一種中低應(yīng)力工況下高錳鋼耐磨強(qiáng)化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種中低應(yīng)力工況下高錳鋼耐磨強(qiáng)化方法，將熔覆材料離散分布在高錳鋼表面，并通過熔敷方法將熔覆材料與高錳鋼進(jìn)行熔敷，使得兩者冶金結(jié)合，從而在高錳鋼表面形成包括有高硬耐磨合金體的熔敷層，表面覆蓋有所述熔覆層的高錳鋼表面硬度為50～65HRC。本發(fā)明方法既保留了高錳鋼基體的強(qiáng)韌性，又提高了高錳鋼在使用初期的耐磨性能，大大降低了高錳鋼基體在使用初期產(chǎn)生的塑性變形，延長了高錳鋼零件的使用壽命，且提高了高錳鋼齒板等零件與破碎物料之間的咬合能力，可提高破碎效果。
【專利說明】一種中低應(yīng)力工況下高錳鋼耐磨強(qiáng)化方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高錳鋼領(lǐng)域，更具體地，涉及一種中低應(yīng)力工況高錳鋼零件耐磨強(qiáng)化 方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 高錳鋼擁有優(yōu)異的加工硬化能力和高的沖擊韌性，其在抵抗強(qiáng)沖擊、大壓力作用 下的磨料磨損或鑿削磨損方面具有其他材料難以比擬的耐磨性能。自高錳鋼被發(fā)明后，其 被廣泛用于礦山、鐵路、冶金、電力和建材等各個領(lǐng)域中，如破碎機(jī)鄂板、挖掘機(jī)斗齒、球磨 機(jī)襯板、鐵路轍叉、破碎壁等。
[0003] 高錳鋼優(yōu)異的加工硬化能力只有在高應(yīng)力工況下才能實(shí)現(xiàn)，即其必須在高應(yīng)力工 況下使用，在使用過程中被進(jìn)行加工硬化后，才能表現(xiàn)出優(yōu)異的耐磨性能。然而，目前在耐 磨領(lǐng)域高應(yīng)力工況不足5%，絕大部分是中低應(yīng)力工況，使得高錳鋼在使用初期表層因?yàn)橥?界作用的應(yīng)力不夠，而未充分被加工硬化，結(jié)果是其表面硬度較低，耐磨性較差，磨損嚴(yán)重。
[0004] 為了提高高錳鋼在中低應(yīng)力工況下的耐磨性能，人們采用了各種預(yù)硬化方法來提 高高錳鋼的耐磨性能。即，使其在中低應(yīng)力工況下使用時，仍然能夠充分進(jìn)行加工硬化，具 有較高硬度和耐磨性能。
[0005] 目前使用的預(yù)硬化方法主要有：空氣錘擊、輥?zhàn)油凳骸⒈A(yù)硬化、噴丸強(qiáng)化、 軋制等。雖然這些方法在一定程度上能改善高錳鋼的耐磨性，但因工藝復(fù)雜或成本過高等 因素而限制了它們的實(shí)際應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種中低應(yīng)力工況高錳鋼零 件耐磨強(qiáng)化方法，其目的在于采用一種成本低廉，工藝簡單的方法使高錳鋼零件在中低應(yīng) 力工況下使用時具有較高硬度和較高的耐磨性能。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種中低應(yīng)力工況下高錳鋼耐磨強(qiáng)化方法，其特 征在于，采用熔覆方法將熔覆材料離散分布在高錳鋼表面且與高錳鋼形成冶金結(jié)合以獲 得高硬度高耐磨的熔覆層，所述熔覆層中具有熔覆材料與高錳鋼基體形成的高硬耐磨合金 體，用于增強(qiáng)所述熔覆層的硬度和耐磨性，高硬耐磨合金體是本發(fā)明中由熔覆材料與高錳 鋼基體因?yàn)槿廴诙嗷旌虾竽痰玫降母哂捕雀吣湍サ暮辖鸬拿Q。
[0008] 進(jìn)一步的，表面覆蓋有所述熔覆層的高錳鋼表面硬度為50?65HRC。
[0009] 進(jìn)一步的，所述熔覆材料具有可焊接性且硬度為50?65HRC。
[0010] 進(jìn)一步的，所述的熔覆方法包括采用熱源將熔覆材料熔融在高錳鋼表面且形成冶 金結(jié)合的方法，所述熔覆方法的熔覆能量形式包括電弧、激光、等離子束以及火焰。
[0011] 進(jìn)一步的，所述熔覆能量優(yōu)選為等離子束。
[0012] 進(jìn)一步的，所述熔覆材料的形狀為絲材、粉末、塊體、棒材以及帶狀。
[0013] 進(jìn)一步的，所述熔覆材料的形狀優(yōu)選為絲材或粉末。
[0014] 進(jìn)一步的，所述高硬耐磨合金體的幾何形狀為圓柱狀、球冠狀、短棒狀、長條狀、鋸 齒狀以及網(wǎng)紋狀。
[0015] 進(jìn)一步的，所述高硬耐磨合金體的幾何形狀優(yōu)選為球冠狀或者網(wǎng)紋狀。
[0016] 本發(fā)明方法中耐磨強(qiáng)化原理：
[0017] 一方面，在高錳鋼基體承受外界中低載荷作用時，高硬耐磨合金體首先與外界載 荷接觸，可使外界載荷通過高硬耐磨合金體向其周圍的高錳鋼基體傳遞壓力并在周圍基體 中產(chǎn)生應(yīng)力集中，使基體獲得充分的加工硬化，從而硬度和耐磨性能大幅提高。
[0018] 另一方面，高硬耐磨合金體本身具有較高的硬度和耐磨性能，也有助于提高高錳 鋼表面的耐磨性能。
[0019] 總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有 益效果：
[0020] 1、本發(fā)明方法通過在高錳鋼零件表面熔覆呈離散分布的高硬耐磨合金體，高硬耐 磨合金體與高錳鋼基體為冶金結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度高，可有效避免外界載荷作用時高硬耐磨合 金體與基體開裂或者脫落等問題。
[0021] 2、本發(fā)明方法中高硬耐磨合金體離散分布于高錳鋼基體表面，由于高硬合金體本 身具有較高的硬度和耐磨性，可大大降低在外界載荷作用下高錳鋼基體中奧氏體組織由于 其屈服強(qiáng)度低而產(chǎn)生較大的塑性變形，本發(fā)明方法既保留了高錳鋼基體的強(qiáng)韌性，又提高 了高錳鋼零件表面在使用初期的耐磨性能。
[0022] 3、本發(fā)明方法中在高錳鋼基體表面熔覆呈離散分布的高硬耐磨合金體，可以大大 提高高錳鋼齒板等零件與破碎物料之間的咬合能力，提高破碎效果。
[0023] 4、本發(fā)明方法工藝過程簡單，穩(wěn)定可控，可將高錳鋼零件壽命提高至少一倍，效果 顯著，適用規(guī)?；a(chǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024] 圖1(a)為實(shí)施例中高錳鋼表面熔覆橫條狀的高硬耐磨合金體示意圖；
[0025] 圖1(b)為實(shí)施例中高錳鋼表面熔覆短棒狀的高硬耐磨合金體示意圖；
[0026] 圖1(c)為實(shí)施例中高錳鋼表面熔覆圓柱狀或球冠狀的高硬耐磨合金體示意圖；
[0027] 圖1 (d)為實(shí)施例中商猛鋼表面溶覆呈鍋齒狀的商硬耐磨合金體不意圖；
[0028] 圖1(e)為實(shí)施例中高錳鋼表面熔覆呈網(wǎng)紋狀分布的高硬耐磨合金體示意圖；
[0029] 圖2為實(shí)施例中高錳鋼在承受外界中低載荷作用時呈球冠狀分布的高硬耐磨合 金體周圍基體加工硬化過程示意圖；
[0030] 圖3為實(shí)施例中鄂式破碎機(jī)中高錳鋼齒板表面熔覆呈球冠狀離散分布的高硬耐 磨合金體示意圖。
[0031] 在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中：
[0032] 1-球冠狀高硬耐磨合金體，2-基體加工硬化區(qū)，3-高錳鋼基體，4-高錳鋼齒板上 的高硬耐磨合金體，5-高錳鋼齒板。

【具體實(shí)施方式】
[0033] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要 彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0034] 圖1 (a)為實(shí)施例中高錳鋼表面熔覆橫條狀的高硬耐磨合金體示意圖，圖1 (b)為 實(shí)施例中高錳鋼表面熔覆短棒狀的高硬耐磨合金體示意圖，圖1(c)為實(shí)施例中高錳鋼表 面熔覆圓柱狀或球冠狀的高硬耐磨合金體示意圖，該圖為橫截面圖，圓柱狀和球冠裝的橫 截面圖類似，圖1(d)為實(shí)施例中高錳鋼表面熔覆呈鋸齒狀的高硬耐磨合金體示意圖，圖 1 (e)為實(shí)施例中高錳鋼表面熔覆呈網(wǎng)紋狀分布的高硬耐磨合金體示意圖。
[0035] 圖2為實(shí)施例中高錳鋼在承受外界中低載荷作用時呈球冠狀分布的高硬耐磨合 金體周圍基體加工硬化過程示意圖，球冠狀高硬耐磨合金體1嵌在高錳鋼基體3中，當(dāng)該熔 覆層受到中低載荷作用后，球冠狀高硬耐磨合金體1首先受力，由于其硬度高，不易變形， 直接將應(yīng)力傳遞給球冠狀高硬耐磨合金體1周圍的高錳鋼基體中，在應(yīng)力不斷作用下在高 錳鋼基體上產(chǎn)生了基體加工硬化區(qū)2,該加工硬化區(qū)的硬度因此增加，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)化。
[0036] 實(shí)施例1 :
[0037] 本實(shí)施例在鄂式破碎機(jī)的高錳鋼齒板上熔覆高硬耐磨合金體：采用電弧作為熱 源，采用直徑l〇mm高度5mm主要成分為FeCrSiB的圓柱狀材料作為熔覆材料，該材料的硬 度為50HRC，在高錳鋼齒板表面獲得呈圓柱狀離散分布的高硬耐磨合金體，表面覆蓋有熔覆 層的高錳鋼表面硬度為50HRC。其中，將FeCrSiB的圓柱狀材料離散分布在高錳鋼表面，并 通過熔敷方法將FeCrSiB的圓柱狀材料與高錳鋼進(jìn)行熔敷，使得熔融的部分相互混合，待 熔融部分凝固時形成冶金結(jié)合，從而在高錳鋼表面形成包括有高硬耐磨合金體的熔敷層。 經(jīng)過本實(shí)施例強(qiáng)化后的齒板，破碎物料的效率大大提升，齒板使用壽命提高1?2倍。
[0038] 實(shí)施例2 :
[0039] 本實(shí)施例在鄂式破碎機(jī)的高錳鋼齒板上熔覆高硬耐磨合金體：采用氧氣-乙炔 火焰作為熱源，采用平均粒徑為50 μ m的Fe55自熔合金粉末為熔覆材料，該材料的硬度為 58HRC，在高錳鋼齒板表面獲得呈橫條狀分布的高硬耐磨合金體，表面覆蓋有熔覆層的高錳 鋼表面硬度為55HRC。其中，將50μπι的Fe55自熔合金粉末離散分布在高錳鋼表面，并通過 熔敷方法將50 μ m的Fe55自熔合金粉末與高錳鋼進(jìn)行熔敷，使得熔融的部分相互混合，待 熔融部分凝固時形成冶金結(jié)合，從而在高錳鋼表面形成包括有高硬耐磨合金體的熔敷層。 經(jīng)過本實(shí)施例強(qiáng)化的齒板，破碎物料的效率大大提升，齒板使用壽命提高1?2倍。
[0040] 其中，獲得呈橫條狀分布的方法為，控制氧氣-乙炔火焰在高錳鋼基體表面的移 動路徑，使該路徑為直線狀，F(xiàn)e55自熔合金粉末的布置路徑與該火焰的移動路徑相同，則得 到呈橫條狀分布的高硬耐磨合金體。
[0041] 實(shí)施例3:
[0042] 本實(shí)施例在鄂式破碎機(jī)的高錳鋼齒板上熔覆高硬耐磨合金體：采用高能等離子束 作為熱源，采用直徑1. 2mm高鉻鑄鐵藥芯焊絲作為熔覆材料，該高鉻鑄鐵的硬度為63HRC， 在高錳鋼齒板表面獲得呈球冠狀離散分布的高硬耐磨合金體，圖3為實(shí)施例中鄂式破碎機(jī) 中高錳鋼齒板表面熔覆呈球冠狀離散分布的高硬耐磨合金體示意圖，高錳鋼齒板上的高 硬耐磨合金體4離散分布于高錳鋼齒板5表層中。表面覆蓋有熔覆層的高錳鋼表面硬度為 60HRC。經(jīng)過本實(shí)施例強(qiáng)化后的齒板，破碎物料的效率大大提升，齒板使用壽命提高2?3 倍。
[0043] 其中，獲得呈球冠狀離散分布的方法為，在熔覆過程中使熱源能量的大小變化，當(dāng) 熱源能量較大時可將藥芯焊絲熔斷，被熔斷的焊絲呈球冠狀，且與高錳鋼基體形成冶金結(jié) 合，控制焊絲在不同的地方熔斷，即得到離散分布的球冠狀的高硬耐磨合金體。
[0044] 實(shí)施例4 :
[0045] 本實(shí)施例在鄂式破碎機(jī)的高錳鋼齒板上熔覆高硬耐磨合金體：采用激光作為熱 源，采用平均粒徑為25 μ m的粉末17% Co-WC作為熔覆材料，該材料的硬度為65HRC，在高 錳鋼齒板表面獲得呈網(wǎng)紋狀離散分布的高硬耐磨合金體，表面覆蓋有熔覆層的高錳鋼表面 硬度為65HRC。經(jīng)過本實(shí)施例強(qiáng)化后的齒板，破碎物料的效率大大提升，齒板使用壽命提高 2?3倍。
[0046] 其中，獲得呈網(wǎng)紋狀分布的方法為：控制激光在高錳鋼基體表面的移動路徑，使該 路徑為網(wǎng)紋狀，17% Co-WC粉末的布置路徑與激光的移動路徑相同，則得到呈網(wǎng)紋狀分布 的高硬耐磨合金體。
[0047] 本發(fā)明方法中，通過控制熱源的移動路徑或者能量大小，相應(yīng)的，將熔覆材料依照 期望獲得的高硬耐磨合金體的形狀布置或者安排，即可獲得呈離散分布的不同形狀的高硬 耐磨合金體。
[0048] 上述各實(shí)施例中熔覆材料的形狀以及硬度，高硬耐磨合金體的形狀，表面覆蓋有 熔覆層的高錳鋼表面硬度等參數(shù)僅用于示例和解釋，本發(fā)明的方案中并不限于上述熔覆材 料的硬度為50HRC、58HRC、63HRC以及65HRC，只要在權(quán)利要求書所述的50HRC?65HRC范圍 內(nèi)，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明的方案中并不限于上述表面覆蓋有熔覆層的高錳鋼 表面硬度為50HRC、55HRC、60HRC以及65HRC，只要在權(quán)利要求書所述的50HRC?65HRC范圍 內(nèi)，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明方案中上述熔覆材料的形狀，以及高硬耐磨合金體形 狀只列舉了幾種，但是只要在權(quán)利要求書所述的范圍內(nèi)，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明 的方案中并不限于由上述硬度值、上述熔覆熱源的形式、上述熔覆材料形狀以及上述耐磨 合金體的形狀的組合，只要在權(quán)利要求書所述的范圍內(nèi)進(jìn)行組合，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范 圍。
[〇〇49] 本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以 限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含 在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種中低應(yīng)力工況下高錳鋼耐磨強(qiáng)化方法，其特征在于，將熔覆材料離散分布在高 錳鋼表面，并通過熔敷方法將熔覆材料與高錳鋼進(jìn)行熔敷，使得兩者冶金結(jié)合，從而在高錳 鋼表面形成包括有高硬耐磨合金體的熔敷層，即可實(shí)現(xiàn)高錳鋼的耐磨強(qiáng)化。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種中低應(yīng)力工況下高錳鋼耐磨強(qiáng)化方法，其特征在于，表面 覆蓋有所述熔覆層的高錳鋼表面硬度為50?65HRC。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的一種中低應(yīng)力工況下高錳鋼耐磨強(qiáng)化方法，其特征在于，所 述熔覆材料具有可焊接性且硬度為50?65HRC。
4. 如權(quán)利要求1-3之一所述的一種中低應(yīng)力工況下高錳鋼耐磨強(qiáng)化方法，其特征在 于，所述的熔覆方法包括采用熱源將熔覆材料熔融在高錳鋼表面且形成冶金結(jié)合的方法， 所述熔覆方法的熔覆能量形式包括電弧、激光、等離子束以及火焰。
5. 如權(quán)利要求1-4之一所述的一種中低應(yīng)力工況下高錳鋼耐磨強(qiáng)化方法，其特征在 于，所述熔覆能量優(yōu)選為等離子束。
6. 如權(quán)利要求1-5所述的一種中低應(yīng)力工況下高錳鋼耐磨強(qiáng)化方法，其特征在于，所 述熔覆材料的形狀為絲材、粉末、塊體、棒材以及帶狀。
7. 如權(quán)利要求1-6之一所述的一種中低應(yīng)力工況下高錳鋼耐磨強(qiáng)化方法，其特征在 于，所述熔覆材料的形狀優(yōu)選為絲材或粉末。
8. 如權(quán)利要求1-7之一所述的一種中低應(yīng)力工況下高錳鋼耐磨強(qiáng)化方法，其特征在 于，所述高硬耐磨合金體的幾何形狀為圓柱狀、球冠狀、短棒狀、長條狀、鋸齒狀及網(wǎng)紋狀。
9. 如權(quán)利要求1-8之一所述的一種中低應(yīng)力工況下高錳鋼耐磨強(qiáng)化方法，其特征在 于，所述高硬耐磨合金體的幾何形狀優(yōu)選為球冠狀或者網(wǎng)紋狀。
【文檔編號】C23C24/10GK104087929SQ201410304212
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月27日
【發(fā)明者】董選普, 潘璋, 黃齊文, 李偉峰, 吳希文, 李建軍 申請人:華中科技大學(xué), 浙江紅馬鑄造有限公司