[发明专利]一种改良的防磨损合金

说明书

分案申请

本发明是申请号为200480044720.2的发明专利申请的分案申请。原申请的申请日为2004年10月27日，申请号为200480044720.2，发明名称为“一种改良的防磨损合金”。

技术领域

本发明属于防磨损合金的技术领域，特别是一种适于部件表面硬化，也可进行成品直接浇铸，其断裂韧性得到改善的防磨损高含铬量的白口铁。

背景技术

含铬白口铁，特别是高铬白口铁，由于含有坚硬的M₇C₃碳化物，具有很强的防磨损性，这里M是Fe、Cr或Cr、Fe，但是根据成分也可能含有少量其他元素如Mn或Ni，这种防磨损高铬白口铁可能为亚共晶、共晶或过共晶状态。

亚共晶高铬白口铁的含碳量最高为3.0％。它的微观结构中含有存在于M₇C₃碳化物和奥氏体共晶混合体基体中的初生奥氏体树状晶。共晶白口铁的含碳量为3.0％－4.0％，其微观结构是M₇C₃碳化物和奥氏体的共晶混合体。过共晶白口铁的含碳量为3.5％－5.0％，其微观结构含有存在于M₇C₃碳化物和奥氏体共晶混合体基体中的初生M₇C₃碳化物。每种情况下，正是M₇C₃碳化物，作为共晶碳化物或初生碳化物，使这种合金具有防磨损特性。过共晶白口铁与亚共晶白口铁相比含有更多坚硬防磨损的M₇C₃碳化物，因此经常成为进行硬化焊敷的首选合金。然而，过共晶白口铁一般不适于浇铸，原因是冷却时产生的裂纹导致应力产生。

一般来说，如果提高过共晶高铬白口铁的防磨损特性，它的断裂韧性就会随之降低。高铬白铸铁广泛地应用于防磨损性能要求高而断裂韧性相对要求较低的采矿及矿产加工业。然而，其他的应用要求材料具有较高的断裂韧性，这就意味着过共晶白口铁不能应用在这些场合，为解决这个问题，人们已经做了不同的尝试。

澳大利亚专利AU-A-28865/84的背景技术主要涉及有亚共晶和过共晶混合物的高铬白口铁，它描述了多次失败的试验，试图制成适于铸造的兼具防磨损性和断裂韧性的过共晶白口铁合金，AU-A-28865/84同时也描述了几次试验，试图制成兼具防磨损性和断裂韧性的亚共晶合成物以及适于硬化焊敷的合金。然而，AU-A-28865/84实际上主要通过铸造混合成形解决了铸铁混合物的裂纹问题，也就是将一种特定合金与基体进行冶金结合，然后在合金冷却时消除出现裂纹的可能性，最后形成铸铁混合物。确实，AU-A-28865/84试图通过保证铸铁混合物中的主要成分为截面尺寸不大于75微米的M₇C₃碳化物来解决含碳量大于4.0％的过共晶铸铁的低断裂韧性和裂纹问题，还建议多种机制来做这种尝试。这样，AU-A-28865/84目的是通过形成混合成分和限制合金中主要成分M₇C₃碳化物的尺寸来解决问题。

美国专利5,803,152企图精炼过共晶白口铁的微结构，尤其是厚的过共晶白口铁的微结构，使主要成分碳化物的成核量达到最大，以此增加材料的断裂韧性和防磨损性。精炼就是在熔化的金属流体进行浇铸的倾倒过程中加入一种特殊的金属，这种金属将从中吸收热量，并对熔化金属进行过冷却，从而使其进入液态和固态温度之间的初凝固状态。

与以前尝试提高表面硬化合金的断裂韧性一样，美国专利6,375,895指出，尽管事先作了预防措施，但很多在先技术中，表面硬化的高铬白口铁在焊接状态下总是有或多或少的稠密的裂纹网出现。美国专利6,375,895提出，软化的奥氏体基体(约300BHN～600BHN)中初生碳化物(约1700布氏硬度(BHN))的硬度达到一定程度后会导致金属从熔融态冷却时出现收缩裂纹。美国专利6,375,895的解决办法是采用一种特殊的合金混合物，在表面硬化前预加热混合物的基体，然后冷却整个混合物，这可以保证微结构中始终有马氏体存在并且整个合金硬度保持一致(约455BHN～512BHN)。

本发明的目的是提供一种适于铸造并可作为无裂纹硬质合金使用的防磨损高铬白口铁。这种高铬白口铁进行铸造时不需要生成混合成分也不需要复杂的铸造技术，同时，进行表面硬化时，也不需要进行昂贵的预加热处理。