[发明专利]粉末冶金耐磨材料，其制备方法和用途

说明书

本发明涉及粉末冶金耐磨材料，其制备方法和用途。特别针对适合于制造碎石机磨损部件的耐磨材料。

碎石机磨损部件在碎石造成的强烈磨损及动态表面压力下使用。在这里，石料是指矿石、矿物、待再生混凝土或其它相应材料，以及砾石。相应地，碎石机指圆锥、环动、颚式、辊式破碎机以及垂直或水平冲击锤式破碎机以及锤式破碎机。当待破碎石料微观上对材料面产生切削时，磨损即造成材料损耗。另外，磨损件表面受到由碎石时产生的表面压力引起的造成显微疲劳与开裂的力，这些力会导致严重的材料损失即磨损。由于显微疲劳与开裂产生的磨损很显著，特别是当作用于磨损部件的力很大而磨损件韧性又低时更是如此。

哈德菲尔德高锰钢是磨损件材料，其表面可因破碎机造成的表面压力而发生硬化。硬化表面的耐磨性比未硬化表面要好，而磨损件基体由于其奥氏体组织而仍保持塑性。哈德菲尔德高锰钢适合于要求高韧性及中等耐磨性的应用情况，不适合于用在破碎时造成的表面压力不产生表面硬化的情况下。

高铬铸铁，即所谓白口铁，富含碳化铬，主要分布在马氏体或奥氏体基体中。其耐磨性优良，但由于韧性低，主要在作用于磨损件上的力较小的情况下应用。用于某些碎石机，例如当用冲击锤式破碎机破碎大块石料时，缺乏耐磨但又有足够韧性的材料会导致强烈磨损及高的破碎成本。

现已发明一种根据权利要求1的材料，其特点是有良好耐磨性但同时又有足够的塑性以避免使用时磨损件的宏观开裂。根据本发明的材料以粉末冶金法生产，在温度和压力作用下将两种分别制备的粉末压实制成用于磨损件的致密材料。将具有不同性能的粉末相混合以得到良好塑性与耐磨性的结合，从而经压制后生产出所需性能匹配更加好的材料。致密材料的组织优选地由一种塑性奥氏体钢(面心立方结构)及一种主要为富含硬析出物如碳化物、氮化物及碳氮化物的马氏体组织所组成。

奥氏体组织比马氏体韧性好，它对于避免及阻止微观开裂是最好的，因而提供了一种开裂抗力更强的组织结构。因此，根据本发明的材料因其耐磨性更好，可用于受强作用力的磨损件而不会有开裂的危险。这在采用传统方法生产的材料如上文所述白口铁时是不可能的。

图示说明。

图1所示为压制组织的一例。该材料的压制是通过在1180℃的温度及110MPa压力下热等静压三小时，并在1100℃下退火三小时，随后进行水淬。预合金化粉末包括50体积百分比的哈德菲尔德高锰钢粉末(1.2重量百分比的C,11.0重量百分比的Mn,2.5重量百分比的Cr,0.4重量百分比的V，其余为铁及残留杂质)和50体积百分比高速钢粉末(1.3重量百分比的C,4.15重量百分比的Cr,4.95重量百分比的Mo,3.0重量百分比的V,6.4重量百分比的W，以及8.4重量百分比的Co，其余为铁及残留杂质)。

根据本发明的材料可包含两种以上不同粉末，但所用粉末中至少一种必须为铁基的、基本为奥氏体的粉末，用以改善韧性，一种为铁基的、包含碳化物、氮化物或碳氮化物的马氏体粉末，用以改善耐磨性。除不同粉末的体积百分比之外，还必须控制粉末的粒度分布以控制性能。

根据本发明的材料可包含几种不同的粉末混合物，或者除粉末混合物之外，一种或更多的分别制备的有均一成分的粉末，并部分或完全致密材料，从而形成所谓复合材料。这使得进一步提高材料与部件的耐磨性及冲击抗力成为可能。如果使用一种以上粉末混合物，不同的粉末混合物之间须用薄板或薄膜隔离。当采用致密或部分致密材料时，无须将其与粉末混合物隔开。

包含碳化物、氮化物及碳氮化物的铁基马氏体粉末必须含有足够的诸如铬或钼等的合金元素，以便获得足够的可硬化性并在热处理后得到主要为马氏体的组织。

除马氏体和析出物这外，粉末还可包含少量奥氏体。通过以适当比例的铬、钼和钒等还有碳和氮对该粉末进行充分的合金化，就可在组织中引入碳化物、氮化物及碳氮化物等以改善耐磨性。含析出物的马氏体粉末应含有形成碳化物、氮化物及碳氮化物的合金元素。其含量至少为8重量百分比，最优选为从10至20重量百分比，以及碳和氮至少0.8重量百分比，最优选为从1.8至3.6重量百分比。氮可在雾化前加入熔融金属中，通过在气体雾化时使用氮作为雾化气体。或是通过氮化金属粉以固态形式加入。形成析出物的合金元素的含量应根据各工件的耐磨性要求来选择。