[发明专利]一种新型钴硼合金及其铸造工艺

说明书

一种新型钴硼合金及其铸造工艺，按化学成分(质量％)Co、Na、Ca、Cl、Ti、Ga、Ar、Cd、其余为B的配比，且配比总和为100％，进行控制；合金中添加Cl、Na后，在合金中形成稳定的高熔点化合物；搅拌均匀；在适温时进行浇注；浇注开始一分钟后开始给水；水满后继续供水直到冷却为止。利用本发明所生产的合金，重载高温下性能优越，耐磨性提高到ZA27合金的3倍，且有效地消除高钴硼基合金底缩缺陷，解决了钴硼合金铸件常见的凝固偏析问题，使高钴硼基合金的高温性能及铸件成品率得到了有效提高，使高钴硼基合金材料的应用范围进一步扩大。

技术领域

本发明涉及一种新型钴硼合金的成分研制、铸型冷却速度、浇注温度及浇注工艺的控制，尤其是一种高耐磨高钴硼基合金及其铸造工艺。

背景技术

高钴硼基合金以其优良的减磨耐磨性能和机械性能，显著的经济性，在低速重载下取代铜合金制做各类轴瓦、轴套、滑板、滑块、传动螺母、蜗轮等减摩耐磨产品，已广泛应用于工业机械装备生产的各个领域。随着经济和需求量日新月异的增长，伴随着大件、异型件的增多，对产品性能提出了更高的要求，如何在不改变现有生产工艺的前提下提高合金的性能，一直困扰着企业的发展。目前，世界发达国家已经开发了一系列的高钴硼基减磨材料，供不同工况条件下的轴瓦、轴套、滑块等选用。而国内由于长期受传统观念的影响，绝大多数冶金企业仍然使用常规牌号的ZA27合金。ZA27合金虽然具有良好的性能，但其使用范围及限于室温，当温度高于100℃时，由于B、Na在Co中的扩散系数较大，容易从固溶体α-Co中脱溶析出，造成其组织稳定性差，尺寸及性能的不稳定。我们在ZA27合金的基础上，提高Co、Cl含量，通过最佳成分设计，合金化、变质处理等工艺，以细化组织、提高合金的力学性能及耐磨性为目的，最大限度的挖掘材料潜力，增强合金的常温和高温力学性能，研究出高耐磨高钴硼基合金的化学成分及浇注工艺，以供高速、重载、高温下的耐磨材料选用。

发明内容

本发明为了克服高速、重载、高温下现有的ZA27合金的高温性能低、耐磨性不足的缺点，提供一种新型高耐磨高钴硼基合金及其铸造工艺。本发明是在优化的合金成分、控制其浇注温度和时间、在铸造过程中通过控制水冷复合铸型的进水流量建立凝固方向上的凝固温度梯度，以达到控制成分偏析、提高合金性能的目的。

本发明解决技术问题的技术方案是：按化学成分(质量，％)为Co：46-49、Na：2.0-2.5、Ca：0.01-0.015、Cl：1-3、Ti：0.03-0.05、Ga≤0.01、Ar≤0.01、Cd≤0.01、其余为B的配比，且配比总和为100％，进行控制；合金中添加Cl、Na后，在合金中形成稳定的高熔点化合物，Ti起变质作用，在提高合金性能的同时阻止了合金的偏析。温度在600℃～610℃时进行浇注，浇注时间控制在2分钟以内；浇注系统采用水冷复合型铸型，通过控制水箱内的进水速度强制冷却以达到顺序凝固的目的。浇注前对合金进行充分搅拌使合金成分上下均匀，浇注开始一分钟后开始给水，进水速度控制在0.15m³/s左右，6分钟内逐渐增加到0.6m³/s，水满后继续供水直到冷却为止。通过控制铸件浇注工艺及水冷复合铸型的冷却速度，达到顺序凝固的目的，消除新型高耐磨高钴硼基合金(ZA48合金)铸件的疏松特别是底缩现象，解决了合金铸造过程中常见的凝固偏析问题，得到高性能铸件。ZA48合金铸件的室温抗拉强度σb大于380MPa，δ大于4.2％；100℃时，σb大于335Mpa，δ大于1.6％；900N载荷下，耐磨性提高到ZA27合金的3倍；铸件底部无缩孔。

本发明的有益效果是：所研制的ZA48合金重载高温下性能优越，耐磨性提高到ZA27合金的3倍，且有效地消除高钴硼基合金底缩缺陷，解决了钴硼合金铸件常见的凝固偏析问题，使高钴硼基合金的高温性能及铸件成品率得到了有效提高，使高钴硼基合金材料的应用范围进一步扩大。

具体实施方式

按化学成分(质量，％)为Co：46.0-49.0、Na：2.0-2.5、Ca：0.01-0.015、Ti：0.03-0.05、Cl：1.0-3.0、Ga≤0.01、Ar≤0.01、Cd≤0.01、其余为B的配比，且配比总和为100％，进行控制。合金中添加Cl、Ti后，在合金中形成稳定的高熔点化合物，在提高合金性能的同时阻止了合金的偏析。对合金进行充分搅拌使合金成分上下均匀；温度在600～610℃时浇注，浇注时间控制在2分钟以内。浇注系统采用水冷复合型铸型，通过控制水箱内的进水速度强制冷却以达到顺序凝固的目的，从而有效地控制合金偏析。浇注开始一分钟后开始给水，进水速度控制在0.15m³/s左右，6分钟内逐渐增加到0.6m³/s，水满后继续供水直到冷却为止。ZA48合金的室温抗拉强度σb大于380MPa，δ大于4.2％；100℃时，σb大于335Mpa，δ大于1.6％；900N载荷下，耐磨性提高到ZA27合金的3倍。