[发明专利]一种钨元素偏聚韧化合金及其铸造与热处理方法

说明书

一种钨元素偏聚韧化合金及其铸造与热处理方法，合金各元素的质量含量为Cr：9.0～13.0，B：2.6～2.9，C：0.7～0.9，W：1.5～2.8，Nb：0.4～0.8，V：0.4～0.8，Mn的含量小于0.3，Si的含量小于0.07，余量为Fe；其中C和B：3.3～3.6；C/Cr含量比：0.06～0.08；Nb和V：0.5～1.0。将原料在1540～1680℃熔化，再降至1300～1350℃，用纯铝脱氧；保温5～10分钟，在1250～1320℃浇铸合金。本发明铸锭平均硬度为HRC66.2～71.0，冲击韧性达到12.2～17.9J/cm²，抗弯强度达到1310～1615MPa。

技术领域

本发明属于高硬度耐磨铸铁领域，涉及一种难熔金属钨元素韧化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铸造、热处理方法，可广泛用于各行业的机械耐磨件制造。

技术背景

Fe-Cr-B-C耐磨铸造合金是以Fe₂B或M₂B硬质相为硬质相，具有良好的韧性和高硬度、高耐蚀性，熔炼-铸造工艺性好，具有十分广阔的应用前景。

专利文献1：授权公告号CN 105695884B，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，因此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。

并且，在制备大尺寸规格(厚度大于30mm)和形状复杂铸件时，会出现热应力裂纹，并且有硬度分布不均匀的现象。在大型雷蒙磨床、矿石破碎机、渣浆泵等设备中使用的磨球、衬板、锤头、齿板、过流件、叶轮等耐磨件，体积庞大，形状复杂，因此专利文献1所采用的工艺方法限制了该合金的应用。

文献2：共晶Fe-Cr-B-C合金的快冷组织与性能，铸造，2017，66(10):1053～ 1056。铸态Fe-Cr-B-C合金的快冷组织由马氏体+残余奥氏体基体和沿晶界连续网状分布的(Fe,Cr)₂(B,C)+(Fe,Cr)₂₃(B,C)₆硬质相组成。快冷组织基体相的显微硬度为800～880HV,硬质相显微硬度为1150～1400HV,宏观硬度为HRC68，冲击韧性达到13.6J/cm²；而经960℃×2h退火后，基体组织转变为铁素体和粒状渗碳体，硬质相(Fe,Cr)₂(B,C)和(Fe,Cr)₂₃(B,C)₆少量溶解，局部区域出现断网，出现新相(Fe,Cr)₃(B,C)，退火后基体相显微硬度为330～400HV，硬质相为850～ 1250HV，宏观硬度降低为HRC46，冲击韧性减少到3.4J/cm²。

文献2所得结果反映出基体相的硬度对该类材料的硬度和冲击韧性起重大作用；对比专利文献1，该类合金在冲击韧性等性能方面还有提升的可能。

发明内容

一种钨元素偏聚韧化合金及其铸造与热处理方法，该合金以Fe₂B或M₂B 为硬质相，添加W元素，在硬质相中偏聚形成SS相，抑制了硬质相晶粒长大，并阻碍硬质相形成连续网状结构；通过热处理，形成多元素过饱和固溶体、马氏体等非平衡相为基体组织。使得合金在保持高硬度的同时，韧性和强度得以大幅度提高，从而具有更广阔的应用前景。

本发明选用的高耐磨性、高耐蚀性Fe-Cr-B-C合金为基础合金，再添加1.2～2.5wt.％W元素。形成含Fe、Cr、B、C、Nb、V、W等元素的多元共晶合金，各元素的质量百分含量为Cr：9.0～13.0，B：2.6～2.9，C：0.7～0.9，W：1.2～ 2.5，Nb：0.4～0.8，V：0.4～0.8，Mn的含量小于0.3，杂质元素Si的含量小于0.07，S、P：≤0.01，余量为Fe。其中C、B总和：3.3～3.6；C/Cr含量比： 0.06～0.08；Nb、V的总和为0.5～1.0。