專利名稱：：一種顆粒彌散強(qiáng)化中錳鋼及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種顆粒彌散強(qiáng)化中錳鋼，具體涉及一種TiC顆粒彌散強(qiáng)化中錳鋼及其制備方法。
背景技術(shù)：
：目前，提高材料的耐磨性仍是國內(nèi)外同行研究的熱點(diǎn)與難點(diǎn)。我國僅在礦山、冶金、電力、煤炭和農(nóng)機(jī)行業(yè)不完全統(tǒng)計(jì)，工件磨損造成經(jīng)濟(jì)損失每年400億元。因磨損造成的經(jīng)濟(jì)損失約占各國國民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的2%以上，全世界每年因摩擦磨損造成的資源損失近2000億美元。中錳鋼是在高錳鋼的基礎(chǔ)上研制出的一種抗磨材料，它在沖擊擠壓條件下，在鋼的表面產(chǎn)生加工硬化，使工件表面的耐磨性提高，而心部仍保持較高的韌性，表現(xiàn)出表硬里韌的綜合的機(jī)械性能。但是適用于干式碾碎機(jī)墊板等工件的中錳鋼硬度尚且不夠高，耐磨性滿足不了使用要求，所以其應(yīng)用受到一定的限制。本項(xiàng)發(fā)明就是在中錳鋼基體中通過原位反應(yīng)合成TiC顆粒，從而在中錳鋼表面加工硬化不完全的情況下提高其耐磨性，從而提高工件的使用壽命、降低其成本。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對上述技術(shù)問題，提供了一種TiC顆粒分布均勻、致密度高、耐磨性好、強(qiáng)度增加的顆粒彌散強(qiáng)化中錳鋼及其制備方法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案為—種TiC顆粒彌散強(qiáng)化中錳鋼，由中錳鋼基體和均勻分布的TiC組成，成分配方為Mn:6.011.0%，C:0.92.8%，Cr:<2.5%，Si:<1.0%，P:<0.07%，S<0.05%，Ti:0.256.0%，余量為Fe?！N制備上述顆粒彌散強(qiáng)化中錳鋼的方法，制備步驟為a.制備含鈦和碳的預(yù)制塊按照鈦、碳質(zhì)量比為4:(0.8-l)，取鈦粉和碳粉，在其中加入鈦碳粉總質(zhì)量(20-60)%的鐵粉并混合均勻后壓實(shí)成塊，所有粉體的粒度均為100-200目;b.制備中錳鋼基體合金以步驟a中Ti的含量為基準(zhǔn)，按照權(quán)利要求1所述的Mn、Cr配比，計(jì)算出顆粒彌散強(qiáng)化中錳鋼中Mn、Cr的最終含量，作為制備中錳鋼基體合金的Mn、Cr加入量；以步驟a中Ti的含量為基準(zhǔn)，按照權(quán)利要求1所述的C、Fe配比，計(jì)算出顆粒彌散強(qiáng)化中錳鋼中C、Fe的最終含量，由顆粒彌散強(qiáng)化中錳鋼中C、Fe的最終含量分別減去步驟a中用于制備含鈦和碳的預(yù)制塊時(shí)C、Fe的加入量得到用于制備中錳鋼基體合金的C、Fe的加入量；按照Mn、Cr、C及Fe的加入量將Mn、Cr、C及Fe置于中頻感應(yīng)爐中進(jìn)行熔煉，并將Si、P及S控制在Si:<1.0%，P:<0.07%，S<0.05%;c.待基體合金熔煉完成后，改變溫度至1540-160(TC，將步驟a所得預(yù)制塊加入爐3中，待預(yù)制塊熔于熔體后，即可將爐中的合金液澆注入預(yù)先做好的模型中。本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)1.TiC在中錳鋼熔體中通過鈦粉和碳粉的原位反應(yīng)合成，操作方便，容易控制；2.材料的熔煉采用中頻感應(yīng)爐，無需真空，易于進(jìn)行規(guī)?；a(chǎn)與實(shí)際應(yīng)用；3.由附圖l可見，本發(fā)明通過Ti和C在熔體中原位合成所獲得的TiC顆粒細(xì)小、均勻，與基體結(jié)合良好，避免了直接外加TiC顆粒方法所產(chǎn)生的潤濕性差、易污染、界面結(jié)合不好、顆粒偏聚，易分布在晶界等缺點(diǎn)；TiC增強(qiáng)顆粒是在中錳鋼基體中原位形核、長大的熱力學(xué)穩(wěn)定相，因此，基體與TiC顆粒的相容性好、界面穩(wěn)定和結(jié)合牢固，能有效的傳遞應(yīng)力，材料的綜合力學(xué)性能好。4.耐磨性高，在多種試驗(yàn)條件下，與未加TiC的中錳鋼基體相比，TiC彌散強(qiáng)化中錳鋼耐磨損性能要好；5.強(qiáng)度高，與未加TiC的中錳鋼基體相比，TiC彌散強(qiáng)化中錳鋼的強(qiáng)度要高；6.性能可調(diào)性好，即可以根據(jù)使用的實(shí)際要求，改變TiC顆粒的加入量，形成不同性能(強(qiáng)度、硬度、塑性及耐磨性)的材料。圖1為加入TiC后水韌處理過的強(qiáng)化鋼金相組織圖，圖中白色至灰色的基體為奧氏體組織，其中分布的均勻、細(xì)小的粒狀物即為TiC顆粒。圖2為未加入TiC的水韌處理過的中錳鋼基體金相組織圖，圖中灰色的基體為奧氏體組織，黑色顆粒為雜質(zhì)。具體實(shí)施方式實(shí)施例1—種顆粒彌散強(qiáng)化中錳鋼，由中錳鋼基體和均勻分布其中的TiC顆粒相組成，成分配方為:Mn:6.011.0%，C:0.92.8%，Cr:<2.5%，Si:<1.0%，P:<0.07%，S<0.05%，Ti:0.256.0%，余量為Fe。如在本實(shí)施例中，Mn的配比可為6.0%、11.0%、7.2%或8.9%，C的配比可為0.9%、2.8%、1.3%或2.1%，Cr的配比可為2.4%、1.9%或1.3%，Ti的配比可為0.25%、6.0%、2.89%或5.13%。實(shí)施例2—種顆粒彌散強(qiáng)化中錳鋼，由中錳鋼基體和均勻分布其中的TiC顆粒相組成。中錳鋼基體成分配方為:Mn:9.0%，Cr:2.0%，C:1.0%，Si:0.3%，P:0.05%，S:0.04%，余量為Fe，加入TiC預(yù)制塊的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%。采用本發(fā)明所述方法，制備了TiC顆粒彌散強(qiáng)化中錳鋼材料(2#)，同時(shí)也對比試驗(yàn)了中錳鋼基體合金(1#)，具體成分列于表1中。實(shí)施例3—種顆粒彌散強(qiáng)化中錳鋼，由中錳鋼基體和均勻分布其中的TiC顆粒相組成。中錳鋼基體成分配方為:Mn:9.0%，Cr:2.0%，C:1.0%，Si:0.3%，P:0.05%，S:0.04%，余量為Fe，加入TiC預(yù)制塊的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.0%。采用本發(fā)明所述方法，制備了TiC顆粒彌散強(qiáng)化中錳鋼材料(3#)，同時(shí)也對比試驗(yàn)了中錳鋼基體合金(1#)，具體成分列于表1中。實(shí)施例4—種顆粒彌散強(qiáng)化中錳鋼，由中錳鋼基體和均勻分布其中的TiC顆粒相組成。中錳鋼基體成分配方為:Mn:9.0%，Cr:2.0%，C:1.0%，Si:0.3%，P:0.05%，S:0.04%，余量為Fe，加入TiC預(yù)制塊的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.0%。表2中列出了實(shí)施例2、3、4中1#、2#、3#、4#四種材料的力學(xué)性能，從表可見，在基體合金基礎(chǔ)上引入了TiC后，中錳鋼的強(qiáng)度和硬度都得到了大幅度的提高，這對于磨損工件是十分重要的。表3中列出了在匪-2000磨損試驗(yàn)機(jī)上所測得的實(shí)施例2、3、4中1#、2#、3#、4#四種材料的磨損量。其中四種材料均經(jīng)過105(TC水韌處理，摩擦副采用淬火GCr15鋼(HRC60)，線速度0.47m/s。試驗(yàn)條件為a.油潤滑，試驗(yàn)時(shí)間40min，載荷500N;b.水潤滑，試驗(yàn)時(shí)間40min，載荷IOON。從表可見，無論是油潤滑還是水潤滑，在基體鋼中加入了TiC后磨損量大幅度下降，即耐磨損性能大幅度提高了。表1幾種材料的化學(xué)成分<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>表3幾種材料在不同磨損條件下的磨損體積(mm3)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>權(quán)利要求一種顆粒彌散強(qiáng)化中錳鋼，由中錳鋼基體和均勻分布其中的TiC顆粒相組成，成分配方為Mn6.0～11.0％，C0.9～2.8％，Cr＜2.5％，Si＜1.0％，P＜0.07％，S＜0.05％，Ti0.25～6.0％，余量為Fe。2.—種制備權(quán)利要求1所述顆粒彌散強(qiáng)化中錳鋼的方法，其特征在于制備步驟為a.制備含鈦和碳的預(yù)制塊按照鈦、碳質(zhì)量比為4:(0.8-l)，取鈦粉和碳粉，在其中加入鈦碳粉總質(zhì)量(20-60)%的鐵粉并混合均勻后壓實(shí)成塊，所有粉體的粒度均為100-200目；b.制備中錳鋼基體合金以步驟a中Ti的含量為基準(zhǔn)，按照權(quán)利要求1所述的Mn、Cr配比，計(jì)算出顆粒彌散強(qiáng)化中錳鋼中Mn、Cr的最終含量，作為制備中錳鋼基體合金的Mn、Cr加入量；以步驟a中Ti的含量為基準(zhǔn)，按照權(quán)利要求1所述的C、Fe配比，計(jì)算出顆粒彌散強(qiáng)化中錳鋼中C、Fe的最終含量，由顆粒彌散強(qiáng)化中錳鋼中C、Fe的最終含量分別減去步驟a中用于制備含鈦和碳的預(yù)制塊時(shí)C、Fe的加入量得到用于制備中錳鋼基體合金的C、Fe的加入量；按照Mn、Cr、C及Fe的加入量將Mn、Cr、C及Fe置于中頻感應(yīng)爐中進(jìn)行熔煉，并將Si、P及S控制在Si:<1.0%，P:<0.07%，S<0.05%;c.待基體合金熔煉完成后，改變溫度至1540-160(TC，將步驟a所得預(yù)制塊加入爐中，待預(yù)制塊熔于熔體后，即可將爐中的合金液澆注入預(yù)先做好的模型中。全文摘要一種中錳鋼及其制備方法?；瘜W(xué)成分Mn6.0～11.0％，C0.9～2.8％，Cr＜2.5％，Si＜1.0％，P＜0.07％，S＜0.05％，Ti0.25～6.0％，余量為Fe。按鈦、碳質(zhì)量比為4∶(0.8-1)，取鈦粉和碳粉，加入鈦碳粉總質(zhì)量(20-60)％的鐵粉，混合后壓實(shí)成預(yù)制塊。以Ti含量為基準(zhǔn)，按Mn、Cr比，計(jì)算出Mn、Cr的最終含量，作為制備中錳鋼基體合金的Mn、Cr加入量；以上述Ti的含量為基準(zhǔn)，按照上述的C、Fe配比，計(jì)算出C、Fe的最終含量，由C、Fe的最終含量分別減去預(yù)制塊中C、Fe的加入量得到C、Fe的加入量。按Mn、Cr、C及Fe的加入量將Mn、Cr、C及Fe置爐中熔煉，將Si、P及S控制在Si＜1.0％，P＜0.07％，S＜0.05％。改變溫度至1540-1600℃，將烘干的預(yù)制塊加入爐中，熔化后注入模型。文檔編號(hào)C22C38/38GK101787494SQ200910184858公開日2010年7月28日申請日期2009年10月16日優(yōu)先權(quán)日2009年10月16日發(fā)明者倪自飛,周健,姚思佳,孫揚(yáng)善,白晶,薛烽申請人:東南大學(xué)