一種高硬度中錳鋼錘頭材料及其制備方法
【專利摘要】一種高硬度中錳鋼錘頭材料，其含有的化學(xué)元素成分及其質(zhì)量百分比為：碳0.2-0.5、硅0.1-0.3、錳5.3-5.5、鉬3.0-3.2、鈦1.7-1.9、鉻0.5-0.7、鈰0.2-0.4、釔0.05-0.07、Hf0.08-0.12、Bi0.12-0.15、La0.02-0.04、S≤0.05、P≤0.05、余量為鐵。本發(fā)明是采用中錳鋼作為材質(zhì)，具有較好的沖擊韌性，使用過程中不易斷裂；同時(shí)含有釔、鈰、Hf等元素，具有高的硬度和好的耐磨性；本發(fā)明適用于較為強(qiáng)烈沖擊的工作條件，其使用壽命與傳統(tǒng)的高錳鋼相比能提高1-2倍。本發(fā)明精煉劑用于鑄造生產(chǎn)，鑄件中的氣孔度降低1-2度，氧化夾雜物在2級(jí)左右。
【專利說明】一種高硬度中錳鋼錘頭材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及耐磨金屬材料領(lǐng)域，尤其涉及一種高硬度中錳鋼錘頭材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]錘頭材料的種類很多，最常用的是高錳鋼，最初是因其硬度和耐磨性都比較高，但是現(xiàn)在人們發(fā)現(xiàn)其實(shí)不然，有些場合高錳鋼錘頭并不耐磨，使用壽命短，究其原因，是高錳鋼要在大的沖擊力的情況下才能產(chǎn)生高硬度的表面硬化層，而沖擊力小的情況下不耐磨；還有中錳鋼錘頭，因其有較高的硬度和韌性，在沖擊力不太大的情況下較耐用，且有磁性；高鉻鑄鐵錘頭有優(yōu)良的耐磨性，但是韌性較差，易發(fā)生脆性斷裂。各種材料均不能達(dá)到最理想的效果，因此尋求合理的材料，開發(fā)簡單實(shí)用的工藝，在保證使用要求的前提下節(jié)省資源和能源，已成為耐磨材料領(lǐng)域的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種高硬度中錳鋼錘頭材料及其制備方法，該合金材料具有強(qiáng)度高，耐磨性好、沖擊韌性好的優(yōu)點(diǎn)。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案如下: 一種高硬度中錳鋼錘頭材料，其特征在于:其含有的化學(xué)元素成分及其質(zhì)量百分比為:碳 0.2-0.5、硅 0.1-0.3、錳 5.3-5.5、鑰 3.0-3.2、鈦 1.7-1.9、鉻 0.5-0.7、鈰 0.2-0.4、釔
0.05-0.07、Hf0.08-0.12、Bi0.12-0.15、La0.02-0.04、S ≤ 0.05、P ≤0.05、余量為鐵。
[0005]所述的高硬度中錳鋼錘頭材料的生產(chǎn)方法，其特征在于:
(I)、準(zhǔn)備生鐵與廢鐵按1:0.5-1.5比例作為鐵基質(zhì)來源，將生鐵加入投入爐中熔化，進(jìn)行脫硫、脫氧、采用精煉劑一次精煉、添加合金成分進(jìn)行合金化，再加入廢鐵熔化、加入精煉劑二次精煉、檢測并調(diào)整化學(xué)元素成分含量至合格、澆鑄、鑄后熱處理等；
(2 )、合金化過程中向爐內(nèi)投入合金元素的批次順序?yàn)?(I)硅、錳、Hf ; (2 )鑰、鈦、釔；
(3)鉻、Hf ； (4)其他剩余成分；各批次投入元素的時(shí)間間隔為23-25分鐘，投料后攪拌均勻。
[0006]所述的鑄后熱處理是:先由室溫以180_190°C /小時(shí)速率升溫至500-510°C，保溫50-60分鐘，再以180-190°C /小時(shí)速率升溫至720_740°C，再以160_170°C /小時(shí)速率降溫至600-610°C，再以210-220°C /小時(shí)速率升溫至930-945°C，保溫3-4小時(shí)；再以160-1700C /小時(shí)速率降溫至720-740°C，保溫50-60分鐘，再以160-170。。/小時(shí)速率降溫至500-510°C，保溫50-60分鐘；再以160_170°C /小時(shí)速率降溫至220_230°C，保溫2_3小時(shí)；再以180-190°C /小時(shí)速率升溫至340-350°C，再以160_170°C /小時(shí)速率降溫至220-230°C，再以180-190°C /小時(shí)速率升溫至540_550°C，保溫2_3小時(shí)，取出空冷即得。
[0007]所述的精煉劑由下列重量份的原料制成:工具鋼粉30-40、硫酸鈉2-3、硫酸鋁鉀1-2、二氧化硅3-4、BaC03 2-3、蛭石粉1_2、偏硅酸鈉1_2、沉淀法白炭黑3_4、玉石粉3_4、蒙脫石1-2 ;制備方法是將各原料混合，加熱至熔融狀態(tài)，然后，澆注入純凈水中激冷，再粉碎成100-200目粉末；將所得粉末加入相當(dāng)于粉末重量2-3%的硅烷偶聯(lián)劑KH-550、1-2%的納米碳粉，混合均勻后，在8-15Mpa下壓制成坯，然后，在900-950°C下煅燒3_4小時(shí)，冷卻后，再粉碎成150-250目粉末，即得。
[0008]本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明是采用中錳鋼作為材質(zhì)，具有較好的沖擊韌性，使用過程中不易斷裂；同時(shí)，又因其含有釔、鈰、Hf等多種合金元素，具有高的硬度和好的耐磨性；本發(fā)明適用于較為強(qiáng)烈沖擊的工作條件，其使用壽命與傳統(tǒng)的高錳鋼相比能提高1-2倍。本發(fā)明使用部分廢鐵作為原料，并經(jīng)過二次精煉，合理控制鑄后熱處理溫度，分批投放原料，使合金品質(zhì)更穩(wěn)定均一，提高綜合力學(xué)性能。本發(fā)明精煉劑用于鑄造生產(chǎn)，明顯提高成品率，特別是鑄件中的氣孔度降低1-2度，不會(huì)在鑄件表面產(chǎn)生氣孔，夾雜氧化物也明顯降低，氧化夾雜物在2級(jí)左右。
【具體實(shí)施方式】
[0009]一種高硬度中錳鋼錘頭材料，其含有的化學(xué)元素成分及其質(zhì)量百分比為:碳
0.2-0.5、硅 0.1-0.3、錳 5.3-5.5、鑰 3.0-3.2、鈦 1.7-1.9、鉻 0.5-0.7、鈰 0.2-0.4、釔
0.05-0.07、Hf0.08-0.12、Bi0.12-0.15、La0.02-0.04、S ≤ 0.05、P ≤ 0.05、余量為鐵。
[0010]所述的高硬度中錳鋼錘頭材料的生產(chǎn)方法為:
(I)、準(zhǔn)備生鐵與廢鐵按1:1比例作為鐵基質(zhì)來源，將生鐵加入投入爐中熔化，進(jìn)行脫硫、脫氧、采用精煉劑一次精煉、添加合金成分進(jìn)行合金化，再加入廢鐵熔化、加入精煉劑二次精煉、檢測并調(diào)整化學(xué)元素成分含量至合格、澆鑄、鑄后熱處理等；
(2 )、合金化過程中向爐內(nèi)投入合金元素的批次順序?yàn)?(I)硅、錳、Hf ; (2 )鑰、鈦、釔；
(3)鉻、Hf ； (4)其他剩余成分；各批次投入元素的時(shí)間間隔為24分鐘，投料后攪拌均勻。
[0011]所述的鑄后熱處理是:先由室溫以185°C /小時(shí)速率升溫至505°C，保溫55分鐘，再以185°C /小時(shí)速率升溫至730°C，再以165°C /小時(shí)速率降溫至605°C，再以215°C /小時(shí)速率升溫至935°C，保溫3.5小時(shí)；再以165°C /小時(shí)速率降溫至730°C，保溫55分鐘，再以165°C /小時(shí)速率降溫至505°C，保溫55分鐘；再以165°C /小時(shí)速率降溫至225°C，保溫
2.5小時(shí)；再以185°C /小時(shí)速率升溫至345°C，再以165°C /小時(shí)速率降溫至225°C，再以1850C /小時(shí)速率升溫至545°C，保溫2.5小時(shí)，取出空冷即得。
[0012]所述的精煉劑由下列重量份(公斤)的原料制成:工具鋼粉35、硫酸鈉2.5、硫酸鋁鉀1.5、二氧化硅3.5、BaC03 2.5、蛭石粉1.5、偏硅酸鈉1.5、沉淀法白炭黑3.5、玉石粉
3.5、蒙脫石1.5 ;制備方法是將各原料混合，加熱至熔融狀態(tài)，然后，澆注入純凈水中激冷，再粉碎成160目粉末；將所得粉末加入相當(dāng)于粉末重量2%的硅烷偶聯(lián)劑KH-550、2%的納米碳粉，混合均勻后，在12Mpa下壓制成坯，然后，在930°C下煅燒3.5小時(shí)，冷卻后，再粉碎成180目粉末，即得。
[0013]本發(fā)明的高硬度中錳鋼錘頭材料的機(jī)械性能為:拉伸強(qiáng)度890MPa，屈服強(qiáng)度964MPa，延伸率12%，斷面收縮率22%，沖擊吸收功54J，沖擊韌性65J/cm2，硬度287HB。
【權(quán)利要求】
1.一種高硬度中錳鋼錘頭材料，其特征在于:其含有的化學(xué)元素成分及其質(zhì)量百分比為:碳 0.2-0.5、硅 0.1-0.3、錳 5.3-5.5、鑰 3.0-3.2、鈦 1.7-1.9、鉻 0.5-0.7、鈰 0.2-0.4、釔 0.05-0.07、Hf0.08-0.12、Bi0.12-0.15、La0.02-0.04、S ≤0.05、P ≤0.05、余量為鐵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高硬度中錳鋼錘頭材料的生產(chǎn)方法，其特征在于: (I)、準(zhǔn)備生鐵與廢鐵按1:0.5-1.5比例作為鐵基質(zhì)來源，將生鐵加入投入爐中熔化，進(jìn)行脫硫、脫氧、采用精煉劑一次精煉、添加合金成分進(jìn)行合金化，再加入廢鐵熔化、加入精煉劑二次精煉、檢測并調(diào)整化學(xué)元素成分含量至合格、澆鑄、鑄后熱處理等； (2 )、合金化過程中向爐內(nèi)投入合金元素的批次順序?yàn)?(I)硅、錳、Hf ; (2 )鑰、鈦、釔；(3)鉻、Hf ;(4)其他剩余成分；各批次投入元素的時(shí)間間隔為23-25分鐘，投料后攪拌均勻。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高硬度中錳鋼錘頭材料的生產(chǎn)方法，其特征在于:所述的鑄后熱處理是:先由室溫以180-190°C /小時(shí)速率升溫至500-510°C，保溫50-60分鐘，再以180-190°C /小時(shí)速率升溫至720-740°C，再以160_170°C /小時(shí)速率降溫至600_610°C，再以210-220°C /小時(shí)速率升溫至930-945°C，保溫3_4小時(shí)；再以160_170°C /小時(shí)速率降溫至720-740°C，保溫50-60分鐘，再以160_170°C /小時(shí)速率降溫至500_510°C，保溫50-60分鐘；再以160-170。。/小時(shí)速率降溫至220-230°C，保溫2-3小時(shí)；再以180_190°C /小時(shí)速率升溫至340-350°C，再以160-170°C /小時(shí)速率降溫至220_230°C，再以180_190°C /小時(shí)速率升溫至540-550°C，保溫2-3小時(shí)，取出空冷即得。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高硬度中錳鋼錘頭材料的生產(chǎn)方法，其特征在于:所述的精煉劑由下列重量份的原料制成:工具鋼粉30-40、硫酸鈉2-3、硫酸鋁鉀1-2、二氧化硅3-4、BaC03 2-3、蛭石粉1_2、偏硅酸鈉1_2、沉淀法白炭黑3_4、玉石粉3_4、蒙脫石1_2 ;制備方法是將各原料混合，加熱至熔融狀態(tài)，然后，澆注入純凈水中激冷，再粉碎成100-200目粉末；將所得粉末加入相當(dāng)于粉末重量2_3%的硅烷偶聯(lián)劑ΚΗ_550、1_2%的納米碳粉，混合均勻后，在8-15Mpa下壓制成坯，然后，在900-950°C下煅燒3_4小時(shí)，冷卻后，再粉碎成150-250目粉末，即得。
【文檔編號(hào)】C21D6/00GK103627966SQ201310555814
【公開日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月11日
【發(fā)明者】章功國, 王涇文, 段宗銀, 李純金, 陳超, 王淑妍, 張少伍, 王曉芬, 謝勇 申請(qǐng)人:馬鞍山市恒毅機(jī)械制造有限公司