[发明专利]一种碳酸锶变质增韧高硬度合金及其铸造方法

说明书

一种碳酸锶变质增韧高硬度合金及其铸造方法，合金各元素的含量为Cr：9.0～13.0，B：2.6～2.9，C：0.7～0.9，Nb：0.4～0.8，V：0.4～0.8，Mn的含量小于0.3，Sr：0.05～1.2，余量为Fe，C、B总量为3.3～3.6；C/Cr含量比：0.06～0.08；Nb、V的总量为0.5～1.0，首先准备好Fe‑碳酸锶粉末压块，将合金配料、熔炼与变质处理后浇铸合金。本发明铸锭平均硬度HRC68.0～71.5，冲击韧性达到11.4～15.6J/cm²，抗弯强度达到1118～1446MPa。

技术领域

本发明属于高硬度耐磨铸铁领域，涉及一种碳酸锶变质的微细硬质相和过饱和固溶体、马氏体基体相的耐磨耐蚀铸铁的合金及其构件制备方法，可广泛用于电力、冶金、机械、化工等行业中耐磨件制造。

技术背景

Fe-Cr-B-C耐磨铸造合金主要以Fe₂B或M₂B为硬质相，具有良好的韧性和高硬度、高耐蚀性，熔炼-铸造工艺性好，具有广阔前景。

变质处理是改善Fe-Cr-B-C合金组织和力学性能有效方法之一。变质剂按照作用可分为强碳、氮、硫化物形成元素，比如Ti、V等元素，和强成分过冷元素，比如表面活性元素稀土(RE)、Mg等。

稀土元素聚集在液固的生长界面上，限制晶粒长大，以提高合金的硬度、强度和耐磨性；并细化组织，使硼化物出现断网状和颗粒状分布，提高冲击韧性。研究表明：在Fe-Cr-B-C合金中添加0.6％的铈(Ce)可使冲击韧性提高86.4％。添加1.0％(Ce+La)的混合变质剂到Fe-Cr-B合金中，合金的硬度由52HRC增大到70.2HRC，冲击韧性由3.36J/cm²提高到6.38J/cm²。

稀土变质可稀土合金或稀土丝的单一变质方法，也可采取复合变质处理，即以N、Ti、V、Mg、Si等元素和稀土的混合物作为变质剂。硅镁混合稀土变质剂最常见的是复合变质方法，有研究表明：Fe-Cr-B-C合金经RE-Si-Mg变质后冲击韧度比未变质前提高了72.2％；经RE-Ti变质并热处理后，冲击韧性提高了1.8倍；经RE-Mg变质冲击韧性提高34.6％；经RE-Ti-N变质后网状组织全部消失，韧性提高了133.3％；经RE-Mg-V-Ti变质处理后，冲击韧性达到15.6J/cm²；经RE-Ti-Si-V变质处理后，冲击韧性达到12J/cm²以上。

这些采用稀土变质的方法都有一个共同难点，即高活性的纯稀土、稀土合金或复合稀土材料。由于稀土的高活性，使得变质剂本身或变质处理后合金的组织、性能难以控制，变质效果难以保证。

文献1：LM阴极研究-发射原理与研究现状[D].北京工业大学，2001：pp44-50。碳化La₂O₃-Mo合金的化学平衡：

3Mo₂C(s)+La₂O₃(s)＝2La(s,l)+3CO(g)+6Mo

由于Mo₂C的作用，生成单质La的还原反应自由焓变化小了很多，从而反应产物La和CO的平衡分压也高了10几个数量级。当温度高于1673K时，即1400℃，CO分压低于E-9atm时，反应式会自动向右进行，即还原生成单质La。

专利文献2：授权公告号CN 105695884 B，制备的耐磨合金硬度为HRC66～70，冲击韧性4～9J/cm²。该类合金的硬度较高，但冲击韧性不足，强度指标较低，抗弯强度较低，在346～477MPa范围，限制了该合金应用于一些外部载荷大、需要耐冲击力作用的场合。

发明内容