[发明专利]一种高强耐磨高温合金及其制备方法

说明书

一种高强耐磨高温合金及其制备方法，合金成分按质量百分比满足如下范围要求：Fe：15～20％，Cr：14～20％，Ni：17～22％，Ti：2.0～4.0％，Al：8～12％，Cu：18～23％，Si：7～12％，Mn：3.0～5.0％，余量为Co；将配制的合金在熔炼成合金母液，然后采用电渣重熔工艺精炼，冷却，合金母液凝固成铸锭后冷却至室温；将铸锭取出，随后将铸锭在900℃下保温30min，最后冷却至室温，得到高强耐磨高温合金。本发明的合金可在铸态下使用，与传统的耐磨材料相比具有良好的焊接性能。此外，合金具有优异的抗腐蚀性能，且其硬度不低于800HV。

技术领域

本发明属高温用合金材料领域，具体涉及一种高强耐磨高温合金及其制备方法。

背景技术

磨损是金属材料三大失效形式之一，良好的耐磨材料往往要求具有优异的硬度及较好的韧性。目前常用的耐磨金属材料主要包括高铬铸铁、镍硬铸铁等，其主要特点是合金中含有较高的碳含量，以促进材料成型过程中具有高体积分数的大尺寸共晶碳化物形成。然而，较高的碳含量往往会造成材料焊接及加工困难，从而使其应用受到限制。此外，过高碳含量的添加会导致材料显著脆化，不利于耐磨性的进一步提高。

发明内容

本发明参考高熵合金设计理念，采用多元合金化制备成型耐磨材料。合金中无碳元素添加，而主要以固溶强化及细晶强化的方式使合金获得较高的硬度。此外，合金晶粒内部弥散分布尺寸细小的析出相，促进合金强度和硬度进一步提高。

为了实现以上发明目的，本发明所采用的技术方案为：

一种高强耐磨高温合金，合金成分按质量百分比满足如下范围要求：Fe：15～20％，Cr：14～20％，Ni：17～22％，Ti：2.0～4.0％，Al：8～12％，Cu：18～23％，Si：7～12％，Mn：3.0～5.0％，余量为Co。

一种高强耐磨高温合金的制备方法，包括以下步骤：

1)配制合金：合金成分按质量百分比满足如下范围要求：Fe：15～20％，Cr：14～20％，Ni：17～22％，Ti：2.0～4.0％，Al：8～12％，Cu：18～23％，Si：7～12％，Mn：3.0～5.0％，余量为Co；

2)熔炼：将配制的合金在熔炼成合金母液，然后采用电渣重熔工艺精炼，冷却，合金母液凝固成铸锭后且铸锭温度达到900℃前，控制冷却速率不超过15℃/min，在铸锭温度达到900℃后以超过10℃/min的冷却速度冷却至室温；

3)高温退火：将铸锭取出，随后将铸锭放入预先升温至900℃的热处理炉内保温30min，最后冷却至室温，得到高强耐磨高温合金。

本发明进一步的改进在于，熔炼在真空熔炼炉内进行。

本发明进一步的改进在于，熔炼时真空度不高于1.0×10^-4MPa。

本发明进一步的改进在于，步骤3)中将铸锭取出前向真空熔炼炉内通入氩气以破除真空熔炼炉腔内真空。

本发明进一步的改进在于，步骤3)中从合金母液凝固成铸锭开始至取出铸锭所用时间不超过15min。

本发明进一步的改进在于，步骤3)中以10℃/min的速率冷却至室温。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果：

本发明在FeCrNiCoAlCu高熵合金体系基础上加入Mn、Ti、Si等元素并进一步调整合金成分，最终得到合金成分。按本发明所述方法制备的合金具备优异的耐磨性能与抗腐蚀性能，同时具备良好的焊接及加工性能。合金中不含碳元素，基体具有FCC结构，晶粒尺寸细小，并有尺寸细小的析出相在晶粒内部均匀弥散分布。合金具备优良的抗腐蚀性能及耐磨性能，其硬度不低于800HV。本发明的合金适用于超临界及超超临界火电机组磨煤机磨辊，煤粉燃烧器等部件。