[发明专利]一种VCp增强复合耐磨合金材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及耐磨合金材料领域，具体说是一种VC_p增强复合耐磨合金材料及其制备方法。

背景技术

目前在耐磨合金材料领域大都是应用具有马氏体或者贝氏体基体组织的耐磨材料或者除马氏体和贝氏体、残余奥氏体基体以外还具有颗粒增强相的第三代耐磨材料-高铬铸铁开发耐磨零部件，由于在高铬铸铁中还有高硬度的增强相Cr₇C₃，其碳化物显微硬度达到了HV1300～1600，故比前两代耐磨材料-白口铸铁和高锰钢性能有了较大幅度提升，硬度可以达到HRC60～65，但是由于其碳化物通常呈现长条形且比较粗大，故其冲击韧性一般都在3～6J/cm²之间，有些低于3J/cm²，普遍比较低，材料相对较脆，耐冲击性比较差，因而其综合耐磨性能仍然不是特别理想。

随着某些工程机械、矿山机械、冶金机械等工况恶劣化以及装备大型化，例如在制砂机设备、热轧辊等装备市场，对具有更高耐磨性的耐磨材料需求越来越迫切。在这种情况下，前人经过大量实验研究，开发了高钒高速钢耐磨材料来制造耐磨关键零部件，以满足在恶劣工况下提高工件实际使用寿命的服役要求。

国外己经研究开发了基于VC颗粒增强的复合耐磨合金材料，即高钒高速钢—第四代耐磨合金材料，由于VC颗粒具有高硬度（HV2600）、团球状形貌、弥散分布等诸多特征，使基于VC颗粒增强复合耐磨合金材料的耐磨性能和冲击韧性相比较于第三代耐磨合金材料—高铬铸铁（碳化物硬度、长条形、不规则分布）整体有了大幅度提升；并且成功应用于热轧轧辊、冷轧轧辊、粉磨机锤头、球磨机衬板等耐磨铸件。

在我国也已经起步研究开发基于VC颗粒增强的复合耐磨合金材料，并且成功地开始应用于热轧辊耐磨件。虽然目前使用铸造工艺开发基于VC的颗粒增强型复合耐磨合金材料的凝固特性、变质机理和热处理工艺特征等方面的研究基本趋于成熟。但是，VC_p增强复合耐磨合金材料仍有一些技术领域有待于突破，以促使其耐磨性能更加稳定可靠。

在VC_p增强复合耐磨合金材料中VC颗粒形态有很多种，有团球状、大块状、开花状、条状、杆状和蠕虫状等6种形态；其中边界比较圆滑的团球状初生相是最理想的形态，有利于性能提升。VC颗粒分布形式常有晶间分布、菊花状分布和均匀分布，其中均匀分布是最理想的分布状况，对性能十分有利。在实际应用中，通常采用特定的变质剂来控制VC_p颗粒的形态和分布。

目前，我国在高钒耐磨合金材料热处理方面研究并不少，大都是采用传统的淬火+回火热处理工艺，即加热到某一个奥氏体化温度，例如1050℃，进行奥氏体化，然后保温后直接风冷淬火，再在某一个温度下进行回火热处理，例如350℃、450℃等，以消除工件的残余应力，同时可以减少残余奥氏体数量。

现有技术的缺点有以下二点：

（1）在传统的淬火+回火热处理工艺条件下，残余奥氏体数量通常较少，并且其中残余奥氏体碳含量较低，在冲击应力应变作用下容易一次性转变为马氏体组织。

（2）在传统的淬火+回火热处理工艺条件下，对残余奥氏体含量及其室温稳定性的控制效果并不佳，导致复合材料的耐磨性能和冲击韧性波动较大，从而使复合材料的耐磨性能和冲击韧性稳定性较差。

发明内容

针对VC_p增强复合耐磨合金材料，由于碳化物具有高硬度及顆粒形貌较好而具有较好韧性，故它的耐磨粒磨损性能较高。但是，针对一些冲击相对稍高的应用场合，其冲击韧性和塑性还有不能完全满足其使用要求之处。所以，在具有较高冲击的场合，需要耐磨合金材料具有更高和更加稳定的冲击韧性和塑性，目前VC_p增强复合耐磨合金材料还不能完全满足这些使用场合的要求。因此，本发明需要解决VC_p增强复合耐磨合金材料在稍高冲击场合的韧性不足和韧性稳定性的问题。