本發(fā)明涉及一種耐磨材料的生產(chǎn)工藝，尤其涉及了一種耐磨高鉻鑄鐵材料的生產(chǎn)工藝。

背景技術(shù)：

高鉻鑄鐵是一類應(yīng)用非常廣泛的重要耐磨材料，其硬度通常高達(dá)HRC63，有很高的硬度、良好的顯微組織，其優(yōu)異的耐磨性能得到越來越廣泛的關(guān)注，能夠廣泛用于磷化工、有色冶煉、水泥、火力發(fā)電、礦山的耐磨件。

但是由于馬氏體+殘余奧氏體基體吸收沖擊和應(yīng)力的能力有限，最理想狀態(tài)也僅能到20J/cm ²，使高鉻鑄鐵的韌性偏低，因而易導(dǎo)致過早發(fā)生斷裂失效的問題，這就限制了高鉻鑄鐵在大沖擊和大應(yīng)力情況下的使用，如果能較好的利用高鉻鑄鐵的優(yōu)異耐磨性又能提高其沖擊韌性值，則將極大地?cái)U(kuò)大該系列材料的使用領(lǐng)域。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中因韌性不足而過早發(fā)生斷裂失效的問題，提供了一種耐磨高鉻鑄鐵材料的生產(chǎn)工藝。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過下述技術(shù)方案得以解決：

一種耐磨高鉻鑄鐵材料的生產(chǎn)工藝，包括以下步驟：S1、原料熔煉；S2、澆注；S3、熱處理，

步驟S1、原料熔煉，具體包括以下步驟：

步驟(1)、按質(zhì)量百分比稱取23-25Cr、3.1-3.2C、1.3-1.5Mn、0.9-1.1Cu、0.48-0.58Mo、0.6-0.8Si、0.4-0.6Ni，其余為Fe；

步驟(2)、將步驟(1)中稱取的配料放入感應(yīng)電磁爐中熔煉，先采用45KW的功率送電，待爐料全部沉入液面后，減小送電功率至25KW，得到鐵水，并控制鐵水溫度在1500-1520℃；由于鑄件在出爐、變質(zhì)處理以及澆注時的溫降會比較大，因而在熔煉時稍微提高鐵水溫度，使其控制在1500-1520℃，在該溫度范圍之外的溫度都會導(dǎo)致材料的硬度和沖擊值有所下降。

步驟S2、澆注，將步驟S1中制得的鐵水澆注到預(yù)制好的模具內(nèi)成型，澆注溫度控制在1380～1400℃，得到鑄件；該澆注溫度是經(jīng)過試驗(yàn)研究得到的最佳溫度，當(dāng)澆注溫度低于1380℃時，鐵水充型困難，造成試樣表面有許多折皺，從而減小有效斷面積，降低沖擊值；當(dāng)澆注溫度高于1400℃時，會使得試樣的晶粒隨著澆注溫度的升高而逐漸粗大，中心的顯微疏松傾向增大，從而導(dǎo)致沖擊值嚴(yán)重下降。

步驟S3、熱處理，具體包括以下步驟：

步驟(1)、退火：將步驟S2得到的鑄件裝入熱處理爐，將爐內(nèi)溫度先升溫至400-450℃，然后保溫1-2h，然后再升溫至600℃，再保溫1-2h,之后以不超過150℃/h的溫升速度，將爐溫快速升至970℃后進(jìn)行4h的保溫，而后停止加熱，待爐溫自然降至800℃后控制熱處理爐以10～15℃/h的溫降速度將爐溫降至700～720℃，并在此溫度保溫4～6h后停爐；

步驟(2)、淬火：以50℃/h的溫升速度將爐溫升至600℃，且在升溫至200℃、400℃、600℃時分別保溫1.5h，然后以100℃/h的溫升速度將爐溫升至淬火溫度950℃后保溫2-4h；

步驟(3)、回火，以200℃回火，之后出爐空冷，即得耐磨高鉻鑄鐵材料。

作為優(yōu)選，澆注之后在感應(yīng)電磁爐內(nèi)加入1.2％的Re和0.06％的B-Fe進(jìn)行變質(zhì)處理。因而經(jīng)變質(zhì)處理后，能夠使得該高鉻鑄鐵的硬度和沖擊值大幅度提高，且能夠使其顯微組織明顯細(xì)化。

作為優(yōu)選，將熱處理后的耐磨高鉻鑄鐵材料經(jīng)電流為60A的等離子表面重熔處理。通過對鑄鐵材料進(jìn)行等離子表面重熔處理，能夠大大改善材料硬度和耐磨性能。

作為優(yōu)選，原料熔煉過程中進(jìn)行脫氧處理，在感應(yīng)電磁爐中加入0.5％的錳鐵進(jìn)行預(yù)脫氧，然后加0.25％的硅鐵進(jìn)行初脫氧，最后加入0.05％的鋁進(jìn)行終脫氧。通過脫氧處理使得晶體內(nèi)部會摻雜少量的氧原子脫離金屬材料，避免該氧原子影響金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)，有效提高金屬的力學(xué)性能的。

本發(fā)明由于采用了以上技術(shù)方案，具有顯著的技術(shù)效果：

本發(fā)明提供的一種耐磨高鉻鑄鐵材料的生產(chǎn)工藝，其制造的高鉻鑄鐵材料具有良好的力學(xué)性能、較高的顯微硬度、優(yōu)異的耐磨性能和均較佳的耐磨性能和較大的沖擊韌性值。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

一種耐磨高鉻鑄鐵材料的生產(chǎn)工藝，包括以下步驟：S1、原料熔煉；S2、澆注；S3、熱處理，

步驟S1、原料熔煉，具體包括以下步驟：

步驟(1)、按質(zhì)量百分比稱取23Cr、3.1C、1.3Mn、0.9Cu、0.48Mo、0.6Si、0.4Ni，其余為Fe。

本實(shí)施例中合金元素Ni、Cu不溶于碳化物中，元素偏析比為零，溶于金屬基體中發(fā)揮其增加淬透性作用，同時通過在高鉻鑄鐵材料中加入少量Mo，使其與Mn、Ni、Cu等合金元素聯(lián)合，可使得高鉻鑄鐵材料的淬透性提高，實(shí)驗(yàn)研究表明當(dāng)鑄鐵件中Mn含量為1.4％，不含Mo元素時，只能淬透直徑為20mm的圓棒，當(dāng)Mo元素含量為0.3％時可淬透直徑為50mm的圓棒，當(dāng)Mo元素含量為0.6％時可淬透直徑為120mm的圓棒，再增加Mo元素含量后則不會出現(xiàn)更加顯著的效果，因而本實(shí)施例中選取質(zhì)量百分比為0.48-0.58Mo元素時能夠達(dá)到最佳的淬透效果。

同時本實(shí)施例中采用質(zhì)量百分百為23％Cr、3.1％C，使其制作成高碳高鉻鑄鐵，相較于一般的高鉻鑄鐵，其具有更高的抗磨性以及沖擊韌性。

步驟(2)、將步驟(1)中稱取的配料放入感應(yīng)電磁爐中熔煉，先采用45KW的功率送電，待爐料全部沉入液面后，減小送電功率至25KW，得到鐵水，并控制鐵水溫度在1500-1520℃。原料熔煉過程中進(jìn)行脫氧處理，在感應(yīng)電磁爐中加入0.5％的錳鐵進(jìn)行預(yù)脫氧，然后加0.25％的硅鐵進(jìn)行初脫氧，最后加入0.05％的鋁進(jìn)行終脫氧。

本實(shí)施例中通過減小送電功率來減小熔煉速度，避免因熔煉速度太快導(dǎo)致的金屬液已達(dá)到規(guī)定溫度，但難熔質(zhì)點(diǎn)尚未全部溶解而引起的擴(kuò)散不均勻，繼而導(dǎo)致材料性能不均，同時也能夠避免因過大送電功率引起的在液面上形成駝峰而造成的材料性能下降問題。采用本實(shí)施例中的先采用45KW的功率送電，待爐料全部沉入液面后，減小送電功率至25KW的方式來減慢熔煉速度，不僅提高鐵水成分均勻性，還能避免駝峰，提高材料機(jī)械性能。

步驟S2、澆注，將步驟S1中制得的鐵水澆注到預(yù)制好的模具內(nèi)成型，澆注溫度控制在1380～1400℃，得到鑄件；將澆注溫度控制在該溫度下能夠使得鑄件的沖擊值提高到較佳范圍。

本實(shí)施例中在澆注之后，向感應(yīng)電磁爐內(nèi)加入1.2％的Re和0.06％的B-Fe 進(jìn)行變質(zhì)處理。稀土的加入，不僅可細(xì)化奧氏體，使得碳化物更趨于孤塊狀，而且能夠凈化晶界，改善夾雜物的形態(tài)，從而有效提高材料的沖擊值。同時硼的加入一方面能夠提高碳化物的數(shù)量和硬度，另一方面能夠細(xì)化晶粒并固溶強(qiáng)化奧氏體。因而經(jīng)變質(zhì)處理后，能夠使得該高鉻鑄鐵的硬度和沖擊值大幅度提高，且能夠使其顯微組織明顯細(xì)化。

步驟S3、熱處理，具體包括以下步驟：

步驟(1)、退火：將步驟S2得到的鑄件裝入熱處理爐，將爐內(nèi)溫度先升溫至400-450℃，然后保溫1-2h，然后再升溫至600℃，再保溫1-2h,之后以不超過150℃/h的溫升速度，將爐溫快速升至950℃后進(jìn)行3h的保溫，而后停止加熱，待爐溫自然降至800℃后控制熱處理爐以10～15℃/h的溫降速度將爐溫降至700～720℃，并在此溫度保溫4～6h后停爐；

步驟(2)、淬火：以50℃/h的溫升速度將爐溫升至600℃，且在升溫至200℃、400℃、600℃時分別保溫1.5h，在不同溫度下分別進(jìn)行保溫，能夠使其組織得到充分變化，使其材料性能得到最大程度的提高。然后以100℃/h的溫升速度將爐溫升至淬火溫度970℃后保溫4h；試驗(yàn)選取在箱體淬火介質(zhì)下，分別選取保溫時間為1h、2h、3h、4h、5h進(jìn)行保溫，結(jié)果表明在隨著保溫時間的增大其硬度值先增大后減小，且保溫時間為1h與2h之間硬度值增大幅度較大，在保溫時間為4h時硬度值最高，因而本實(shí)施中選取保溫時間為4h。而另一方面在相同的保溫時間內(nèi)、相同淬火介質(zhì)中，隨著淬火溫度的升高，硬度值也會出現(xiàn)先增大后減小的趨勢，其在淬火溫度為970℃時硬度值出現(xiàn)峰值。

步驟(3)、回火，以200℃回火，之后出爐空冷，即得耐磨高鉻鑄鐵材料。試驗(yàn)中分別選取150℃、200℃、300℃、400℃、500℃進(jìn)行回火處理，其材料硬度值在150℃與200℃之間呈上升趨勢，二在200℃之后則隨著回火溫度的升高，硬度值逐漸降低，因而本實(shí)施例中選取200℃作為回火溫度。

將熱處理后的耐磨高鉻鑄鐵材料經(jīng)電流為60A的等離子表面重熔處理。本實(shí)施例中通過試驗(yàn)，分別檢測不經(jīng)重熔處理、經(jīng)50A電流進(jìn)行重熔處理、經(jīng)60A電流進(jìn)行重熔處理以及經(jīng)70A電流進(jìn)行重熔處理后得到在60A重熔處理后試樣材料的顯微硬度明顯高于其他幾組試樣，因?yàn)橹厝厶幚砜墒沟脢W氏體發(fā)送馬氏體轉(zhuǎn)變，馬氏體的硬度大大高于奧氏體，而且馬氏體可以為碳化物提供更加強(qiáng)有力的支撐，阻止碳化物在磨損時斷裂和剝落，從而大大改善材料硬度和耐磨性能，而采用50A電流處理時，其顯微硬度變化呈降低趨勢，采用70A電流處理時，其因電流過大引起試樣影響區(qū)組織過熱而使其顯微硬度變化呈起伏上升趨勢，只有在60A電流時，其重熔性能最優(yōu)，相對于未經(jīng)重熔的試樣其顯微硬度能夠提高600HV。

實(shí)施例2

同實(shí)施例1，所不同的是原料熔煉時質(zhì)量百分比稱取25Cr、3.2C、1.5Mn、1.1Cu、0.58Mo、0.8Si、0.6Ni，其余為Fe。

總之，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所作的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明專利的涵蓋范圍。