[发明专利]一种含硼化物的奥氏体-贝氏体耐磨合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于钢铁制备技术领域，具体涉及一种含硼化物的奥氏体-贝氏体耐磨合金及其制备方法。

背景技术

在追求高硬度的铁基耐磨材料方面，白口铸铁是一类常用的耐磨材料，其发展经历了普通白口铸铁、镍硬白口铸铁和高铬白口铸铁三个阶段，在磨料磨损工况条件下具有独特的优势。最早应用的普通白口铸铁，成分中不含或只含少量的合金元素，金相组织由珠光体和M₃C型共晶碳化物组成，存在硬度不高、韧性较差的缺点。镍硬白口铸铁的出现解决了普通白口铸铁的硬度问题，使基体在铸态时就能转变为马氏体，硬度有所提高，但是共晶碳化物种类和形态基本保持不变，其韧性几乎没有变化。高铬白口铸铁的发明是白口铸铁发展史上的一个飞跃。铬元素的加入，不但使共晶碳化物由M₃C转变成显微硬度更高的M₇C₃，而且碳化物的形态发生很大的变化，由连续网状分布转变成为断网状的独立分布。高铬白口铸铁具有较高的硬度和韧性。尽管如此，高铬白口铸铁仍是一类脆性材料，在应用过程中仍存在韧性储备不足的缺点。因此，高铬白口铸铁只能应用在冲击不高的工况条件，在冲击较高时，容易产生断裂或破碎失效。普通白口铸铁、镍硬白口铸铁和高铬白口铸铁都是以碳化物为耐磨相，碳化物几乎没有韧性，白口铸铁的韧性全部来自基体，其大小与碳化物数量、形态以及基体的性能相关，其中碳化物数量及形态起主要作用。白口铸铁韧性的提高需要形态良好的耐磨相和强韧性的基体，但以碳化物为耐磨相的白口铸铁难以同时满足这两点要求，所以其韧性的提高难以有大的突破。白口铸铁的发展似乎碰到了一个瓶颈，其发展需要新的思路来解决韧性的问题。

由于硼在铁中独特的作用，硼在铁中的溶解度极低（在700℃以下低于0.0004%），当加入的硼超过其溶解度时，会形成硼化物。硼化物具有较高的硬度（如Fe₂B的硬度可以达到HV1200~1600，与高铬白口铸铁中碳化物硬度相当），可以用来做为耐磨相。中国发明专利CN200410089538.0公布了一种高硼铸造铁基耐磨合金及其热处理方法，但由于这种合金中硼化物呈连续网状分布，导致其韧性较差，限制了其在工业生产中的应用。中国发明专利CN200610049096.6采用加入2.5~3.3wt%的FeTi30合金作为变质剂，提出了一种针对铸造高硼耐磨合金的一种韧化方法。 

而在追求高韧性的铁基耐磨材料方面，奥氏体高锰钢的应用最为广泛，具有高塑性、高韧性以及低裂纹扩展率等特性，是一种极好的耐冲击磨损材料，其高的韧性在目前耐磨合金中仍然是无以匹敌的。但是，高锰钢屈服强度低，初始硬度不高（<229HB），其耐磨特性只有在高冲击负荷的工作条件下才能表现出来。在低冲击负荷或低应力磨料磨损条件下，不能或不能完全加工硬化，其耐磨特性不能得到充分发挥，有时甚至低于普通碳钢。低、中合金耐磨钢是以硅、锰为基础，加入铬、钼以及其他微量元素而发展起来的，其合金系统由成分简单的单一锰系、硅系、铬系、铬锰系到成分复杂的铬-锰-硅-钼-其他微量元素的多元复合系统。低、中合金耐磨钢具有较好的强韧性，低、中冲击载荷下的耐磨性优于高锰钢，但存在淬透性和淬硬性低的不足，因此其耐磨性较低。奥氏体-贝氏体球墨铸铁（ADI）的研制成功，为铸铁冶金学领域带来了革命性的进步。受ADI的启发，国内外研究工作者开发了组织为贝氏体和残余奥氏体的耐磨合金材料，其综合力学性能比ADI更为优越，并且克服了ADI的固有缺点，具有优异的强韧化及高的耐磨性。中国发明专利CN99105704.X公布了一种高硅耐磨铸钢的制造方法，其成分配方是0.6~1.2%C，1.8~3.0%，0.4~0.6%Mn，0.2~0.5%Mo，P<0.04%，S<0.04%，通过在盐浴中进行等温淬火，可以获得比奥贝球铁更高的耐磨性和强韧性，可以用于中小冲击耐磨场合。针对普通高硅铸钢组织粗大，钢中非金属夹杂物导致性能恶化的缺点，中国发明专利CN200410089537.6提出了制造高强度、高韧性和高耐磨性的强韧高硅铸钢的方法，采用钇基重稀土、硼、钛、钒等合金元素对高硅铸钢进行复合变质处理，获得了可用于重载的高耐磨性合金。但高硅铸钢还存在硬度较低，在有冲击的磨粒磨损条件下使用时耐磨性不足。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备成本较低，以具有高热稳定性和高硬度特性的硼化物为耐磨硬质相和以无碳化物贝氏体和奥氏体双相组织为基体的耐磨合金及其制备方法。