[发明专利]二次合金化制备高硬度高强韧性铁基耐磨材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及粉末冶金技术领域，特别涉及二次合金化制备高硬度高强韧性铁基耐磨材料。

背景技术

在冲击接触摩擦磨损工况条件下使用的耐磨结构材料，一直以来未见有关使用铁基粉末冶金耐磨材料的报道。例如，在GB/T14667.1-93国家标准“粉末冶金铁基结构材料”中，无论强度和冲击韧性都高的牌号和都低的牌号，其硬度值都很低，不属于耐磨材料之类。由郭庚辰主编于2003年化学工业出版社发行的《液相烧结粉末冶金材料》一书中，第六章“铁基粉末冶金的液相烧结”里，也未找到有关制备高硬度高强韧性粉末冶金铁基耐磨材料有价值的参考依据。在美国MPIF“粉末冶金结构零件标准”——2007年版中也未见有关类似的铁基耐磨材料。此外，也检索了近几年来在有关期刊和杂志上发表的论文，如2011年4月《材料科学与工艺》第19卷第2期“高合金铁基粉末冶金材料摩擦磨损性能的研究”一文中，其设计的高合金铁基材料硬度HRC50.5和抗弯强度663MPa也不适合强冲击摩擦磨损的工况条件要求。《粉末冶金工业》1999年第19卷第3期“TiC复合添加剂对铁基粉末冶金材料力学性能影响的研究”，《西安交通大学学报》2011年第35卷第9期“不同温度下铁基粉末冶金材料的冲击磨损规律”,《机械工程材料》2012年第36卷第5期“新型碳化物颗粒增强铁基粉末冶金材料的组织与性能”等文献中，都未见有高硬度高强韧性铁基粉末冶金耐磨材料的报道。这是背景技术之一。

背景技术之二是，本发明针对我国目前市场上正在使用的抗磨结构件需求的耐磨材料而研发。如破碎设备上使用的锷板、衬板、锤头和高速冲击模具等。特别是破碎设备上使用的耐磨结构材料为冶炼铸造件诸多，且大部分材质为高锰钢和高铬铸铁。由于冶炼铸造方法生产的耐磨件，不可避免的存在成分偏析、组织粗大、疏松、缩孔、气孔、裂纹和夹渣等缺陷，导致铸件断裂是常事。而且这些耐磨材料在国家标准中，回避了有关重要的性能指标。例如，在GB/T5680-2010“奥氏体高锰钢铸件”标准中，就回避了硬度这一重要性能指标。因此只能在其工作面上镶铸TM52钢结硬质合金才能使用。在GB/T8263-2010“抗磨白口铸件”的标准中，回避了强韧性性能指标。由于没有强韧性，它只能作为抗磨镶铸块使用。上述标准被回避的性能指标，是因为目前的熔炼铸造生产技术和工装设备无法达到或者不能得出一个理想值来表述。而采用粉末冶金方法生产的耐磨件，可以弥补这方面的不足，填补其空白。所以在上述背景技术条件下，利用粉末冶金方法发明了二次合金化制备高硬度高强韧性粉末冶金铁基耐磨材料。

背景技术之三是，本发明的原理是合金化理论，在此理论的指导下提出用二次合金化来满足粉末冶金方法生产铁基耐磨材料的要求。同时，也针对GB/T26652-2011“耐磨损复合材料铸件”中，镶铸硬质合金块价格昂贵，镶铸抗磨白口铸铁块硬度低(仅HRC56)等问题。而开发了本发明的二次合金化制备高硬度高强韧性粉末冶金铁基耐磨材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种二次合金化制备高硬度高强韧性铁基耐磨材料。如前所述，取代强韧性差、硬度低的镶铸抗磨白口铸件块，同时也实现用低成本的铁基耐磨材料取代或部分取代昂贵的钢结硬质合金。

本发明的技术方案是，提供一种二次合金化制备高硬度高强韧性铁基耐磨材料的方法，包括以下步骤：

第一次合金化(预合金化)：(1)将原料熔炼后，用水雾法制备合金粉末A，所述合金粉末A中各元素的质量百分含量为：Cr 18％～23％、Mo 0.8％～1.8％、Ni 0.6％～％1.5％、Ti 0.3％～0.8％、Si 0.4％～1.0％、V 0.6％～1.2％、C 2.4％～2.9％、Fe为余量；

第二次合金化：(2)将7～10质量份的粉末B与90～93质量份的合金粉末A球磨混料，加入成型剂，制成坯料，再经烧结得到所述铁基耐磨材料；

所述粉末B中各成分的质量百分含量为：Cu 12％～24％、Ni 12％～20％、Mo 9％～15％、Mn 6％～12％、TiC 15％～25％、Fe为余量。

进一步地，所述成型剂为橡胶溶液。

进一步地，所述合金粉末A的粒径小于75微米。

进一步地，所述粉末B中的TiC粉末的粒径小于0.5微米。

进一步地，所述粉末B中，Mn以MnFe中间合金粉的形式加入。