[发明专利]一种含钒高硼高铬耐磨合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属耐磨材料技术领域，主要涉及一种含钒高硼高铬耐磨合金及其制备方法。 

背景技术

材料的磨损是冶金矿山、建材水泥、建设机械和火力发电等行业造成设备失效和材料破坏的一个重要原因，也是造成经济损失最多的原因之一，因此研究和开发生产工艺简单、生产成本低廉、强度、硬度高、韧性、耐磨性好的新型耐磨材料，对于减少金属材料的磨损无疑具有十分重要的意义。 

目前广泛应用的耐磨材料主要有三大类：1、锰系耐磨合金钢，以高锰钢为代表；2、低、中合金耐磨钢；3、耐磨铸铁，以高铬铸铁为代表。 高锰钢由于它必须在冲击大、应力高的条件下才能产生加工硬化而变得耐磨，因此高锰钢在许多领域的用途受到了一定的限制。低、中合金钢由单一的锰系、铬系、锰铬系发展成为复杂的硅-锰-钼-铬-镍的多元复合系，该材料具有良好的冲击韧性，在低的冲击载荷下性能优于高锰钢，但存在淬透性和淬硬性不足的问题，因此，耐磨性能较低。高铬铸铁是目前广泛应用耐磨性最优异的材料之一，由于其采用高硬度的碳化物作为硬质相，从而具有良好的耐磨性能，但该材料存在脆性较大，使用过程中易剥落，高温热处理后易开裂等缺点，因此在载荷较大和使用条件苛刻的髙应力下使用时仍然存在耐磨性能的不足。 

实践证明，高钒耐磨合金的韧性比高铬铸铁高，耐磨性是高铬铸铁的3倍以上，裂纹敏感性比高铬铸铁低，性能价格比也高，具有广泛的推广应用前景，势必替代高铬铸铁，成为新一代高耐磨材料的主流。该合金可大大提高耐磨部件的使用寿命和主机运行效率，完全可替代各种用于磨料磨损工况的耐磨铸铁类材料。用高钒耐磨合金制造的破碎机锤头、轧钢机导轮、轧辊等，在工程机械、建材、矿山、电力等行业有着广泛应用，社会经济效益显著，对国民经济发展有重要促进作用。 

为了提高材料的耐磨性能，满足应用要求，近年来国内外开展了大量的研究，开发了一大批新型的高性能耐磨材料。中国发明专利CN1039267A公开了一种耐磨高铬铸铁，其具体化学成分（重量百分数）如下：2.9~3.2%C，1.2~2.0%Mo，18.0~20.0%Cr，4.0~5.0%V，0.4~0.8%Si，0.4~1.0%Mn，0.8~1.2%Cu，0.05~0.5%Re，S≤0.05%，P≤0.08%，其余为铁。由于V的加入，形成了高硬度的VC碳化物，提高了材质耐磨性，同时由于V的作用，使材质铸态基体组织基本为马氏体，可省去高温淬火处理，只需中温回火即可使用。但该材质的耐磨性能相对于高铬铸铁仅提高约30%，合金成本比高铬铸铁高，其性价比对高铬铸铁没有优势，市场推广应用困难。中国发明专利CN100415924C公开了一种含有颗粒状碳化物的高碳高速钢及其制备方法，其化学成分及其重量百分比为：C:1.5~3.0%，V：3.0~6.0%，W：4.0~8.0%，Mo：2.0~6.0%，Cr：4.0~8.0%，Nb：0~5.0%，Co：0~5.0%，RE：0.05~0.20%，Ti：0.1~0.3%，N：0.06~0.18%，Zn：0.01~0.05%，Mg：0.02~0.12%，Ni＜1.0%，Si＜2.0%，Mn＜2.0%，P＜0.05%，S＜0.05%，其余为Fe，其中2.5%≤Nb+Co≤5.0%。该材料由于加入大量的钨、钼、钴、钒等昂贵的合金元素，导致成本升高；同时还需要后续热处理，工艺复杂；该材料获得了马氏体基体和颗粒状碳化物，强度、韧性有了较大提高，但耐磨性能只比普通高碳高速钢提高30~60%。中国发明专利CN102978536A公开了一种高钒高速钢，其成分质量百分比为：2.4~3.0%C，5.0~6.0%V，4.0~5.5%Cr，4.0~6.0%Mo，0.5~1.0%Ni，1.0~2.0%Nb，0.4~1.0%Si，P＜0.04%，S＜0.04%，余量为铁。该发明采用高硬度的VC作为耐磨硬质相，其耐磨性能是高铬铸铁的3.4~4.6倍，由于该钢中碳含量高（2.4~3.0%C），韧性较低，在使用工况苛刻的条件下仍然不能满足要求。