[发明专利]一种Fe‑W‑Mo‑Cr‑B系耐磨耐蚀合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于合金材料技术领域，具体涉及一种Fe-W-Mo-Cr-B系耐磨耐蚀合金及其制备方法。

背景技术

钢基材料具有熔炼工艺简便，生产成本低廉等特点，受到了广大用户的青睐，但是，单一的钢铁材料硬度低，耐磨性差，使用寿命短。金属硼化物具有高熔点、高硬度、耐磨性、化学稳定性和耐磨蚀性能等优异的综合性能，是继金属碳化物和氮化物之外很具有应用前景的硬质耐磨材料。将金属硼化物引入钢基材料中，是改善钢基材料耐磨损性和耐腐蚀性的有效途径。

目前的研究主要是将硼元素加入低合金元素含量的Fe-C或Fe-Cr-C合金中，生成Fe₂B或(Fe，Cr)₃(B，C)等硼碳化物强化相，但其制备出的合金性能还是偏低，其宏观硬度最高只能达到66HRC，抗拉强度最高只能达到730Mpa，冲击韧性最高只能达到22J/cm²。而且根据检索，对于钢基材料而言，66HRC的宏观硬度已经是极限值，要想增加一个微小的数值都极其困难。

公开号为CN103643134A的中国发明专利公开了一种硼化物颗粒强化Fe-B-C合金及其制备方法，其化学组成及其质量分数是：0.28～0.50％C，0.8～1.8％B，0.3～0.5％Al，0.5～1.0％Si，0.6～1.0％Mn，1.2～1.5％Cr，S<0.04％，P<0.05％，余量Fe，最后形成的合金硬度最高只能达到61.7HRC，抗拉强度最多只能达到755Mpa，冲击韧性最多只能达到16.9J/cm²。公开号为CN104593700A的中国发明专利公开了一种原位合成硼碳化物颗粒增强钢基抗磨的复合材料，其成分及质量分数为：0.6-0.7％C，0.5-0.6％B，1.0-1.2％V，1.0-1.2％Nb，1.5-1.6％Cr，0.7-0.8％Zr，0.8-0.9％Na，0.4-0.5％Mg，2.4-2.5％Si，1.5-1.6％Te，Mn<0.5％，S<0.03％，P<0.04％，Fe余量，最后形成的合金硬度最高只能达到61HRC，冲击韧性最多只能达到21.9J/cm²。公开号为CN104975218A的中国发明专利公开了一种铸造含铬Fe-B合金及其制备方法，采用质量分数88～90％的Q235废钢、8～10％的氮化锰铁、1.2～1.5％的钛铁和0.5～0.8％的金属铝等原材料熔炼、铸造而成，最后形成的合金硬度最高只能达到65.7HRC，抗拉强度最多只能达到735Mpa，冲击韧性最多只能达到16.5J/cm²。

上述方法都仅是采用粉末冶金法或者制备局部增强钢铁复合材料，对于高铬、钼、钨合金含量的高硼钢及其制备还未见报道。

发明内容

本发明意在提供一种Fe-W-Mo-Cr-B系耐磨耐蚀合金及其制备方法，以解决现有钢铁合金硬度低、强度低、冲击韧性差的技术问题。

本发明提供的基础方案一，一种Fe-W-Mo-Cr-B系耐磨耐蚀合金，其各合金元素及其含量为：6.0-8.0％W，4.0-6.0％Mo，3.0-4.0％Cr，3.0-3.5％B，余量为Fe；合金的晶型为体心立方结构，其晶胞参数为

本发明中的Fe-W-Mo-Cr-B系耐磨耐蚀合金是以硼化铬、硼化钨和硼化钼等做为强化相，硼化铬、硼化钨和硼化钼相比于铁硼碳化合物而言，具有更好地耐磨性、化学稳定性和耐磨蚀性能。此外，钨硼化合物在高温环境下还可以原位生成自润滑相WO₃、B₂O₃，WO₃、B₂O₃具有优异的减磨耐磨性能。因此将铬、钼和钨的硼化物在钢铁中原位生成对增强钢铁的性能有较大的促进作用，再加上特定的配比，使得本发明的Fe-W-Mo-Cr-B系耐磨耐蚀合金中硼化物陶瓷颗粒与钢铁界面结合良好，颗粒增强相组织致密，体积百分数高，具有较高的硬度、强度和冲击韧性，实验证明，本发明Fe-W-Mo-Cr-B系耐磨耐蚀合金的硬度可突破66HRC的极限值，最高可达68HRC，而抗拉强度最高可达1250Mpa，冲击韧性最高可达26J/cm²。

优选方案一：基于基础方案一，其各合金元素及其含量为：7.6％W，4.9％Mo，3.5％Cr，3.2％B，余量为Fe。