阅读说明：本技术 一种高铬合金铸球及其铸造方法 (A kind of high-chromium alloy cast ball and its casting method ) 是由 蔡发华 于 2019-09-29 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种高铬合金铸球及其铸造方法,该高铬合金铸球中各组分及其重量百分比为：C 1.6-2.5％、Cr 15-19％、Cu 0.7-1.1％、Mn 0.2-0.7％、Mo 0.4-0.8％、V 0.02-0.05％、Y 0.1-0.4％、B 0.7-1.2％、Nb 0.004-0.009％、Ta 0.002-0.007％、P<0.02％、S<0.01％,余量为Fe。其铸造方法,包括以下步骤：1)原料熔炼：将按比例计算好各原料加入到高频感应电炉中进行高温熔炼,炉料完全融化后,加入除渣剂进行除渣,加入0.05％的铝进行脱氧后出炉,出炉过程中随流加入孕育剂；2)浇注成型：浇注温度为1420-1440℃,浇注时间为5-9分钟,得高铬合金铸球初成品；3)将高铬合金铸球初成品进行热处理后得到高铬合金铸球成品。该高铬合金铸球具有优异的耐磨性能和抗冲击性能,硬度高,使用寿命长。(The present invention provides a kind of high-chromium alloy cast ball and its casting method, each component and its weight percent in the high-chromium alloy cast ball are as follows: C 1.6-2.5%, Cr 15-19%, Cu 0.7-1.1%, Mn 0.2-0.7%, Mo 0.4-0.8%, V 0.02-0.05%, Y 0.1-0.4%, B 0.7-1.2%, Nb 0.004-0.009%, Ta 0.002-0.007%, P < 0.02%, S < 0.01%, surplus Fe.Its casting method, the following steps are included: 1) raw material melting: each raw material will be calculated in proportion be added in high-frequency induction furnace and carry out high melt, after furnace charge melts completely, deslagging agent is added to remove the gred, it comes out of the stove after 0.05% aluminium progress deoxidation is added, inovulant is added with stream during coming out of the stove；2) moulding by casting: pouring temperature is 1420-1440 DEG C, and the duration of pouring is 5-9 minutes, obtains high-chromium alloy cast ball first product；3) high-chromium alloy cast ball finished product is obtained after being heat-treated high-chromium alloy cast ball first product.The high-chromium alloy cast ball has excellent wear-resisting property and shock resistance, and hardness is high, long service life.)

一种高铬合金铸球及其铸造方法

技术领域

本发明涉及耐磨材料技术领域，具体涉及一种高铬合金铸球及其铸造方法。

背景技术

人类使用铸铁的历史已经超过2400余年，最早可以追溯至春秋战国时期应用于农业生产的犁铧。然而由于铸铁存在韧性差、易开裂、铸造成型困难等缺陷，在其后很长一段时间内，其应用并未得到广泛推广。20世纪初，受冶炼和铸造技术的进步，科研人员对铸铁做了大量改进，尤其是铸铁的韧性和耐磨性明显提高，至此已发展成为一种重要的耐磨材料。

高铬铸铁作为耐磨金属的代表，因为其组织结构的特点，在硬度、韧性、耐磨料磨损性能和耐油磨损性能等方面拥有优异的综合性能，是一种使用最普遍的耐磨性优异的高合金耐磨材料。铬系耐磨铸铁的分类中通常把含铬低于5％的成为低铬铸铁，含铬5％-11％的成为中铬铸铁，铬量高于12％时，以铁、碳、铬为合金主要成分的变质合金称为高铬铸铁。

磨损是导致零部件消耗与损坏的原因之一，是造成能源和资源双重浪费以及影响安全稳定生产的重要因素。因此，耐磨材料在建材、矿业、化工、农机等生产领域中广泛使用，生物医学、电子信息等特殊产业领域对耐磨材料也有特殊需求。因此，积极探索性能更为出色的耐磨材料成为本领域目前亟待解决的技术问题。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种高铬合金铸球及其铸造方法，该高铬合金铸球具有优异的耐磨性能和抗冲击性能，硬度高，使用寿命长。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种高铬合金铸球，该高铬合金铸球中各组分及其重量百分比为：C 1.6-2.5％、Cr 15-19％、Cu 0.7-1.1％、Mn 0.2-0.7％、Mo 0.4-0.8％、V 0.02-0.05％、Y 0.1-0.4％、B0.7-1.2％、Nb 0.004-0.009％、Ta 0.002-0.007％、P<0.02％、S<0.01％，余量为Fe。

优选的，该高铬合金铸球中各组分及其重量百分比为：C 1.9-2.2％、Cr 16-18％、Cu 0.8-1％、Mn 0.4-0.6％、Mo 0.5-0.7％、V 0.03-0.04％、Y 0.2-0.3％、B 0.9-1.1％、Nb0.005-0.007％、Ta 0.004-0.006％、P<0.02％、S<0.01％，余量为Fe。

优选的，该高铬合金铸球中各组分及其重量百分比为C 2％、Cr 17％、Cu 0.9％、Mn 0.5％、Mo 0.6％、V 0.03％、Y 0.2％、B 1％、Nb 0.006％、Ta 0.005％、P<0.02％、S<0.01％，余量为Fe。

上述高铬合金铸球的铸造方法，包括以下步骤：

1)原料熔炼：将按比例计算好各原料加入到高频感应电炉中进行高温熔炼，炉料完全融化后，加入除渣剂进行除渣，加入0.05％的铝进行脱氧后出炉，出炉过程中随流加入孕育剂；

2)浇注成型：浇注温度为1420-1440℃，浇注时间为5-9分钟，得高铬合金铸球初成品；

3)将高铬合金铸球初成品进行热处理后得到高铬合金铸球成品。

5、如权利要求4所述的高铬合金铸球的铸造方法，步骤1)中，熔炼温度为1430-1510℃，出炉温度为1560-1600℃。

进一步的，步骤1)中孕育剂中各元素质量百分比为Si 60-75％、Ba 7-9％、Ca1.2-1.8％、Sr 3-6％、Re 0.4-1.1％、Mg 0.5-1％、P<0.02％、S<0.01％，余量为铁以及不可避免的微量元素。

进一步的，步骤3)中热处理工艺为：

1)退火：将浇注后得到的高铬合金铸球初成品空冷至室温；

2)一次淬火：将步骤1)冷却后的铸球入炉，以100-140℃/h的升温速率升温至880-920℃，保温1-3h后，同时采用风冷和水冷降温至330-360℃；

3)二次淬火：将经过步骤1)处理后的铸球入炉以120-130℃/h的升温速率升温至800-850℃，保温6-8h后，经油冷降温至240-270℃。

4)回火：将经过步骤2)处理后的铸球入炉以140℃/h的升温速率升温至520-550℃，保温12-15h后，水冷降温至180-200℃时，空冷降至室温。

(三)有益效果

本发明提供了一种高铬合金铸球及其铸造方法，在高铬合金铸球的配方中，硼原子与碳原子的半径相差较小，可以置换出基体中碳原子，使得熔融金属液中碳原子增加，有利于提高高铬铸铁的形核率，还可与碳等形成硬质碳化物，提高高铬合金铸球的硬度和耐磨性；钇可提高合金铸球的强度，提高钝化能力，形成更具保护性的钝化膜；铜可以增强基体的致密度，强化组织，提高合金的硬度；锰可以降低奥氏体向珠光体转变的温度，具有强烈的稳定奥氏体的作用，使淬火后的合金铸球中留有大量的残留奥氏体，尤其是与铜、钼配合，可明显提高合金铸球的淬透性，具有协同增效的作用，进一步提高其耐磨性能。钼还能与碳形成钼碳化合物，进一步提高合金铸球的硬度。钒可以细化晶体，可形成高硬度高耐磨性的VC，利于提高合金铸球的性能，另外本发明中，碳铬的合理配比使得钒、钼对合金铸球基体的作用效果更好。

本发明高铬合金铸球在铸造时，通过向熔液中加入孕育剂进行孕育处理，可改善石墨形态和分布状况，增加共晶团数量，细化基体组织，提高铸球的力学性能。本发明热处理工艺采用退活、二次淬火和回火进行处理，经过上述处理后的铸球内部组织平衡，晶粒更细，部分奥氏体转变为马氏体，使得本发明铸球在具有优异的耐磨性和抗冲击性能同时硬度高，力学性能更好，使用寿命长。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

一种高铬合金铸球，该高铬合金铸球中各组分及其重量百分比为C 2％、Cr 17％、Cu 0.9％、Mn 0.5％、Mo 0.6％、V 0.03％、Y 0.2％、B 1％、Nb 0.006％、Ta 0.005％、P<0.02％、S<0.01％，余量为Fe。

上述高铬合金铸球的铸造方法，包括以下步骤：

1)原料熔炼：将按比例计算好各原料加入到高频感应电炉中进行高温熔炼，熔炼温度为1480℃，炉料完全融化后，加入除渣剂进行除渣，加入0.05％的铝进行脱氧后出炉，出炉温度为1580℃，出炉过程中随流加入孕育剂，该孕育剂中各元素质量百分比为Si65％、Ba 8％、Ca 1.5％、Sr 5％、Re 0.8％、Mg 0.6％、P<0.02％、S<0.01％，余量为铁以及不可避免的微量元素；

2)浇注成型：浇注温度为1430℃，浇注时间为8分钟，得高铬合金铸球初成品；

3)将高铬合金铸球初成品进行热处理后得到高铬合金铸球成品。

上述热处理工艺具体为：

1)退火：将浇注后得到的高铬合金铸球初成品空冷至室温；

2)一次淬火：将步骤1)冷却后的铸球入炉，以120℃/h的升温速率升温至900℃，保温2h后，同时采用风冷和水冷降温至350℃；

3)二次淬火：将经过步骤1)处理后的铸球入炉以125℃/h的升温速率升温至820℃，保温7h后，经油冷降温至260℃。

4)回火：将经过步骤2)处理后的铸球入炉以140℃/h的升温速率升温至530℃，保温14h后，水冷降温至190℃时，空冷降至室温。

实施例2：

一种高铬合金铸球，该高铬合金铸球中各组分及其重量百分比为：C 1.8％、Cr18％、Cu 1％、Mn 0.4％、Mo 0.5％、V 0.04％、Y 0.3％、B 0.8％、Nb 0.005％、Ta0.003％、P<0.02％、S<0.01％，余量为Fe。

上述高铬合金铸球的铸造方法，包括以下步骤：

1)原料熔炼：将按比例计算好各原料加入到高频感应电炉中进行高温熔炼，熔炼温度为1450℃，炉料完全融化后，加入除渣剂进行除渣，加入0.05％的铝进行脱氧后出炉，出炉温度为1570℃，出炉过程中随流加入孕育剂，该孕育剂中各元素质量百分比为Si70％、Ba 7％、Ca 1.3％、Sr 5％、Re 0.6％、Mg 0.7％、P<0.02％、S<0.01％，余量为铁以及不可避免的微量元素；

2)浇注成型：浇注温度为1440℃，浇注时间为7分钟，得高铬合金铸球初成品；

3)将高铬合金铸球初成品进行热处理后得到高铬合金铸球成品。

上述热处理工艺具体为：

1)退火：将浇注后得到的高铬合金铸球初成品空冷至室温；

2)一次淬火：将步骤1)冷却后的铸球入炉，以140℃/h的升温速率升温至880℃，保温3h后，同时采用风冷和水冷降温至360℃；

3)二次淬火：将经过步骤1)处理后的铸球入炉以120℃/h的升温速率升温至850℃，保温8h后，经油冷降温至270℃。

4)回火：将经过步骤2)处理后的铸球入炉以140℃/h的升温速率升温至520℃，保温12h后，水冷降温至180℃时，空冷降至室温。

实施例3：

一种高铬合金铸球，该高铬合金铸球中各组分及其重量百分比为：C 1.6％、Cr18％、Cu 0.7％、Mn 0.6％、Mo 0.4％、V 0.04％、Y 0.1％、B 0.3％、Nb 0.004％、Ta0.006％、P<0.02％、S<0.01％，余量为Fe。

上述高铬合金铸球的铸造方法，包括以下步骤：

1)原料熔炼：将按比例计算好各原料加入到高频感应电炉中进行高温熔炼，熔炼温度为1500℃，炉料完全融化后，加入除渣剂进行除渣，加入0.05％的铝进行脱氧后出炉，出炉温度为1560℃，出炉过程中随流加入孕育剂，该孕育剂中各元素质量百分比为Si60％、Ba 8％、Ca 1.2％、Sr 5％、Re 0.4％、Mg 0.8％、P<0.02％、S<0.01％，余量为铁以及不可避免的微量元素；

2)浇注成型：浇注温度为1420℃，浇注时间为5分钟，得高铬合金铸球初成品；

3)将高铬合金铸球初成品进行热处理后得到高铬合金铸球成品。

上述热处理工艺具体为：

1)退火：将浇注后得到的高铬合金铸球初成品空冷至室温；

2)一次淬火：将步骤1)冷却后的铸球入炉，以100℃/h的升温速率升温至920℃，保温1h后，同时采用风冷和水冷降温至360℃；

3)二次淬火：将经过步骤1)处理后的铸球入炉以130℃/h的升温速率升温至800℃，保温6h后，经油冷降温至240℃。

4)回火：将经过步骤2)处理后的铸球入炉以140℃/h的升温速率升温至550℃，保温15h后，水冷降温至200℃时，空冷降至室温。

实施例4：

一种高铬合金铸球，该高铬合金铸球中各组分及其重量百分比为：C 2.5％、Cr16％、Cu 1.1％、Mn 0.4％、Mo 0.8％、V 0.03％、Y 0.4％、B 0.9％、Nb 0.005％、Ta0.004％、P<0.02％、S<0.01％，余量为Fe。

上述高铬合金铸球的铸造方法，包括以下步骤：

1)原料熔炼：将按比例计算好各原料加入到高频感应电炉中进行高温熔炼，熔炼温度为1510℃，炉料完全融化后，加入除渣剂进行除渣，加入0.05％的铝进行脱氧后出炉，出炉温度为1600℃，出炉过程中随流加入孕育剂，该孕育剂中各元素质量百分比为Si75％、Ba 7％、Ca 1.8％、Sr4％、Re 1.1％、Mg 0.7％、P<0.02％、S<0.01％，余量为铁以及不可避免的微量元素；

2)浇注成型：浇注温度为1425℃，浇注时间为9分钟，得高铬合金铸球初成品；

3)将高铬合金铸球初成品进行热处理后得到高铬合金铸球成品。

上述热处理工艺同实施例1。

实施例5：

一种高铬合金铸球，该高铬合金铸球中各组分及其重量百分比为：C 1.9％、Cr19％、Cu 0.8％、Mn 0.7％、Mo 0.5％、V 0.05％、Y 0.2％、B 1.2％、Nb 0.005％、Ta0.007％、P<0.02％、S<0.01％，余量为Fe。

上述高铬合金铸球的铸造方法，包括以下步骤：

1)原料熔炼：将按比例计算好各原料加入到高频感应电炉中进行高温熔炼，熔炼温度为1430℃，炉料完全融化后，加入除渣剂进行除渣，加入0.05％的铝进行脱氧后出炉，出炉温度为1565℃，出炉过程中随流加入孕育剂，该孕育剂中各元素质量百分比为Si64％、Ba 9％、Ca 1.4％、Sr 6％、Re 0.7％、Mg 1％、P<0.02％、S<0.01％，余量为铁以及不可避免的微量元素；

2)浇注成型：浇注温度为1435℃，浇注时间为6分钟，得高铬合金铸球初成品；

3)将高铬合金铸球初成品进行热处理后得到高铬合金铸球成品。

上述热处理工艺同实施例1。

实施例6：

一种高铬合金铸球，该高铬合金铸球中各组分及其重量百分比为：C 2.2％、Cr15％、Cu 1％、Mn 0.2％、Mo 0.7％、V 0.05％、Y 0.3％、B 0.7％、Nb 0.007％、Ta0.002％、P<0.02％、S<0.01％，余量为Fe。

上述高铬合金铸球的铸造方法，包括以下步骤：

1)原料熔炼：将按比例计算好各原料加入到高频感应电炉中进行高温熔炼，熔炼温度为1440℃，炉料完全融化后，加入除渣剂进行除渣，加入0.05％的铝进行脱氧后出炉，出炉温度为1575℃，出炉过程中随流加入孕育剂，该孕育剂中各元素质量百分比为Si71％、Ba 7％、Ca 1.7％、Sr 3％、Re 1％、Mg 0.5％、P<0.02％、S<0.01％，余量为铁以及不可避免的微量元素；

2)浇注成型：浇注温度为1440℃，浇注时间为8分钟，得高铬合金铸球初成品；

3)将高铬合金铸球初成品进行热处理后得到高铬合金铸球成品。

上述热处理工艺同实施例1。

对本发明实施例1-6制备的高铬合金铸球进行性能检测，经检测，上述实施例1-6制备的高铬合金铸球中硬度最低可达65HRC，耐冲击次数最小可达20000次，冲击值≥5.2J/cm²。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。