一种高碳中铬耐磨铸铁及其制备方法

技术领域

本发明属于耐磨铸铁技术领域。尤其涉及一种高碳中铬耐磨铸铁及其制备方法。

背景技术

耐磨铸铁是指合金中的碳主要以碳化物形式存在的具有高硬度、高耐磨性能的铸铁。提高耐磨铸铁硬度的主要方法是提高基体的硬度，减少残留奥氏体、铁素体和贝氏体的数量。提高基体硬度的主要方法有增加C含量，进而增加马氏体的含量，增加合金碳化物的数量；减少残留奥氏体主要是提高马氏体转变量，亦即要将马氏体转变点M

为了增加合金碳化物的数量与硬度，主要的方式是进行Cr合金化。铬是强碳化物的形成元素，尤其是M

“一种中铬白口铸铁的热处理工艺”(CN104928454A)专利技术，该技术的化学成分及其质量百分含量是：C为2.1～3.2％；Si为1.5～2.2％；Cr为7～10％；Mn为0.8～1.2％；Ni≤1.0％；Mo≤1.5％；Cu≤1.2％；P≤0.1％；S≤0.06％；余量为Fe。该技术不仅含有贵重金属元素Ni、Mo和Cu，合金成本高，且硬度仅为46HRC。

“一种耐磨铸铁钢球及其制备方法”(CN110106434A)专利技术，该技术的化学成分及其质量百分含量是：C为3.0～5.1％；Cr为8.0～10.0％，Si为0.6～1.2％；Mn为10.3～12.5％；Mo为0.30～0.50％；B为0.4～2.0％；Ni为0.2～0.6％；Ti为0.05～0.15％；稀土为0.14～0.28％；A为0.02～0.16％；V为0.10～0.30％；S为0.01～0.05％；P为0.03～0.06％；W为0.1～0.5％；Nb为0.2～0.5％；Ta为0.04～0.10％；余量为Fe和不可避免的杂质。该技术不仅含有贵重金属元素Ni、V、Ti，合金成本高；且该技术在淬火处理后，还在NaNO2的盐水溶液中进行二次淬火处理，热处理工艺复杂。

“一种中铬铸铁磨球及其浇铸方法”(CN103774035A)专利技术，该技术的化学成分及其质量百分含量是：C为3.3～3.7％；Si为0.8～1.2％；Mn为1.5～1.7％；Cr为7～10％；Ni为2.3～2.9％；Mo为0.4～1.2％；Cu为0.5～0.9％；B为0.01～0.05％；Li为0.1～0.2％；Na为0.2～0.3％；稀土为0.1～0.3％；余量为Fe和不可避免的杂质。该技术含有贵重金属元素Nb和Cu，合金成本高。

“耐磨铸铁的热处理方法”(CN107641693A)专利技术，该技术的化学成分及其质量百分含量是：C为2.9～3.1％；Cr为6～8％；Mn为3.0～4.0％；Ni为0.6～0.8％；Si为0.5～1.0％；P≤0.05％；S≤0.03％，其余为Fe。该技术在900～940℃保温20～24h，热处理时间长。

综上所述，现有的耐磨铸铁不仅存在合金成本高、热处理工艺复杂和热处理时间长的技术缺陷，且硬度有待进一步提高。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的缺陷，目的在于提供一种生产成本低、制备方法简单和生产周期短的高碳中铬耐磨铸铁的制备方法，用该方法制备的高碳中铬耐磨铸铁的硬度高和韧性好。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：所述高碳中铬耐磨铸铁的化学成分及其含量是：C为3.61～3.99wt％，Cr为12.11～14.99wt％，Si为0.51～0.79wt％，Mn为0.61～0.89wt％，Mo为1.71～1.99wt％，B为0.31～0.39wt％，P≤0.049wt％，S≤0.049wt％，余量为Fe及不可避免的杂质。

所述化学成分及其含量同时满足：3.35≤Cr/C≤3.99；0.15≤B/Mo≤0.23。

按照所述化学成分及其含量配料，冶炼，浇注，空冷至室温，打磨；再加热到850～1050℃，保温1～3小时，淬入油中，冷却至室温，即得高碳中铬耐磨铸铁。

所述高碳中铬耐磨铸铁：碳化物的体积含量为40～50％，残留奥氏体的体积含量为8～15％，其余为马氏体。

所述高碳中铬耐磨铸铁的硬度为68～71HRC。

由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：

本发明在850～1050℃条件下保温1～3小时，然后淬入油中，冷却至室温，即得高碳中铬耐磨铸铁，不仅生产温度低和生产周期短，且工艺简单；加之本发明的化学成分中Cr含量低(＜15wt％)，同时未含有贵重合金元素如Ni和Cu，生产成本显著降低。

本发明中的C为3.61～3.99wt％和Cr为12.11～14.99wt％，通过C与Cr合金化形成高硬度M

本发明加入的C、Cr和Mn等合金元素能降低马氏体转变点M

本发明制备的高碳中铬耐磨铸铁经检测：碳化物为40～50vol％，残留奥氏体为8～15vol％，其余为马氏体；高碳中铬耐磨铸铁硬度为68～71HRC。本发明有效解决了现有高碳高铬高镍铸铁存在的合金成本高、硬度低和韧性低的技术难题，尤其是很好地解决了高硬度与韧性的匹配问题、以及耐磨性能与铸铁合金成本不相适应的问题。

因此，本发明具有生产成本低、制备方法简单和生产周期短的特点，制得的高碳中铬耐磨铸铁的硬度高和韧性好。

附图说明

图1为本发明制备的一种高碳中铬耐磨铸铁的光学组织图；

图2为图1所示高碳中铬耐磨铸铁铸铁的扫描电镜图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制：

一种高碳中铬耐磨铸铁及其制备方法。所述高碳中铬耐磨铸铁的化学成分及其含量是：C为3.61～3.99wt％，Cr为12.11～14.99wt％，Si为0.51～0.79wt％，Mn为0.61～0.89wt％，Mo为1.71～1.99wt％，B为0.31～0.39wt％，P≤0.049wt％，S≤0.049wt％，余量为Fe及不可避免的杂质。

所述化学成分及其含量同时满足：3.35≤Cr/C≤3.99；0.15≤B/Mo≤0.23。

按照所述化学成分及其含量配料，冶炼，浇注，空冷至室温，打磨；再加热到850～1050℃，保温1～3小时，淬入油中，冷却至室温，即得高碳中铬耐磨铸铁。

本具体实施方式制备的高碳中铬耐磨铸铁经检测：碳化物为40～50vol％，残留奥氏体为8～15vol％，其余为马氏体；高碳中铬耐磨铸铁的硬度为68～71HRC。

实施例1

一种高碳中铬耐磨铸铁及其制备方法。所述高碳中铬耐磨铸铁的化学成分及其含量是：C为3.63wt％，Cr为12.16wt％，Si为0.51wt％，Mn为0.63wt％，Mo为1.72wt％，B为0.32wt％，P≤0.03wt％，S≤0.03wt％，余量为Fe及不可避免的杂质；其中：Cr/C＝3.350，B/Mo＝0.186。

按照所述化学成分及其含量配料，冶炼，浇注，空冷至室温，打磨；再加热到850℃，保温3小时，淬入油中，冷却至室温，制得高碳中铬耐磨铸铁。

本发明制备的高碳中铬耐磨铸铁经检测：碳化物为40vol％；残留奥氏体为10.8vol％；其余为马氏体；高碳中铬耐磨铸铁硬度为70.3HRC。

实施例2

一种高碳中铬耐磨铸铁及其制备方法。所述高碳中铬耐磨铸铁的化学成分及其含量是：C为3.74wt％，Cr为14.90wt％，Si为0.61wt％，Mn为0.69wt％，Mo为1.85wt％，B为0.38wt％，P≤0.03wt％、S≤0.03wt％，余量为Fe及不可避免的杂质；其中：Cr/C＝3.984，B/Mo＝0.205。

按照所述化学成分及其含量配料，冶炼，浇注，空冷至室温，打磨；再加热到950℃，保温2小时，淬入油中，冷却至室温，制得高碳中铬耐磨铸铁。

本发明制备的高碳中铬耐磨铸铁经检测：碳化物为45vol％，残留奥氏体为8vol％，其余为马氏体；高碳中铬耐磨铸铁硬度为71HRC。

实施例3

一种高碳中铬耐磨铸铁及其制备方法。所述高碳中铬耐磨铸铁的化学成分及其含量是：C为3.81wt％，Cr为14.14wt％，Si为0.78wt％，Mn为0.75wt％，Mo为1.98wt％，B为0.31wt％，P≤0.03wt％、S≤0.03wt％，余量为Fe及不可避免的杂质；其中：Cr/C＝3.711，B/Mo＝0.156。

按照所述化学成分及其含量配料，冶炼，浇注，空冷至室温，打磨；再加热到1000℃，保温1小时，淬入油中，冷却至室温，制得高碳中铬耐磨铸铁。

本发明制备的高碳中铬耐磨铸铁经检测：碳化物为47vol％，残留奥氏体为9.2vol％，其余为马氏体；高碳中铬耐磨铸铁硬度为69.4HRC。

实施例4

一种高碳中铬耐磨铸铁及其制备方法。所述高碳中铬耐磨铸铁的化学成分及其含量是：C为3.99wt％，Cr为14.97wt％，Si为0.72wt％，Mn为0.88wt％，Mo为1.99wt％，B为0.34wt％，P≤0.03wt％、S.≤0.03wt％，余量为Fe及不可避免的杂质；其中：Cr/C＝3.752，B/Mo＝0.171。

按照所述化学成分及其含量配料，冶炼，浇注，空冷至室温，打磨；再加热到1050℃，保温1小时，淬入油中，冷却至室温，制得高碳中铬耐磨铸铁。

本发明制备的高碳中铬耐磨铸铁经检测：碳化物为50vol％，残留奥氏体为15vol％，其余为马氏体；高碳中铬耐磨铸铁硬度为68HRC。

由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：

本发明在850～1050℃条件下保温1～3小时，然后淬入油中，冷却至室温，即得高碳中铬耐磨铸铁，不仅生产温度低和生产周期短，且工艺简单；加之本发明的化学成分中Cr含量低(＜15wt％)，同时未含有贵重合金元素如Ni和Cu，生产成本显著降低。

本发明中的C为3.61～3.99wt％和Cr为12.11～14.99wt％，增加C含量与Cr合金化，形成高硬度M

本具体实施方式制备的高碳中铬耐磨铸铁如附图所示：图1为实施例1制备高碳中铬耐磨铸铁光学组织图；图2为图1所示高碳中铬耐磨铸铁的扫描电镜图。从图1可以看出，制备的高碳中铬耐磨铸铁的组织为马氏体+M

本发明加入的C、Cr和Mn等合金元素能降低马氏体转变点M

本发明制备的高碳中铬耐磨铸铁经检测：碳化物为40～50vol％，残留奥氏体为8～15vol％，其余为马氏体；高碳中铬耐磨铸铁硬度为68～71HRC。本发明有效解决了现有高碳高铬高镍铸铁存在的合金成本高、硬度低和韧性低的技术难题，尤其是很好地解决了高硬度与韧性的匹配问题、以及耐磨性能与铸铁合金成本不相适应的问题。

因此，本发明具有生产成本低、制备工艺简单和生产周期短的特点，制得的高碳中铬耐磨铸铁硬度高和韧性好。