一种纳米贝氏体基体耐磨合金及其制备方法

本发明涉及耐磨合金钢，具体涉及一种纳米贝氏体基体耐磨合金及其制备方法。

背景技术：

1、高钒耐磨合金用于制造矿山中的锤头与破碎机耐磨衬板，其强化相为碳化钒(vc)和m2c型碳化物，高硬度的碳化物使该种材料具备优异的耐磨性，其常规热处理工艺为淬火+回火，获得的基体组织为回火马氏体，通过这种热处理方式可以进一步提升材料硬度，但将损失材料的韧性，无法保证材料在低、中冲击下的冲击磨损性能。英国剑桥大学的bhadeshia与其研究团队通过等温淬火，在高碳高硅钢中获得了具有超高密度位错结构的纳米贝氏体组织，该组织同时具备超高强度与良好的塑韧性。目前对纳米贝氏体组织的研究较少涉及高钒耐磨合金领域，鉴于该组织优异的综合力学性能，改变高钒耐磨合金的常规基体组织类型，研发一种硬度高且韧性、耐磨损性能良好的高钒耐磨合金对于提高材料的整体性能、延长材料的使用寿命具有重要意义。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种纳米贝氏体基体耐磨合金，该纳米贝氏体基体耐磨合金是一种硬度高，韧性、耐磨损性能较好的高钒耐磨合金。

2、本发明的目的还在于提供一种上述纳米贝氏体基体耐磨合金的制备方法。

3、为了实现上述目的，本发明纳米贝氏体基体耐磨合金采取的技术方案为：

4、一种纳米贝氏体基体耐磨合金，其化学成分质量百分比如下：c：3.00％-3.10％、si：2.00％-2.50％、mn：0.50％-1.00％、cr：3.50％-4.50％、mo：2.50％-3.00％、v：9.50％-10.00％、s≤0.050％、p≤0.050％，其余为fe和不可避免的杂质；

5、进一步的，该纳米贝氏体基体耐磨合金的金相组织包括碳化物和纳米贝氏体基体，其中碳化物包括vc和m2c型碳化物；

6、进一步的，该纳米贝氏体基体耐磨合金的硬度为53.5hrc～59.3hrc，无缺口试样的冲击韧性在4.3j·cm-2至5.9j·cm-2。

7、本发明的纳米贝氏体基体耐磨合金的制备方法所采用的技术方案为：

8、一种纳米贝氏体基体耐磨合金的制备方法，包括如下步骤：

9、(1)炼钢：按照所述纳米贝氏体基体耐磨合金的化学成分质量百分比：c：3.00％-3.10％、si：2.00％-2.50％、mn：0.50％-1.00％、cr：3.50％-4.50％、mo：2.50％-3.00％、v：9.50％-10.00％、s≤0.050％、p≤0.050％、其余为fe和不可避免的杂质的设计要求，计算各种炉料比例、将炉料放入熔炼炉中熔炼并浇注成铸锭；

10、(2)热处理：将所述铸锭加热至一定温度并保温，之后迅速放入盐浴炉中等温保持一段时间，然后出炉空冷至室温。

11、进一步的，所述熔炼炉为中频感应熔炼炉。

12、进一步的，步骤(2)中将所述铸锭加热至1000℃，保温时间为60min。

13、进一步的，盐浴炉温度为200℃～300℃，等温保持时间为48～96h。

14、所述纳米贝氏体基体耐磨合金的合金化及物理冶金原理是：si抑制等温淬火热处理过程中碳化物从贝氏体铁素体片中析出，c提高铁素体与奥氏体的固溶度提高强度、降低贝氏体转变温度以获得纳米贝氏体，v，cr，mo促进vc及m2c碳化物的形成并提高淬透性和固溶强化。

15、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

16、(1)本发明制备的纳米贝氏体基体耐磨合金，可获得厚度在纳米级别的板条状贝氏体铁素体片和薄膜状残余奥氏体组织组成的纳米贝氏体组织，贝氏体铁素体片内部没有碳化物析出，纳米贝氏体基体与基体中的vc和m2c型碳化物良好结合，材料的硬度高，冲击韧性、耐磨料磨损性能良好；

17、(2)所述纳米贝氏体基体耐磨合金可具有硬度为59.3hrc且冲击韧性为5.6j·cm-2的良好综合力学性能；贝氏体含量与残奥含量分别为50.9％和19.1％，该纳米贝氏体基体合金可在压力为3.54mpa、磨料粒度为14μm的条件下表现出较好的耐磨料磨损性能，相对耐磨性是相同条件下高铬铸铁的2.4-2.7倍；

18、(3)本发明制备工艺流程简单易行、工艺参数易于控制。

技术特征：

1.一种纳米贝氏体基体耐磨合金，其特征在于，其化学成分质量百分比如下：c：3.00％-3.10％、si：2.00％-2.50％、mn：0.50％-1.00％、cr：3.50％-4.50％、mo：2.50％-3.00％、v：9.50％-10.00％、s≤0.050％、p≤0.050％，其余为fe和不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的纳米贝氏体基体耐磨合金，其特征在于：该纳米贝氏体基体耐磨合金的金相组织包括碳化物和纳米贝氏体基体，其中碳化物包括vc和m2c型碳化物。

3.如权利要求1所述的纳米贝氏体基体耐磨合金，其特征在于：该纳米贝氏体基体耐磨合金的硬度为53.5hrc～59.3hrc，冲击韧性为4.3j·cm-2～5.9j·cm-2。

4.一种如权利要求1所述的纳米贝氏体基体耐磨合金的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

5.如权利要求4所述的纳米贝氏体基体耐磨合金的制备方法，其特征在于：所述熔炼炉为中频感应熔炼炉。

6.如权利要求4所述的纳米贝氏体基体耐磨合金的制备方法，其特征在于：步骤(2)中将所述铸锭加热至1000℃，保温时间为60min。

7.如权利要求4所述的纳米贝氏体基体耐磨合金的制备方法，其特征在于：盐浴炉温度为200℃～300℃，等温保持时间为48～96h。

技术总结
本发明涉及一种纳米贝氏体基体耐磨合金及其制备方法，纳米贝氏体基体耐磨合金的化学成分质量百分比如下：C：3.00％‑3.10％、Si：2.00％‑2.50％、Mn：0.50％‑1.00％、Cr：3.50％‑4.50％、Mo：2.50％‑3.00％、V：9.50％‑10.00％、S≤0.050％、P≤0.050％，其余为Fe和不可避免的杂质，该合金的制备方法为先炼钢再进行热处理。本发明的纳米贝氏体基体耐磨合金可获得厚度在纳米级别的板条状贝氏体铁素体片和薄膜状残余奥氏体组织组成的纳米贝氏体组织，贝氏体铁素体片内部没有碳化物析出，材料的硬度高，冲击韧性、耐磨料磨损性能良好。

技术研发人员：徐流杰,冷婉晴,李洲,魏世忠,江涛,陈冲,谢红申,赵云超,张浩强
受保护的技术使用者：河南科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15