[发明专利]一种高抗磨稀土钛合金材料及其热处理方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种钛合金材料，尤其是涉及一种高抗磨稀土钛合金材料及其热处理方法，属于金属耐磨材料技术领域。

(二)背景技术

磨损是工件失效的主要形式之一，会造成能源和原材料的大量消耗，据不完全统计，能源的1/3～1/2消耗于各种生产过程的摩擦与磨损。冶金、电力、水泥、矿山等行业广泛使用各种耐磨件，因其磨损条件恶劣，对耐磨材料的要求提出了很大的考验。目前采矿、冶金、水泥、电力等行业中耐磨件的材质大都采用普通高锰钢或中低合金钢，其具有较高的冲击韧性，但其硬度较低，耐磨性能并不是太好，耐磨件的使用寿命偏低。

(三)发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种高抗磨稀土钛合金材料及其热处理方法，能够有效地解决目前采矿、冶金、水泥、电力等行业中耐磨件耐磨性能差，使用寿命偏低的问题。

本发明的目的是这样实现的：

一种高抗磨稀土钛合金材料，其特点是：所述钛合金材料各合金元素重量百分比构成如下：C 0.35～0.5％、Cr 4.5～5.5％、Ni 0.3～0.8％、Mo0.3～0.8％、Ti 0.2～0.5％、Si 0.5～1.0％、Mn 0.6～1.2％、P≤0.035％、S≤0.035％、Y 0.3～0.5％、Fe余量，各组分重量百分比之和为100％。

本发明的设计依据如下：

碳(C)：碳是合金中的主要元素，碳在金属组织中扩大Y相区，降低Ms点，提高淬透性，含碳量增加，材料硬度和强度会提高，但塑性和冲击韧性降低，含碳量降低，韧性会增加，但耐磨性能会不够，为了获得一定的冲击韧性又具有足够的硬度和强度，选择C含量为0.35～0.5％。

铬(Cr)：铬是本合金材料的主要元素，它能固溶于铁素体中产生固溶强化效应，且铬具有较高的回火抗力，使厚截面硬度均匀，与Si和Mn合理搭配可大幅度提高淬透性和耐磨性，选择Cr含量为4.5～5.5％。

镍(Ni)：加入镍元素可提高合金的稳定性、韧性和淬透性，镍与钼、铬等元素共同作用，使得合金对温度的敏感性减少，也具有一定的耐蚀性，选择Ni含量为0.3～0.8％。

钼(Mo)：加入少量的钼元素能提高合金的淬透性，提高合金的抗晶间腐蚀能力，也有一定的耐磨性能，选择Mo含量为0.3～0.8％。

钛(Ti)：钛元素能细化晶粒，消除柱状晶，提高合金材质的力学性能和耐磨性，选择Ti含量为0.2～0.5％。

锰(Mn)：锰能提高淬透性，但Mn是过热敏感元素，加热温度高会引起晶粒粗大，增加回火脆性，增加残余奥氏体量，对耐磨性能不利，选择Mn含量为0.6～1.2％。

硅(Si)：硅固溶在铁素体中提高钢的屈服强度、屈服比和硬度，当硅含量＜1.0％时不会降低韧性，但当硅含量＞1.5％时，韧性会降低，会增加回火脆性，选择Si含量为0.5～1.0％。

磷(P)：磷是合金中不能除尽得有害杂质，易引起冷脆，故应严格控制P含量≤0.035％。

硫(S)：硫是合金中不能除尽得有害杂质，易引起热脆，故应严格控制S含量≤0.035％。

钇(Y)：稀土元素钇加入合金中能起到精炼、脱硫，中和低熔点有害杂质的作用，与Ti和Si合理搭配可细化和钝化晶体中粗大颗粒，合金的微观组织也更加均匀，能够大幅提高合金的硬度，增加耐磨性能，选择Y含量为0.3～0.5％。

本发明一种高抗磨稀土钛合金材料，其热处理方法包括以下工艺过程：

(1)正火：将工件匀称装炉，匀速升温2小时至550℃±20℃，保温2小时，然后升温至750℃±20℃，保温2.5小时，然后再升温至960℃±20℃，保温3小时出炉空冷，通过上述正火处理可以改善材料的切削性能，消除内应力；

(2)淬火：将正火后的工件匀称装炉，匀速升温2小时至430℃±20℃，保温2小时，然后升温到630℃±20℃，保温2小时，然后升温至960℃±20℃，保温3小时，然后将工件调出在水池中快速冷却3分钟，再将工件调至油池中冷却5分钟，待工件冷却温度至100℃±10℃时吊出散开，待其自然冷却，通过上述淬火处理可以增加合金硬度，提高其耐磨性能；

(3)回火：将淬火后的工件匀称装炉，匀速升温至360℃±20℃，保温6小时后随炉冷却，通过上述回火处理可以降低合金的脆性，提高其冲击韧性。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明一种高抗磨稀土钛合金材料具有硬度高，耐磨性能好的优点，能够有效提高耐磨件的使用寿命。

(四)具体实施方式