[发明专利]一种FeCrBC高硬度耐磨合金的铸造与热处理方法

说明书

一种Fe‑Cr‑B‑C高硬度耐磨合金的铸造与热处理方法，合金元素含量为Cr：9.0～13.0，B：2.6～2.9，C：0.7～0.9，Nb：0.4～0.8，V：0.4～0.8，Mn小于0.3，余量为Fe，C、B的总含量：3.3～3.6；C/Cr含量比：0.06～0.08；Nb、V的总含量：0.5～1.0。按元素含量配好原料，采用感应熔炼和铸造，熔炼温度1450～1500℃，浇铸温度1250～1300℃；将铸件加热保温后放入5～15％的盐水或碱水淬火冷却，回火处理。本发明制备的Fe‑Cr‑B‑C合金硬度为64～67HRC，冲击韧性7.8～10.2J/cm²，抗弯强度760MPa～1230MPa。

技术领域

本发明属于高硬度耐磨铸铁领域，涉及一种含超细硬质相和过饱和固溶体、马氏体基体相的耐磨耐蚀铸铁的合金及其构件制备方法，可广泛用于电力、冶金、机械、化工等行业中机械耐磨件制造。

技术背景

Fe-Cr-B-C耐磨铸造合金是以Fe₂B或M₂B硬质相为硬质相，具有良好的韧性和高硬度、高耐蚀性，熔炼-铸造工艺性好，具有十分广阔的应用前景。

专利文献1：(10)授权公告号CN 105695884 B，制备的耐磨合金硬度为 HRC66～70，冲击韧性4～9J/cm²。该方法在制备大尺寸规格(厚度大于30mm) 和形状复杂铸件时，会出现热应力裂纹，并且有硬度分布不均匀的现象。在大型雷蒙磨床、矿石破碎机、渣浆泵等设备中使用的磨球、衬板、锤头、齿板、过流件、叶轮等耐磨件，体积庞大，形状复杂，因此专利文献1所采用的工艺方法限制了该合金的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有高耐磨性、高耐蚀性Fe-Cr-B-C合金铸造及其热处理方法，该合金以Fe₂B或M₂B硬质相为硬质相，基体为多元过饱和固溶体、马氏体等非平衡相，具有良好的韧性和高硬度、高耐蚀性，熔炼、铸造与热处理工艺性好，具有十分广阔的应用前景。

本发明选用的高耐磨性、高耐蚀性Fe-Cr-B-C合金，含Fe、Cr、B、C、Nb、 V等元素的多元共晶合金，各元素的质量百分含量为Cr：9.0～13.0，B：2.6～2.9， C：0.7～0.9，Nb：0.4～0.8，V：0.4～0.8，Mn的含量小于0.3，Si的含量小于0.07， S、P：≤0.01，余量为Fe。其中C、B总和：3.3～3.6；C/Cr含量比：0.06～0.08； Nb、V的总和为0.5～1.0。

首先将铬铁、金属铬、硼铁、铌铁、钒铁和纯铁熔化，熔化温度高于1450～ 1500℃，使得纯铁和金属铬充分熔化；然后降低电炉功率，将熔体温度降至 1300～1350℃后，用配料总量0.1～0.15％的纯铝脱氧；继续保温约5～10分钟，待熔体温度为1250～1300℃时，迅速浇铸合金。

由于合金主要成分为Fe-Cr-B-C共晶，熔体的流动性很很好，因此可通过各种方法铸造成型，如通过普通砂型模铸造、熔模铸造或消失模铸造。

然后将铸件放入到箱式炉加热，加热温度为950～1050℃，保温时间为1～ 4h。加热升温速度不超过10℃/min。

保温结束后，快速将铸件入5～15％的盐水或碱水淬火冷却。冷却过程中应不断搅拌，淬火冷却时间≥30min。

为了避免发生热应力开裂，铸造完后开模温度要低于200℃，自然冷却。

淬火冷却完成后，在200～250℃回火处理2～4h,自然冷却。

经过上述淬火后，制备的Fe-Cr-B-C合金的硬度为64～67HRC，冲击韧性 7.8～10.2J/cm²，抗弯强度760MPa～1230MPa。