[发明专利]一种无铬中锰高硼铁基耐磨合金及其制备方法

说明书

一种无铬中锰高硼铁基耐磨合金及其制备方法。技术方案是：所述高硼铁基耐磨合金的化学成分是：B为1.5～3.0wt％；C为0.2～0.6wt％；Al为0.8～1.2wt％；Si为0.7～1.4wt％；Mn为4.0～10.0wt％；Ti为0.3～0.5wt％；Ce为0.4～0.6wt％；Mg为0.4～0.6wt％；S﹤0.03wt％；P﹤0.04wt％；余量为Fe和不可避免的杂质。先将废钢、生铁、硼铁、硅铁、锰铁、钛铁、稀土镁硅合金、稀土硅铁合金和增碳剂按高硼铁基耐磨合金的化学成分进行配料，再将钛铁、稀土镁硅合金和稀土硅铁合金预置在浇包包底，然后将由其他配料冶炼的钢液浇入浇包，采用砂模或铁模浇铸成形，冷却，进行Mn配分热处理，制得无铬中锰高硼铁基耐磨合金。本发明所制制品的成本低、硬度高和韧性好。

技术领域

本发明属于高硼铁基耐磨合金技术领域。具体涉及一种无铬中锰高硼铁基耐磨合金及其制备方法。

背景技术

材料破坏有三种主要形式：断裂、腐蚀和磨损。尽管磨损不像另外两种形式引起金属工件灾难性的危害，但其造成的经济损失却是相当惊人的。失效的机械零件中约有75～80％源于金属磨损，而磨损导致的失效不仅影响机器设备使用效能的发挥和耐用性，而且消耗大量人力、物力以更换配件和维修设备，造成巨大的经济损失。为此，人们研发了各类耐磨材料，高硼铁基耐磨合金是其中的一类。高硼铁基耐磨合金相比于其他钢铁基耐磨材料，有两个突出优点：一是由于不含有大量Ni、Cr、Cu、Mo、W和V等贵重合金元素，成本低；二是合金中硬质相Fe₂B的显微硬度为HV1300～1600，与高铬铸铁合金中硬质相Cr₇C₃的显微硬度HV1200～1500相当或略高，耐磨性能好。这些优点已引起研究人员的广泛关注。

然而，由于Fe₂B脆性较大，且当硼含量较高时，形成网状结构，导致高硼铁基耐磨合金的冲击韧性降低，限制了高硼铁基耐磨合金在中、高冲击载荷工况下的应用。故现有技术多集中在改善硼化物脆性上：

一是改善硼化物本身的脆性。此类方法主要是通过添加Cr、Mo提高硼元素的固溶度，同时合金元素置换了Fe₂B中的部分铁原子，提高B-B之间键的结合力，从而降低Fe₂B硬质相的本质脆性，从而改善耐磨合金冲击韧性性能。如邓培凯等研究了不同铬含量对合金组织和性能的影响，(邓培凯等.铬对亚共晶Fe-C-B合金组织和力学性能的影响[J].材料热处理学报.2013.34(12):67-71)。

二是改善硼化物的网络状分布结构。此类方法是变质处理和高温热处理。师晓莉研究了单一变质剂和复合变质对高硼铁基耐磨合金性能的影响(师晓莉，Fe-Cr-B-C系高硼铁基合金硬质相形态控制及其对性能影响研究[D].昆明理工大学.2016:91-92)；何正员等通过高温热处理对硼化物的分步进行改进，促使网状Fe₂B断裂(何正员等，淬火温度对铸造Fe-0.61C-1.56B合金组织和性能的影响[J].金属热处理.2013.38(2):67-69)。

上述技术虽在一定程度上改进了材料的韧性，但由于添加大量的Cr元素，使得合金生产成本上升。同时这些研究局限在改善硼化物的分布和本质脆性上，合金的另一重要组成部分(基体)对韧性的贡献没有得到发挥。这导致目前高硼铁基耐磨合金的微观组织结构较为单一，在铸态情况下多为大量铁素体和少量珠光体组织，高温热处理后多为大量马氏体及少量奥氏体组织。这类以单一组元为主的基体结构，在受到冲击时，内部组织结构之间难以相互协调变形，韧性相对较低。

发明内容

本发明旨在克服破现有技术缺陷，目的在于提供一种低成本、高硬度和韧性好无铬中锰高硼铁基耐磨合金及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：