铁-钒-铬耐磨合金及其制备方法转让专利
申请号 : CN201510532090.3
文献号 : CN105039833B
文献日 : 2017-03-29
发明人 : 符寒光 , 杨勇维 , 蒋志强 , 冯锡兰 , 魏永强 , 刘元朋 , 魏永辉 , 刘建伟 , 文振华 , 王振 , 侯军兴 , 冯宪章
申请人 : 北京工业大学
摘要 :
铁-钒-铬耐磨合金及其制备方法，属于耐磨材料制备领域。采用电炉熔炼，首先在电炉中熔炼中铬铸铁铁水，中铬铸铁铁水的化学组成及质量分数是3.8-4.0％C,8.5-9.0％Cr,2.1-2.4％Mn,1.0-1.2％Ni,0.8-1.0％Mo,1.6-1.8％Nb,0.5-0.8％Si,0.035-0.065％Al,
权利要求 :
1.一种铁-钒-铬耐磨合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
①首先在电炉中熔炼中铬铸铁铁水，中铬铸铁铁水的化学组成及质量分数是3.8-
4.0％C,8.5-9.0％Cr,2.1-2.4％Mn,1.0-1.2％Ni,0.8-1.0％Mo,1.6-1.8％Nb,0.5-0.8％Si,0.035-0.065％Al,<0.04％S,<0.04％P,余量Fe,当中铬铸铁铁水温度升至1620-1645℃时，加入尺寸为30-45mm且在真空加热电炉中加热至1100-1150℃并保温2.0-3.5小时的钒铁颗粒，钒铁颗粒加入量占炉内中铬铸铁铁水质量分数的10-12％，钒铁颗粒加入炉内4-6分钟后，加入占炉内金属熔液质量分数0.35-0.50％的硅钡钙合金，当金属熔液温度达到
1580-1605℃时，将上述金属熔液出炉到浇包，并在金属熔液出炉过程中，随金属熔液流加入尺寸为18-25mm的钒铁颗粒，钒铁颗粒加入量占进入浇包内金属熔液质量分数的0.8-
1.0％；
②将浇包内的金属熔液扒渣，当温度降至1430-1455℃，将金属熔液浇入铸型，金属熔液浇注过程中，随金属熔液流加入颗粒尺寸3-6mm的氮化钒铁和钛铁，氮化钒铁颗粒和钛铁颗粒加入量分别占进入铸型内金属熔液质量分数的0.15-0.25％和0.10-0.18％，铸件浇注完毕2-4小时后，开箱取出铸件，经打磨清砂后，入炉加热至180-210℃，保温18-20小时后出炉空冷至室温，即可获得铁-钒-铬耐磨合金；
所述钒铁的化学成分及质量分数为:78.0-83.0％V,<2.0％Si,<1.5％Al,<0.06％C,<
0.05％S,<0.05％P,余量为Fe及不可避免杂质；
所述硅钡钙合金的化学成分及质量分数为:65.0-70.0％Si,1.5-3.0％Ca,4.5-6.0％Ba,C<0.20％,余量为Fe及不可避免杂质；
所述钛铁的化学成分及质量分数为：38-42％Ti,<5.0％Al,<2.5％Si,<0.02％P,<
0.20％Cu,<0.10％C,<0.02％S,<2.5％Mn,余量Fe；
所述氮化钒铁的化学成分及质量分数为：53-58％V,10-12％N,<0.6％C,<2.5％Si,<
0.08％P,<0.05％S,<2.0％Al,余量Fe。
2.按照权利要求1的方法制备得到的铁-钒-铬耐磨合金。
说明书 :
铁-钒-铬耐磨合金及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明公开了一种耐磨合金及其制备方法，特别涉及含铁-钒-铬的耐磨合金及其制备方法，属于耐磨材料制备领域。
背景技术
[0002] 高铬铸铁是一种优异的耐磨材料，其耐磨性好的主要原因是其基体组织中含有高硬度的M7C3型碳化物。但是，高铬铸铁也存在脆性大以及在抵抗硬磨料磨损工矿下耐磨性略显不足等劣势，为了提高高铬铸铁耐磨性，中国发明专利CN104651705公开了一种过共晶耐磨高铬铸铁及其制备方法，采用感应电炉熔炼废钢、增碳剂、铬铁、铌铁、钒铁、硅铁、锰铁、硼铁、金属铝等炉料，得到过共晶高铬铸铁铁水，铁水出炉过程中，随铁水流加入颗粒尺寸为8～15mm的钒铁颗粒、钛铁颗粒和硅铁颗粒，加入量分别为进入浇包内铁水质量分数的1.2～1.5％、0.8～1.0％和0.6～0.8％。中国发明专利CN 104357735还公开了高铬铸铁以重量百分比计的化学成分包括：C：2.3～2.7﹪，Cr：14～16﹪，Mo：0.4～0.6﹪，Ni：0.3～
0.5﹪，Cu：0.3～0.5﹪，Si：0.8～1.3﹪，Mn：0.6～1.0﹪，S≤0.04﹪，P≤0.04﹪；其余为Fe。
高铬铸铁制备方法包括在熔炼炉内熔炼形成合金液经脱氧处理后，加入占合金液总重量
0.3～0.6﹪的复合孕育剂和0.1～0.2﹪的复合变质剂，进行第一次孕育变质处理，并将合金液倾倒加入浇包内进行第二次孕育变质处理，浇包内预置有占合金液总重量0.2～0.4﹪的复合孕育剂和0.3～0.6﹪的复合变质剂，复合孕育剂为Ti-V-CaO-BaCO3-Zn复合孕育剂，复合变质剂为稀土硅铁合金变质剂。此制备方法能提高孕育变质组织的抗衰退能力，以使高铬铸铁具有较佳的抗弯强度和耐磨性能。中国发明专利CN 104195420还公开了一种高铬铸铁耐磨材料及热处理方法，以铁为主要原料，并配以碳、硅、锰、硫、磷、铬、钼、镍、铜为辅助原料，配制后熔炼铸造而成，其特征在于，熔液中各化学成分重量百分数具体为：C2.9-
3.1％，Si0.5-0.8％，Mn0.8-1.0％，S0.02-0.05％，P0.02-0.05％，Cr19-21％，Mo1.7-
1.9％，Ni0.5-0.7％，Cu0.2-0.5％，余量为Fe。中国发明专利CN 104131219还公开了一种高铬铸铁铸件，由如下成分及其质量百分比组成：C：3.05-3.1％、Mn：0.76-0.8％、Si：0.6-
0.7％、Cr：10.6-11％、B：1.2-1.4％、Cu：0.08-0.1％、V：1.2-1.4％、Ni：0.06-0.08％、P：≤
0.02％、S：≤0.02％，余量为Fe。该发明通过合理改善高铬铸铁铸件的各成分配比，通过合理的熔炼、浇铸、热处理等加工工艺，提高了铸件的强度、韧性、耐磨性，通过浇铸时间、砂型温度的控制，防止缩松、缩孔的产生，也提高了铸件的韧性和耐磨性，抗拉强度为480-
500MPa。
0.5﹪，Cu：0.3～0.5﹪，Si：0.8～1.3﹪，Mn：0.6～1.0﹪，S≤0.04﹪，P≤0.04﹪；其余为Fe。
高铬铸铁制备方法包括在熔炼炉内熔炼形成合金液经脱氧处理后，加入占合金液总重量
0.3～0.6﹪的复合孕育剂和0.1～0.2﹪的复合变质剂，进行第一次孕育变质处理，并将合金液倾倒加入浇包内进行第二次孕育变质处理，浇包内预置有占合金液总重量0.2～0.4﹪的复合孕育剂和0.3～0.6﹪的复合变质剂，复合孕育剂为Ti-V-CaO-BaCO3-Zn复合孕育剂，复合变质剂为稀土硅铁合金变质剂。此制备方法能提高孕育变质组织的抗衰退能力，以使高铬铸铁具有较佳的抗弯强度和耐磨性能。中国发明专利CN 104195420还公开了一种高铬铸铁耐磨材料及热处理方法，以铁为主要原料，并配以碳、硅、锰、硫、磷、铬、钼、镍、铜为辅助原料，配制后熔炼铸造而成，其特征在于，熔液中各化学成分重量百分数具体为：C2.9-
3.1％，Si0.5-0.8％，Mn0.8-1.0％，S0.02-0.05％，P0.02-0.05％，Cr19-21％，Mo1.7-
1.9％，Ni0.5-0.7％，Cu0.2-0.5％，余量为Fe。中国发明专利CN 104131219还公开了一种高铬铸铁铸件，由如下成分及其质量百分比组成：C：3.05-3.1％、Mn：0.76-0.8％、Si：0.6-
0.7％、Cr：10.6-11％、B：1.2-1.4％、Cu：0.08-0.1％、V：1.2-1.4％、Ni：0.06-0.08％、P：≤
0.02％、S：≤0.02％，余量为Fe。该发明通过合理改善高铬铸铁铸件的各成分配比，通过合理的熔炼、浇铸、热处理等加工工艺，提高了铸件的强度、韧性、耐磨性，通过浇铸时间、砂型温度的控制，防止缩松、缩孔的产生，也提高了铸件的韧性和耐磨性，抗拉强度为480-
500MPa。
[0003] 中国发明专利CN 104131218还公开了一种特高铬铸铁，各成分及重量百分比为：C：2.9—3.0％、Cr：26—27％、Mn：0.8—0.9％、Si：1.05—1.2％、Cu：0.8—0.9％、Ni：0.8—
0.9％、B：0.003—0.004％、Ti：0.01—0.02％、Re：0.025—0.035％、S：≤0.045％、P：≤
0.055％；余量为Fe。该发明高铬铸铁通过合理配方设计、熔炼、变质、浇注、脱氧等加工工艺，让高铬铸铁具有良好的耐磨性、硬度、强度、耐腐蚀性、韧性，通过浇注时间、砂型温度的控制，有效的防止缩松、缩孔的产生，也提高了高铬铸铁的韧性和耐磨性，表面硬度60—
63HRC，冲击值≥7J/cm2。中国发明专利CN 103898393还公开了一种高铬铸铁型耐磨合金制造工艺，合金中合金元素的含量在如下范围内：铬20～40％、碳4～7％、钛1～4％、钼1～
4％、锰0.5％、硅1％、镍1％，所述熔炼工艺包括：步骤1、当熔炼钢液升温1500℃时，分别加入元素：碳、钼铁、镍、钛铁、铬铁，然后继续升温；步骤2、当熔炼钢液升温至1579-1580℃时，加入硅铁；步骤3、当熔炼钢液升温，加入锰铁；步骤4、断电出钢液浇注。该发明克服了现有技术的不足，工艺简单、成本低、强韧性高、淬透性与淬硬性好且无污染。中国发明专利CN
103266261还公开了一种高铬铸铁研磨体及其制备方法，所述研磨体按重量百分比的化学成分为：C：2.5～2.8％、Si≤0.5％、Mn：0.15～0.25％、Mo：0～2.5％、Cr：15～20％、Al：0.01～0.8％、Ni：0.05～0.10％、Re：0.1～0.2％、P≤0.05％、S≤0.05％，余量为Fe，该发明的主要特点是采用铸造磨球材质配方与热处理工艺科学的有效结合得到的纳米研磨材料硬度HRC≥65、破碎率≤0.3％，浇口中心与球心HRC差≤1.5，解决了耐磨材料铸造磨球行业研发中存在的铸造磨球硬度低，韧性差，耐腐蚀性弱，致密度低等技术难题。中国发明专利CN
102220541还公开了一种含有SiC粉体的高铬铸铁、该铸铁的制备方法和用该种铸铁材料制造耐磨铸件的方法，采用的技术方案是：一种含SiC粉体的高铬铸铁，其特征在于：所述SiC粉体为99.9％SiC，平均粒度为20－40纳米，SiC粉体占所述高铬铸铁总重量的3－6％，所述高铬铸铁还包括3.1－3.9％C，18－22％Cr，0.5－1.0％Si，0.6－1.6％Mo，0.6－1.2％Mn，
0.1－0.4％Ni，0.04－0.09％V，0.011－0.031％S，0.018－0.030％P。有益效果在于：1)SiC粉体大大提高铸件的耐磨性。2)利用SiC粉体来增强高铬铸铁材料，可形成耐高冲击摩擦磨损的高铬铸铁耐磨抛丸器叶片。因此，利用SiC纳米粉体既可以改变高铬铸铁晶体生长形貌，改变马氏体的生长形态，大大提高材料的硬度；又可以提高材料高温下的摩擦磨损性能，明显起到抵抗高温摩擦磨损的作用。中国发明专利CN102212740还公开了含VN、TiN粉体高铬铸铁、该铸铁制备方法和耐磨件，采用的技术方案是：一种含VN、TiN粉体高铬铸铁，其特征在于：所述VN、TiN粉体是纯度为99.5％的VN和纯度为99.3％的TiN，所述粉体占高铬铸铁重量百分数是2－4％的VN和2－4％的TiN，所述高铬铸铁还包括3.1－3.9％C，18－22％Cr，0.5－1.0％Si，0.6－1.6％Mo，0.6－1.2％Mn，0.1－0.4％Ni，0.04－0.09％V，0.011－
0.031％S，0.018－0.030％P、余量为铁的基体材料。有益效果在于：该发明的有益效果在于：VN和TiN粉体可作为高铬铸铁金属液基体和碳化物凝固的形核核心，大大提高铸件的耐磨性；利用VN和TiN粉体来增强高铬铸铁材料，可形成耐高冲击摩擦磨损高铬铸铁耐磨抛丸器叶片；VN和TiN粉体采用炉内加入法，一方面加入的纳米颗粒起到了强化作用，另一方面在炉内加入的是氩气，保护了金属液。
0.9％、B：0.003—0.004％、Ti：0.01—0.02％、Re：0.025—0.035％、S：≤0.045％、P：≤
0.055％；余量为Fe。该发明高铬铸铁通过合理配方设计、熔炼、变质、浇注、脱氧等加工工艺，让高铬铸铁具有良好的耐磨性、硬度、强度、耐腐蚀性、韧性，通过浇注时间、砂型温度的控制，有效的防止缩松、缩孔的产生，也提高了高铬铸铁的韧性和耐磨性，表面硬度60—
63HRC，冲击值≥7J/cm2。中国发明专利CN 103898393还公开了一种高铬铸铁型耐磨合金制造工艺，合金中合金元素的含量在如下范围内：铬20～40％、碳4～7％、钛1～4％、钼1～
4％、锰0.5％、硅1％、镍1％，所述熔炼工艺包括：步骤1、当熔炼钢液升温1500℃时，分别加入元素：碳、钼铁、镍、钛铁、铬铁，然后继续升温；步骤2、当熔炼钢液升温至1579-1580℃时，加入硅铁；步骤3、当熔炼钢液升温，加入锰铁；步骤4、断电出钢液浇注。该发明克服了现有技术的不足，工艺简单、成本低、强韧性高、淬透性与淬硬性好且无污染。中国发明专利CN
103266261还公开了一种高铬铸铁研磨体及其制备方法，所述研磨体按重量百分比的化学成分为：C：2.5～2.8％、Si≤0.5％、Mn：0.15～0.25％、Mo：0～2.5％、Cr：15～20％、Al：0.01～0.8％、Ni：0.05～0.10％、Re：0.1～0.2％、P≤0.05％、S≤0.05％，余量为Fe，该发明的主要特点是采用铸造磨球材质配方与热处理工艺科学的有效结合得到的纳米研磨材料硬度HRC≥65、破碎率≤0.3％，浇口中心与球心HRC差≤1.5，解决了耐磨材料铸造磨球行业研发中存在的铸造磨球硬度低，韧性差，耐腐蚀性弱，致密度低等技术难题。中国发明专利CN
102220541还公开了一种含有SiC粉体的高铬铸铁、该铸铁的制备方法和用该种铸铁材料制造耐磨铸件的方法，采用的技术方案是：一种含SiC粉体的高铬铸铁，其特征在于：所述SiC粉体为99.9％SiC，平均粒度为20－40纳米，SiC粉体占所述高铬铸铁总重量的3－6％，所述高铬铸铁还包括3.1－3.9％C，18－22％Cr，0.5－1.0％Si，0.6－1.6％Mo，0.6－1.2％Mn，
0.1－0.4％Ni，0.04－0.09％V，0.011－0.031％S，0.018－0.030％P。有益效果在于：1)SiC粉体大大提高铸件的耐磨性。2)利用SiC粉体来增强高铬铸铁材料，可形成耐高冲击摩擦磨损的高铬铸铁耐磨抛丸器叶片。因此，利用SiC纳米粉体既可以改变高铬铸铁晶体生长形貌，改变马氏体的生长形态，大大提高材料的硬度；又可以提高材料高温下的摩擦磨损性能，明显起到抵抗高温摩擦磨损的作用。中国发明专利CN102212740还公开了含VN、TiN粉体高铬铸铁、该铸铁制备方法和耐磨件，采用的技术方案是：一种含VN、TiN粉体高铬铸铁，其特征在于：所述VN、TiN粉体是纯度为99.5％的VN和纯度为99.3％的TiN，所述粉体占高铬铸铁重量百分数是2－4％的VN和2－4％的TiN，所述高铬铸铁还包括3.1－3.9％C，18－22％Cr，0.5－1.0％Si，0.6－1.6％Mo，0.6－1.2％Mn，0.1－0.4％Ni，0.04－0.09％V，0.011－
0.031％S，0.018－0.030％P、余量为铁的基体材料。有益效果在于：该发明的有益效果在于：VN和TiN粉体可作为高铬铸铁金属液基体和碳化物凝固的形核核心，大大提高铸件的耐磨性；利用VN和TiN粉体来增强高铬铸铁材料，可形成耐高冲击摩擦磨损高铬铸铁耐磨抛丸器叶片；VN和TiN粉体采用炉内加入法，一方面加入的纳米颗粒起到了强化作用，另一方面在炉内加入的是氩气，保护了金属液。
[0004] 但是，上述高铬铸铁中碳化物主要是M7C3型碳化物，呈粗大板块状分布于基体中，降低材料强韧性，此外，M7C3型碳化物硬度只有1400～1800HV，在高应力磨料磨损工矿下，仍表现出硬度低和耐磨性差等不足。尽管通过添加SiC粉体、VN、TiN粉体可改善高铬铸铁耐磨性，但这些粉体密度低，在高铬铸铁熔液中分布不均匀，易浮在金属铁液表面，导致高铬铸铁性能波动太大，耐磨性差。
发明内容
[0005] 本发明为解决现有技术问题，利用碳与钒可生成颗粒状，且硬度高达2600～2800HV的VC来改进高铬铸铁耐磨性。此外，钒还有细化M7C3型碳化物的能力，在提高高铬铸铁硬度和耐磨性的前提下，还有望提高高铬铸铁强度和韧性。
[0006] 本发明目的可以通过以下技术工艺措施来实现。
[0007] 铁-钒-铬耐磨合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0008] ①首先在电炉中熔炼中铬铸铁铁水，中铬铸铁铁水的化学组成及质量分数是3.8-4.0％C,8.5-9.0％Cr,2.1-2.4％Mn,1.0-1.2％Ni,0.8-1.0％Mo,1.6-1.8％Nb,0.5-0.8％Si,0.035-0.065％Al,<0.04％S,<0.04％P,余量Fe,当中铬铸铁铁水温度升至1620-1645℃时，加入尺寸为30-45mm且在真空加热电炉中加热至1100-1150℃并保温2.0-3.5小时的钒铁颗粒，钒铁颗粒加入量占炉内中铬铸铁铁水质量分数的10-12％，钒铁颗粒加入炉内4-6分钟后，加入占炉内金属熔液质量分数0.35-0.50％的硅钡钙合金，当金属熔液温度达到
1580-1605℃时，将上述金属熔液出炉到浇包，并在金属熔液出炉过程中，随金属熔液流加入尺寸为18-25mm的钒铁颗粒，钒铁颗粒加入量占进入浇包内金属熔液质量分数的0.8-
1.0％；
1580-1605℃时，将上述金属熔液出炉到浇包，并在金属熔液出炉过程中，随金属熔液流加入尺寸为18-25mm的钒铁颗粒，钒铁颗粒加入量占进入浇包内金属熔液质量分数的0.8-
1.0％；
[0009] ②将浇包内的金属熔液扒渣，当温度降至1430-1455℃，将金属熔液浇入铸型，金属熔液浇注过程中，随金属熔液流加入颗粒尺寸3-6mm的氮化钒铁和钛铁，氮化钒铁颗粒和钛铁颗粒加入量分别占进入铸型内金属熔液质量分数的0.15-0.25％和0.10-0.18％，铸件浇注完毕2-4小时后，开箱取出铸件，经打磨清砂后，入炉加热至180-210℃，保温18-20小时后出炉空冷至室温，即可获得铁-钒-铬耐磨合金。
[0010] 如上所述钒铁的化学成分及质量分数为:78.0-83.0％V,<2.0％Si,<1.5％Al,<0.06％C,<0.05％S,<0.05％P,余量为Fe及不可避免杂质。
[0011] 如上所述硅钡钙合金的化学成分及质量分数为:65.0-70.0％Si,1.5-3.0％Ca,4.5-6.0％Ba,C<0.20％,余量为Fe及不可避免杂质。
[0012] 如上所述钛铁的化学成分及质量分数为：38-42％Ti,<5.0％Al,<2.5％Si,<0.02％P,<0.20％Cu,<0.10％C,<0.02％S,<2.5％Mn,余量Fe。
[0013] 如上所述氮化钒铁的化学成分及质量分数为：53-58％V,10-12％N,<0.6％C,<2.5％Si,<0.08％P,<0.05％S,<2.0％Al,余量Fe。
[0014] 本发明首先在电炉中熔炼中铬铸铁铁水，中铬铸铁铁水的化学组成及质量分数是3.8-4.0％C,8.5-9.0％Cr,2.1-2.4％Mn,1.0-1.2％Ni,0.8-1.0％Mo,1.6-1.8％Nb,0.5-
0.8％Si,0.035-0.065％Al,<0.04％S,<0.04％P,余量Fe。然后将中铬铸铁铁水温度升至
1620-1645℃时，加入尺寸为30-45mm且在真空加热炉中加热至1100-1150℃并保温2.0-3.5小时的钒铁颗粒，钒铁颗粒加入量占炉内中铬铸铁铁水质量分数的10-12％，这样可确保钒元素的充分吸收，并大幅度减少钒元素的烧损，提高钒元素收得率。钒铁颗粒加入炉内4-6分钟后，加入占炉内金属熔液质量分数0.35-0.50％的硅钡钙合金，当金属熔液温度达到
1580-1605℃时，将上述金属熔液出炉到浇包。并在金属熔液出炉过程中，随金属熔液流加入尺寸为18-25mm的钒铁颗粒，钒铁颗粒加入量占进入浇包内金属熔液质量分数的0.8-
1.0％，采用钒铁颗粒对金属熔液进行随流孕育处理，可以细化凝固组织，提高铁-钒-铬耐磨合金的综合性能。在此基础上，将浇包内的金属熔液扒渣，当温度降至1430-1455℃，将金属熔液浇入铸型，金属熔液浇注过程中，随金属熔液流加入颗粒尺寸3-6mm的氮化钒铁和钛铁，氮化钒铁颗粒和钛铁颗粒加入量分别占进入铸型内金属熔液质量分数的0.15-0.25％和0.10-0.18％，这样可以进一步细化凝固组织，并促使VC实现团球状均匀分布，大幅度提高铁-钒-铬耐磨合金力学性能和耐磨性。铸件浇注完毕2-4小时后，开箱取出铸件，经打磨清砂后，入炉加热至180-210℃，保温18-20小时后出炉空冷至室温，实现去除铸造应力，获得高性能的铁-钒-铬耐磨合金。
0.8％Si,0.035-0.065％Al,<0.04％S,<0.04％P,余量Fe。然后将中铬铸铁铁水温度升至
1620-1645℃时，加入尺寸为30-45mm且在真空加热炉中加热至1100-1150℃并保温2.0-3.5小时的钒铁颗粒，钒铁颗粒加入量占炉内中铬铸铁铁水质量分数的10-12％，这样可确保钒元素的充分吸收，并大幅度减少钒元素的烧损，提高钒元素收得率。钒铁颗粒加入炉内4-6分钟后，加入占炉内金属熔液质量分数0.35-0.50％的硅钡钙合金，当金属熔液温度达到
1580-1605℃时，将上述金属熔液出炉到浇包。并在金属熔液出炉过程中，随金属熔液流加入尺寸为18-25mm的钒铁颗粒，钒铁颗粒加入量占进入浇包内金属熔液质量分数的0.8-
1.0％，采用钒铁颗粒对金属熔液进行随流孕育处理，可以细化凝固组织，提高铁-钒-铬耐磨合金的综合性能。在此基础上，将浇包内的金属熔液扒渣，当温度降至1430-1455℃，将金属熔液浇入铸型，金属熔液浇注过程中，随金属熔液流加入颗粒尺寸3-6mm的氮化钒铁和钛铁，氮化钒铁颗粒和钛铁颗粒加入量分别占进入铸型内金属熔液质量分数的0.15-0.25％和0.10-0.18％，这样可以进一步细化凝固组织，并促使VC实现团球状均匀分布，大幅度提高铁-钒-铬耐磨合金力学性能和耐磨性。铸件浇注完毕2-4小时后，开箱取出铸件，经打磨清砂后，入炉加热至180-210℃，保温18-20小时后出炉空冷至室温，实现去除铸造应力，获得高性能的铁-钒-铬耐磨合金。
[0015] 本发明与现有技术相比具有以下优点：
[0016] 1)本发明材料因钒铬的同时加入，在铸态下获得马氏体基体，铸态硬度达到66-68HRC，铸态下低温回火就可以应用，省去了复杂的高温热处理工艺，大幅度缩短生产周期，节约能源；
[0017] 2)本发明材料中含有大量高硬度的VC，具有优异的耐磨性能，在高应力磨料磨损条件下，耐磨性比高铬铸铁提高2倍以上。
附图说明
[0018] 图1本发明铁-钒-铬耐磨合金金相显微组织照片。
具体实施方式
[0019] 以下结合实施例对本发明做进一步详述，但本发明并不限于以下实施例。
[0020] 实施例1：
[0021] 本发明材料采用500公斤中频感应电炉熔炼，具体制备工艺步骤是：
[0022] ①首先在500公斤中频感应电炉中熔炼中铬铸铁铁水，中铬铸铁铁水的化学组成及质量分数是3.84％C,8.51％Cr,2.38％Mn,1.05％Ni,0.98％Mo,1.62％Nb,0.77％Si,0.041％Al,0.025％S,0.039％P,余量Fe,当中铬铸铁铁水温度升至1621℃时，加入尺寸为
30-45mm且在真空加热电炉中加热至1150℃并保温2.0小时的钒铁(钒铁的化学成分及质量分数为:79.07％V,1.08％Si,0.75％Al,0.04％C,0.028％S,0.039％P,余量为Fe及不可避免杂质)颗粒，钒铁颗粒加入量占炉内中铬铸铁铁水质量分数的10％，钒铁颗粒加入炉内4分钟后，加入占炉内金属熔液质量分数0.50％的硅钡钙合金(硅钡钙合金的化学成分及质量分数为:65.39％Si,1.52％Ca,5.87％Ba,0.11％C,余量为Fe及不可避免杂质)，当金属熔液温度达到1584℃时，将上述金属熔液出炉到浇包，并在金属熔液出炉过程中，随金属熔液流加入尺寸为18-25mm的钒铁(钒铁的化学成分及质量分数为:79.07％V,1.08％Si,0.75％Al,0.04％C,0.028％S,0.039％P,余量为Fe及不可避免杂质)颗粒，钒铁颗粒加入量占进入浇包内金属熔液质量分数的1.0％；
30-45mm且在真空加热电炉中加热至1150℃并保温2.0小时的钒铁(钒铁的化学成分及质量分数为:79.07％V,1.08％Si,0.75％Al,0.04％C,0.028％S,0.039％P,余量为Fe及不可避免杂质)颗粒，钒铁颗粒加入量占炉内中铬铸铁铁水质量分数的10％，钒铁颗粒加入炉内4分钟后，加入占炉内金属熔液质量分数0.50％的硅钡钙合金(硅钡钙合金的化学成分及质量分数为:65.39％Si,1.52％Ca,5.87％Ba,0.11％C,余量为Fe及不可避免杂质)，当金属熔液温度达到1584℃时，将上述金属熔液出炉到浇包，并在金属熔液出炉过程中，随金属熔液流加入尺寸为18-25mm的钒铁(钒铁的化学成分及质量分数为:79.07％V,1.08％Si,0.75％Al,0.04％C,0.028％S,0.039％P,余量为Fe及不可避免杂质)颗粒，钒铁颗粒加入量占进入浇包内金属熔液质量分数的1.0％；
[0023] ②将浇包内的金属熔液扒渣，当温度降至1433℃，将金属熔液浇入铸型，金属熔液浇注过程中，随金属熔液流加入颗粒尺寸3-6mm的氮化钒铁(氮化钒铁的化学成分及质量分数为：54.89％V,10.27％N,0.38％C,1.68％Si,0.049％P,0.026％S,1.15％Al,余量Fe)和钛铁(钛铁的化学成分及质量分数为：39.04％Ti,2.81％Al,1.36％Si,0.011％P,0.09％Cu,0.06％C,0.008％S,1.52％Mn,余量Fe)，氮化钒铁颗粒和钛铁颗粒加入量分别占进入铸型内金属熔液质量分数的0.15％和0.18％，铸件浇注完毕4小时后，开箱取出铸件，经打磨清砂后，入炉加热至210℃，保温18小时后出炉空冷至室温，即可获得铁-钒-铬耐磨合金，其力学性能见表1。
[0024] 实施例2：
[0025] 本发明材料采用750公斤中频感应电炉熔炼，具体制备工艺步骤是：
[0026] ①首先在750公斤中频感应电炉中熔炼中铬铸铁铁水，中铬铸铁铁水的化学组成及质量分数是3.99％C,8.96％Cr,2.10％Mn,1.17％Ni,0.83％Mo,1.78％Nb,0.51％Si,0.064％Al,0.028％S,0.033％P,余量Fe,当中铬铸铁铁水温度升至1644℃时，加入尺寸为
30-45mm且在真空加热电炉中加热至1100℃并保温3.5小时的钒铁(钒铁的化学成分及质量分数为:82.34％V,0.96％Si,0.83％Al,0.03％C,0.026％S,0.041％P,余量为Fe及不可避免杂质)颗粒，钒铁颗粒加入量占炉内中铬铸铁铁水质量分数的12％，钒铁颗粒加入炉内6分钟后，加入占炉内金属熔液质量分数0.35％的硅钡钙合金(硅钡钙合金的化学成分及质量分数为:69.62％Si,2.88％Ca,4.51％Ba,0.09％C,余量为Fe及不可避免杂质)，当金属熔液温度达到1602℃时，将上述金属熔液出炉到浇包，并在金属熔液出炉过程中，随金属熔液流加入尺寸为18-25mm的钒铁(钒铁的化学成分及质量分数为:82.34％V,0.96％Si,0.83％Al,0.03％C,0.026％S,0.041％P,余量为Fe及不可避免杂质)颗粒，钒铁颗粒加入量占进入浇包内金属熔液质量分数的0.8％；
30-45mm且在真空加热电炉中加热至1100℃并保温3.5小时的钒铁(钒铁的化学成分及质量分数为:82.34％V,0.96％Si,0.83％Al,0.03％C,0.026％S,0.041％P,余量为Fe及不可避免杂质)颗粒，钒铁颗粒加入量占炉内中铬铸铁铁水质量分数的12％，钒铁颗粒加入炉内6分钟后，加入占炉内金属熔液质量分数0.35％的硅钡钙合金(硅钡钙合金的化学成分及质量分数为:69.62％Si,2.88％Ca,4.51％Ba,0.09％C,余量为Fe及不可避免杂质)，当金属熔液温度达到1602℃时，将上述金属熔液出炉到浇包，并在金属熔液出炉过程中，随金属熔液流加入尺寸为18-25mm的钒铁(钒铁的化学成分及质量分数为:82.34％V,0.96％Si,0.83％Al,0.03％C,0.026％S,0.041％P,余量为Fe及不可避免杂质)颗粒，钒铁颗粒加入量占进入浇包内金属熔液质量分数的0.8％；
[0027] ②将浇包内的金属熔液扒渣，当温度降至1452℃，将金属熔液浇入铸型，金属熔液浇注过程中，随金属熔液流加入颗粒尺寸3-6mm的氮化钒铁(氮化钒铁的化学成分及质量分数为：57.63％V,11.82％N,0.41％C,2.06％Si,0.055％P,0.029％S,1.07％Al,余量Fe)和钛铁(钛铁的化学成分及质量分数为：41.38％Ti,4.09％Al,1.74％Si,0.017％P,0.12％Cu,0.052％C,0.009％S,1.26％Mn,余量Fe)，氮化钒铁颗粒和钛铁颗粒加入量分别占进入铸型内金属熔液质量分数的0.25％和0.10％，铸件浇注完毕2小时后，开箱取出铸件，经打磨清砂后，入炉加热至180℃，保温20小时后出炉空冷至室温，即可获得铁-钒-铬耐磨合金，其力学性能见表1。
[0028] 实施例3：
[0029] 本发明材料采用500公斤中频感应电炉熔炼，具体制备工艺步骤是：
[0030] ①首先在500公斤中频感应电炉中熔炼中铬铸铁铁水，中铬铸铁铁水的化学组成及质量分数是3.95％C,8.72％Cr,2.26％Mn,1.13％Ni,0.94％Mo,1.70％Nb,0.68％Si,0.055％Al,0.016％S,0.029％P,余量Fe,当中铬铸铁铁水温度升至1634℃时，加入尺寸为
30-45mm且在真空加热电炉中加热至1125℃并保温3.0小时的钒铁(钒铁的化学成分及质量分数为:81.20％V,1.12％Si,0.67％Al,0.04％C,0.029％S,0.038％P,余量为Fe及不可避免杂质)颗粒，钒铁颗粒加入量占炉内中铬铸铁铁水质量分数的11％，钒铁颗粒加入炉内5分钟后，加入占炉内金属熔液质量分数0.40％的硅钡钙合金(硅钡钙合金的化学成分及质量分数为:68.01％Si,1.97％Ca,5.26％Ba,0.14％C,余量为Fe及不可避免杂质)，当金属熔液温度达到1597℃时，将上述金属熔液出炉到浇包，并在金属熔液出炉过程中，随金属熔液流加入尺寸为18-25mm的钒铁(钒铁的化学成分及质量分数为:81.20％V,1.12％Si,0.67％Al,0.04％C,0.029％S,0.038％P,余量为Fe及不可避免杂质)颗粒，钒铁颗粒加入量占进入浇包内金属熔液质量分数的0.9％；
30-45mm且在真空加热电炉中加热至1125℃并保温3.0小时的钒铁(钒铁的化学成分及质量分数为:81.20％V,1.12％Si,0.67％Al,0.04％C,0.029％S,0.038％P,余量为Fe及不可避免杂质)颗粒，钒铁颗粒加入量占炉内中铬铸铁铁水质量分数的11％，钒铁颗粒加入炉内5分钟后，加入占炉内金属熔液质量分数0.40％的硅钡钙合金(硅钡钙合金的化学成分及质量分数为:68.01％Si,1.97％Ca,5.26％Ba,0.14％C,余量为Fe及不可避免杂质)，当金属熔液温度达到1597℃时，将上述金属熔液出炉到浇包，并在金属熔液出炉过程中，随金属熔液流加入尺寸为18-25mm的钒铁(钒铁的化学成分及质量分数为:81.20％V,1.12％Si,0.67％Al,0.04％C,0.029％S,0.038％P,余量为Fe及不可避免杂质)颗粒，钒铁颗粒加入量占进入浇包内金属熔液质量分数的0.9％；
[0031] ②将浇包内的金属熔液扒渣，当温度降至1439℃，将金属熔液浇入铸型，金属熔液浇注过程中，随金属熔液流加入颗粒尺寸3-6mm的氮化钒铁(氮化钒铁的化学成分及质量分数为：56.24％V,11.21％N,0.38％C,1.60％Si,0.064％P,0.031％S,1.28％Al,余量Fe)和钛铁(钛铁的化学成分及质量分数为：40.14％Ti,2.99％Al,1.76％Si,0.015％P,0.17％Cu,0.057％C,0.008％S,1.99％Mn,余量Fe)，氮化钒铁颗粒和钛铁颗粒加入量分别占进入铸型内金属熔液质量分数的0.20％和0.15％，铸件浇注完毕3小时后，开箱取出铸件，经打磨清砂后，入炉加热至200℃，保温19小时后出炉空冷至室温，即可获得铁-钒-铬耐磨合金，其力学性能见表1。
[0032] 表1铁-钒-铬耐磨合金力学性能
[0033]-2
力学性能 硬度/HRC 冲击韧性/J.cm 抗弯强度/MPa
实施例1 67.9 8.75 1210
实施例2 67.2 9.34 1260
实施例3 66.5 9.08 1245
力学性能 硬度/HRC 冲击韧性/J.cm 抗弯强度/MPa
实施例1 67.9 8.75 1210
实施例2 67.2 9.34 1260
实施例3 66.5 9.08 1245
[0034] 本发明铁-钒-铬耐磨合金因钒铬的同时加入，在铸态下获得马氏体基体，铸态硬度达到66-68HRC，铸态下低温回火就可以应用，省去了复杂的高温热处理工艺，大幅度缩短生产周期，节约能源。所得铁-钒-铬耐磨合金金相显微组织照片可参照图1。本发明铁-钒-铬耐磨合金中含有大量高硬度的VC，具有优异的耐磨性能，在MM-2000环块磨损试验机上进行对比磨损试验，试样尺寸为10mm×10mm×15mm，采用GCr15对磨环，载荷为60kg，每个试样磨损30min，相同磨损工矿下，本发明铁-钒-铬耐磨合金耐磨性比高铬铸铁提高2倍以上，具有良好的推广应用前景。