耐磨钢复合材料及其制备方法。耐磨铸钢含有C 1.0～1.2％、Mn 15％～19％、V 2.0％～4.0％、Co 0.2％～0.4％、Si 0.02％～0.05％、Pr 0.03％～0.09％、Nd 0.05％～0.2％、Gd0.05％～0.1％、余量为Fe。本发明的颗粒增强耐磨钢复合材料主要是将C、Mn、Si、V、Co和铁的原料加入电炉熔化后(温度1590～1620℃)，倒入底部装有Pr、Nd和Gd的原料的包中，吹氩搅拌；当包内钢液温度达到1590℃时便浇铸成形，形成铸态颗粒增强耐磨钢复合材料，再将材料经1050～1080℃奥氏体化后水韧处理后，即制备而成。采用本工艺生产的耐磨钢工艺简单，成本较低，但是其耐磨性能还需要进一步提高。

中国CN200910218979.9公开了一种高锰钢基SiC颗粒表面复合材料的制备方法，该方法首先对SiC颗粒进行表面处理，然后制备消失模模样，并在消失模模样相应于零件的磨损面覆加SiC颗粒膏块，对处理后的模样按照常规消失模浇铸工艺进行造型、涂覆涂料，浇注时采取负压实型铸造工艺，选用高锰钢作为浇铸基体材料，并将浇铸温度控制在1350℃，浇注后空冷20min。铸型经冷却、脱型、清理后获得烧结较好的表面高锰钢基SiC颗粒复合层。本技术中采取外加SiC颗粒制备复合材料，必须进行预处理，工序复杂，也难以控制复合材料的质量。

中国专利CN103667850A公开了一种颗粒增强金属基复合材料的制备方法，先将增强颗粒与基体粉末置于球磨机中，使其能够混合均匀，然后将混合后粉末置于放电等离子烧结设备中在真空下进行烧结，将烧结后试样进行重熔，取出后即为颗粒增强金属基复合材料，本发明工艺较为复杂，且生产后的产品中容易出现气孔等缺陷。

发明内容