本發(fā)明涉及鑄造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種防腐蝕耐磨低鉻合金材料的鑄造方法。
背景技術(shù)：
近年來，耐磨損材料技術(shù)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，其中鑄造高鉻合金材料作為耐磨損材料的一個(gè)分支，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最為普遍。高鉻合金之所以耐磨是由其微觀組織結(jié)構(gòu)所決定的。鑄造高鉻合金材料的主體合金成分特點(diǎn)是高鉻(≥12％)和高碳(≥2％)，在其微觀組織中含有大量的共晶碳化物硬質(zhì)相，這些硬質(zhì)相和強(qiáng)、韌性較好的基體相組合，獲得優(yōu)良的耐磨損性能。
在耐磨損領(lǐng)域，追求合金具有更高耐磨損性能和更好的綜合性能是材料創(chuàng)新的主流方向。高鉻合金中雖然含有高硬度“碳化鉻”硬質(zhì)相能夠?qū)崿F(xiàn)高耐磨性，但是高鉻合金存在的弱點(diǎn)恰是在于大量“碳化鉻”硬質(zhì)相的存在使得合金材料的整體性能較差。并且當(dāng)用于選礦業(yè)中，由于磨機(jī)是水磨，高鉻合金作為耐磨材料除了會(huì)產(chǎn)生化學(xué)腐蝕，在研磨當(dāng)中，由于含鉻量較高，內(nèi)部出現(xiàn)電位差，產(chǎn)生電，在水的媒介導(dǎo)電條件下出現(xiàn)電化學(xué)腐蝕，使用效果也不理想。
現(xiàn)存的鑄造低鉻合金材料在同時(shí)具有耐磨性、硬度以及耐腐蝕性能方面欠佳，不能滿足現(xiàn)在社會(huì)的要求。有鑒于上述合金材料存在的缺陷，因此，要求既要有高的耐磨性、硬度和好的韌性，還要求合金的耐腐性要良好，這就對(duì)合金的鑄造工藝提出了更高等級(jí)的要求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
基于背景技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種防腐蝕耐磨低鉻合金材料的鑄造方法，所鑄造得到的合金材料可在多種環(huán)境下使用，具有良好的耐腐蝕和耐磨性，硬度可達(dá)70HRC以上，滿足實(shí)際使用過程中對(duì)耐磨合金材料的要求。
本發(fā)明提出的一種防腐蝕耐磨低鉻合金材料的鑄造方法，包括如下步驟：
S1、熔煉：將生鐵、廢鋼加入熔煉爐中，并加熱至1500-1550℃，保溫20-45min后加入鉻鐵、紫銅、硅鈣合金、錳鐵和鉬鐵，保溫至完全熔化后加入釩鐵、鈦鐵和硼鐵，升溫至1560-1600℃，保溫10-20min后加入氮化鉻鐵、鎳鎂、鈦錠和鋯錠，保溫至完全熔化后扒渣，得到熔融合金液，其各元素按重量百分比包括：C：1.5-2.4％，Si：1.1-1.6％，Cr：0.7-1.2％，Cu：0.5-0.8％，Ca：0.3-0.6％，Mn：1.2-1.7％，Mo：0.1-0.6％，N：0.02-0.05％，Ni：0.1-0.3％，Mg：0.01-0.1％，Ti：0.1-0.3％，Zr：0.03-0.05％，S：0.01-0.04％，P≤0.03％，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)；
S2、澆注：將S1得到的熔融合金液冷卻至1350-1400℃后澆入表面涂覆有納米涂料的砂型模腔中，所述納米涂料按重量配比是由1.5-1.8:10的納米材料和耐火骨料進(jìn)行配料制成，待合金液完全凝固后，繼續(xù)冷卻放置5-10h后開模，得到鑄件坯體；
S3、熱處理：將S2得到的鑄件坯體加入加熱爐內(nèi)，向加熱爐通入氬氣使加熱爐中氧含量小于5％，在10-15min內(nèi)升溫至850-900℃，保溫30-40min，在1-5min內(nèi)升溫至950-1000℃，保溫10-15min，在5-10min內(nèi)升溫至1050-1100℃，取出后加入260-320℃的鹽浴中進(jìn)行第一次淬火，冷卻至400-460℃后取出，加入回火爐中升溫至600-680℃，保溫20-35min后取出，加入50-90℃的硅酸鈉水溶液中進(jìn)行第二次淬火，冷卻至70-120℃后取出，加入回火爐中升溫至200-250℃，保溫6-10h后出爐空冷，得到所述防腐蝕耐磨低鉻合金材料。
優(yōu)選地，S1中，所述熔融合金液的各元素按重量百分比包括：C：1.7-2.2％，Si：1.2-1.5％，Cr：0.8-1.1％，Cu：0.6-0.7％，Ca：0.4-0.5％，Mn：1.3-1.6％，Mo：0.2-0.5％，N：0.03-0.04％，Ni：0.1-0.2％，Mg：0.03-0.07％，Ti：0.2-0.3％，Zr：0.03-0.04％，S：0.02-0.03％，P≤0.03％，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。
優(yōu)選地，所述Mn、S和N的重量百分含量符合：Mn≥18×S+0.1％+25×N。
優(yōu)選地，S2中，所述納米材料按重量份包括：碳化鉻1-2份、碳化硅3-5份、氮化硼2-4份、三氧化二鋁6-10份；所述耐火骨料按重量份包括：鋯英粉8-10份、鋁礬土粉4-6份。
優(yōu)選地，制備所述納米涂料的工藝包括：將耐火骨料研磨至粒徑≤100nm，加入納米材料混勻，再加入無水乙醇混勻，得到所述納米涂料；優(yōu)選地，所述納米涂料在砂型模腔表面的涂覆厚度為30-60μm。
優(yōu)選地，S2中，所述砂型模腔中包括具有高熱傳導(dǎo)性能的型芯材料，所述型芯材料的原料按重量份包括：鐵礦石80-100份、脈石英礦20-40份、鈉基膨潤(rùn)土5-20份、粉煤灰5-10份、脫硫石膏2-6份、硅鋁酸鹽2-5份、鋯英粉6-10份、氧化鐵粉5-10份、石墨粉1-3份、微量元素0.01-0.05份、水1-5份；其中，所述鐵礦石的粒度為0.05-0.5mm；所述脈石英礦的粒度為0.01-0.05mm；所述微量元素選自W、Mn、V、Cr、Ti、Ni中的一種或者多種的組合。
優(yōu)選地，S3中，將S2得到的鑄件坯體加入加熱爐內(nèi)，向加熱爐通入氬氣使電爐中氧含量小于5％，在12-14min內(nèi)升溫至860-880℃，保溫33-47min，在2-4min內(nèi)升溫至960-980℃，保溫12-14min，在6-8min內(nèi)升溫至1060-1080℃，取出后加入280-300℃的鹽浴中進(jìn)行第一次淬火，冷卻至420-440℃后取出，加入回火爐中升溫至620-660℃，保溫25-30min后取出，加入60-80℃的硅酸鈉水溶液中進(jìn)行第二次淬火，冷卻至80-100℃后取出，加入回火爐中升溫至220-240℃，保溫7-8h后出爐空冷，得到所述防腐蝕耐磨低鉻合金材料。
優(yōu)選地，S3中，所述鹽浴按重量百分比包括：硝酸鉀52-58％和硝酸鈉42-48％。
優(yōu)選地，S3中，所述硅酸鈉水溶液的比重為1.05-1.25g/cm3，模數(shù)為2.0-3.0。
本發(fā)明提出的一種防腐蝕耐磨低鉻合金材料的鑄造方法，首先，在熔煉中采用生鐵、廢鋼、鉻鐵、紫銅、硅鈣合金、錳鐵和鉬鐵等配合作為低合金材料的主料，完成本發(fā)明對(duì)于合金材料密度高和沖擊韌性高的要求，提高合金材料在使用中磨削效率，同時(shí)減少鉻的含量，避免合金的電化學(xué)腐蝕效應(yīng)；加入的氮化鉻鐵、鎳鎂、鈦錠和鋯錠相互配合，對(duì)合金液進(jìn)行脫氧，減少基質(zhì)合金液中氧化物含量；由此所得到的熔融合金液中，控制Mn、Cr和Cu三者的適量添加，使其可以進(jìn)行合金強(qiáng)化，并控制S的含量，來控制石墨的形態(tài)，適量的N則可以固溶于基體中，提高基體的淬透性，并通過同時(shí)限定Mn、S、N三者的含量關(guān)系，有效提高合金材料的強(qiáng)度和硬度；適量的Ca增加了合金材料形核的核心，從而達(dá)到增加石墨球數(shù)量，提高其圓整度的作用，對(duì)于合金材料的耐磨性能具有極大的改善作用；適量的N和Ti、Ni可結(jié)合生成高熔點(diǎn)的細(xì)小氮化物，起結(jié)晶核心作用，有利于提高合金耐磨層的強(qiáng)韌性；適量的Mg、Zr，不僅可以細(xì)化基體組織，還可以細(xì)化碳化物，并使碳化物均勻分布，從而可以明顯提高合金材料的耐磨性，防止其耐磨層實(shí)用過程中出現(xiàn)剝落和開裂。
其次，在澆鑄工藝中，通過在模腔表面涂覆有納米涂料，將納米涂料中的陶瓷納米顆粒組成的納米材料和耐火骨料刷涂在鑄造模具內(nèi)壁，在澆注完成后可以將納米級(jí)陶瓷增強(qiáng)顆粒和耐火骨料鑲嵌于合金材料的表面和次表面，由此在合金表層形成一層納米級(jí)高硬質(zhì)相，該硬質(zhì)相層由于分布有性能優(yōu)良的陶瓷顆粒等，使得合金材料具有耐磨性好、耐高溫、耐腐蝕強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)顯著地提高了合金材料的抗撞擊性能、強(qiáng)度和耐磨性能；此外，為了在合金材料的表面和次表面上“鑲嵌”納米材料和耐火骨料以改善所述合金材料表面耐磨性能，除了前述控制合金材料的組分含量，使其獲得一種適宜納米涂料合金內(nèi)部滲透的組織結(jié)構(gòu)以外，本發(fā)明中還同時(shí)控制鑄模，其所采用的型芯材料通過以特定粒徑的礦石為基體材料，鈉基膨潤(rùn)土作為粘接劑，由此制備出一種具有高熱傳導(dǎo)性能的型芯材料，型芯材料使得澆鑄在模腔中的合金熔液冷卻速度加快，從而獲得較大冷卻動(dòng)力，在其作用下，納米涂料中包含的納米陶瓷顆粒和耐火骨料可以均勻，快速地向合金材料內(nèi)部滲透，并且與傳統(tǒng)的合金產(chǎn)品相比，表面的晶粒組織得到細(xì)化，硬度提高30％，耐磨性能也得到大幅度提高。
最后，在熱處理工藝中，通過設(shè)定三段溫區(qū)緩慢升溫過程，保證合金材料內(nèi)部組織變化合理，成分更加均勻化；隨后將升溫后的合金組織加入熱鹽浴中進(jìn)行第一次淬火，合金組織內(nèi)部生成的有害內(nèi)應(yīng)力及變形相比用冷油等介質(zhì)淬火的要小得多，同時(shí)保證合金按預(yù)定的溫度進(jìn)行鹽浴等溫淬火，大幅度提高鑄段的韌性；此后為了增加合金材料的淬透深度，通過對(duì)回火后的合金組織進(jìn)行第二次淬火，得到綜合性能好的貝氏體和殘留奧氏體混合組織，硬度高且硬度均勻性好。
綜合上述，本發(fā)明中通過對(duì)合金的組分進(jìn)行控制使其獲得優(yōu)良綜合性能的同時(shí)，通過對(duì)合金表面進(jìn)行納米改性處理，并利用適宜的熱處理工藝來調(diào)節(jié)基體金屬性能，顯著地提高合金材料的耐磨損、耐腐蝕等方面的性能，使本發(fā)明更適用于濕法研磨，提高本發(fā)明的使用壽命，間接降低了使用成本。
具體實(shí)施方式
下面，通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
實(shí)施例1
本發(fā)明提出的一種防腐蝕耐磨低鉻合金材料的鑄造方法，包括如下步驟：
S1、熔煉：將生鐵、廢鋼加入熔煉爐中，并加熱至1500℃，保溫45min后加入鉻鐵、紫銅、硅鈣合金、錳鐵和鉬鐵，保溫至完全熔化后加入釩鐵、鈦鐵和硼鐵，升溫至1560℃，保溫20min后加入氮化鉻鐵、鎳鎂、鈦錠和鋯錠，保溫至完全熔化后扒渣，得到熔融合金液，其各元素按重量百分比包括：C：1.5％，Si：1.6％，Cr：0.7％，Cu：0.8％，Ca：0.3％，Mn：1.7％，Mo：0.1％，N：0.05％，Ni：0.1％，Mg：0.1％，Ti：0.1％，Zr：0.05％，S：0.01％，P：0.03％，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)；
S2、澆注：將S1得到的熔融合金液冷卻至1350℃后澆入表面涂覆有納米涂料的砂型模腔中，所述納米涂料在砂型模腔表面的涂覆厚度為60μm，所述納米涂料按重量配比是由1.5:10的納米材料和耐火骨料進(jìn)行配料制成，所述納米材料按重量份包括：碳化鉻2份、碳化硅3份、氮化硼4份、三氧化二鋁6份，所述耐火骨料按重量份包括：鋯英粉10份、鋁礬土粉4份，待合金液完全凝固后，繼續(xù)冷卻放置10h后開模，得到鑄件坯體；
S3、熱處理：將S2得到的鑄件坯體加入加熱爐內(nèi)，向加熱爐通入氬氣使加熱爐中氧含量小于5％，在10min內(nèi)升溫至900℃，保溫30min，在5min內(nèi)升溫至950℃，保溫15min，在5min內(nèi)升溫至1100℃，取出后加入260℃的鹽浴中進(jìn)行第一次淬火，所述鹽浴按重量百分比包括：硝酸鉀58％和硝酸鈉42％，冷卻至460℃后取出，加入回火爐中升溫至600℃，保溫35min后取出，加入50℃的硅酸鈉水溶液中進(jìn)行第二次淬火，所述硅酸鈉水溶液的比重為1.25g/cm3，模數(shù)為2.0，冷卻至120℃后取出，加入回火爐中升溫至200℃，保溫10h后出爐空冷，得到所述防腐蝕耐磨低鉻合金材料；
其中，所述砂型模腔中包括具有高熱傳導(dǎo)性能的型芯材料，所述型芯材料的原料按重量份包括：鐵礦石80份、脈石英礦40份、鈉基膨潤(rùn)土5份、粉煤灰10份、脫硫石膏2份、硅鋁酸鹽5份、鋯英粉6份、氧化鐵粉10份、石墨粉1份、微量元素0.05份、水1份；其中，所述鐵礦石的粒度為0.5mm，所述脈石英礦的粒度為0.01mm，所述微量元素為W和Mn。
實(shí)施例2
本發(fā)明提出的一種防腐蝕耐磨低鉻合金材料的鑄造方法，包括如下步驟：
S1、熔煉：將生鐵、廢鋼加入熔煉爐中，并加熱至1550℃，保溫20min后加入鉻鐵、紫銅、硅鈣合金、錳鐵和鉬鐵，保溫至完全熔化后加入釩鐵、鈦鐵和硼鐵，升溫至1600℃，保溫10min后加入氮化鉻鐵、鎳鎂、鈦錠和鋯錠，保溫至完全熔化后扒渣，得到熔融合金液，其各元素按重量百分比包括：C：2.4％，Si：1.1％，Cr：1.2％，Cu：0.5％，Ca：0.6％，Mn：1.2％，Mo：0.6％，N：0.02％，Ni：0.3％，Mg：0.01％，Ti：0.3％，Zr：0.03％，S：0.04％，P：0.02％，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)；
S2、澆注：將S1得到的熔融合金液冷卻至1400℃后澆入表面涂覆有納米涂料的砂型模腔中，所述納米涂料在砂型模腔表面的涂覆厚度為30μm，所述納米涂料按重量配比是由1.8:10的納米材料和耐火骨料進(jìn)行配料制成，所述納米材料按重量份包括：碳化鉻1份、碳化硅5份、氮化硼2份、三氧化二鋁10份，所述耐火骨料按重量份包括：鋯英粉8份、鋁礬土粉6份，待合金液完全凝固后，繼續(xù)冷卻放置5h后開模，得到鑄件坯體；
S3、熱處理：將S2得到的鑄件坯體加入加熱爐內(nèi)，向加熱爐通入氬氣使加熱爐中氧含量小于5％，在15min內(nèi)升溫至850℃，保溫40min，在1min內(nèi)升溫至1000℃，保溫10min，在10min內(nèi)升溫至1050℃，取出后加入320℃的鹽浴中進(jìn)行第一次淬火，所述鹽浴按重量百分比包括：硝酸鉀52％和硝酸鈉48％，冷卻至400℃后取出，加入回火爐中升溫至680℃，保溫20min后取出，加入90℃的硅酸鈉水溶液中進(jìn)行第二次淬火，所述硅酸鈉水溶液的比重為1.05g/cm3，模數(shù)為3.0，冷卻至70℃后取出，加入回火爐中升溫至250℃，保溫6h后出爐空冷，得到所述防腐蝕耐磨低鉻合金材料；
其中，所述砂型模腔中包括具有高熱傳導(dǎo)性能的型芯材料，所述型芯材料的原料按重量份包括：鐵礦石100份、脈石英礦20份、鈉基膨潤(rùn)土20份、粉煤灰5份、脫硫石膏6份、硅鋁酸鹽2份、鋯英粉10份、氧化鐵粉5份、石墨粉3份、微量元素0.01份、水5份；其中，所述鐵礦石的粒度為0.05mm，所述脈石英礦的粒度為0.05mm，所述微量元素為V和Cr。
實(shí)施例3
本發(fā)明提出的一種防腐蝕耐磨低鉻合金材料的鑄造方法，包括如下步驟：
S1、熔煉：將生鐵、廢鋼加入熔煉爐中，并加熱至1520℃，保溫30min后加入鉻鐵、紫銅、硅鈣合金、錳鐵和鉬鐵，保溫至完全熔化后加入釩鐵、鈦鐵和硼鐵，升溫至1580℃，保溫15min后加入氮化鉻鐵、鎳鎂、鈦錠和鋯錠，保溫至完全熔化后扒渣，得到熔融合金液，其各元素按重量百分比包括：C：1.7％，Si：1.5％，Cr：0.8％，Cu：0.7％，Ca：0.4％，Mn：1.6％，Mo：0.2％，N：0.04％，Ni：0.1％，Mg：0.07％，Ti：0.2％，Zr：0.04％，S：0.02％，P：0.01％，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)；
S2、澆注：將S1得到的熔融合金液冷卻至1380℃后澆入表面涂覆有納米涂料的砂型模腔中，所述納米涂料在砂型模腔表面的涂覆厚度為40μm，所述納米涂料按重量配比是由1.6:10的納米材料和耐火骨料進(jìn)行配料制成，所述納米材料按重量份包括：碳化鉻1.5份、碳化硅4份、氮化硼3份、三氧化二鋁8份，所述耐火骨料按重量份包括：鋯英粉9份、鋁礬土粉5份，待合金液完全凝固后，繼續(xù)冷卻放置7h后開模，得到鑄件坯體；
S3、熱處理：將S2得到的鑄件坯體加入加熱爐內(nèi)，向加熱爐通入氬氣使電爐中氧含量小于5％，在12min內(nèi)升溫至880℃，保溫33min，在4min內(nèi)升溫至960℃，保溫14min，在6min內(nèi)升溫至1080℃，取出后加入280℃的鹽浴中進(jìn)行第一次淬火，所述鹽浴按重量百分比包括：硝酸鉀58％和硝酸鈉42％，冷卻至440℃后取出，加入回火爐中升溫至620℃，保溫30min后取出，加入60℃的硅酸鈉水溶液中進(jìn)行第二次淬火，所述硅酸鈉水溶液的比重為1.15g/cm3，模數(shù)為2.0，冷卻至100℃后取出，加入回火爐中升溫至220℃，保溫8h后出爐空冷，得到所述防腐蝕耐磨低鉻合金材料；
其中，所述砂型模腔中包括具有高熱傳導(dǎo)性能的型芯材料，所述型芯材料的原料按重量份包括：鐵礦石90份、脈石英礦30份、鈉基膨潤(rùn)土12份、粉煤灰7份、脫硫石膏4份、硅鋁酸鹽3份、鋯英粉8份、氧化鐵粉7份、石墨粉2份、微量元素0.03份、水3份；其中，所述鐵礦石的粒度為0.1mm，所述脈石英礦的粒度為0.03mm，所述微量元素為Ti和Ni。
實(shí)施例4
本發(fā)明提出的一種防腐蝕耐磨低鉻合金材料的鑄造方法，包括如下步驟：
S1、熔煉：將生鐵、廢鋼加入熔煉爐中，并加熱至1530℃，保溫35min后加入鉻鐵、紫銅、硅鈣合金、錳鐵和鉬鐵，保溫至完全熔化后加入釩鐵、鈦鐵和硼鐵，升溫至1570℃，保溫16min后加入氮化鉻鐵、鎳鎂、鈦錠和鋯錠，保溫至完全熔化后扒渣，得到熔融合金液，其各元素按重量百分比包括：C：2.2％，Si：1.2％，Cr：1.1％，Cu：0.6％，Ca：0.5％，Mn：1.3％，Mo：0.5％，N：0.03％，Ni：0.2％，Mg：0.03％，Ti：0.3％，Zr：0.03％，S：0.03％，P：0.03％，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)；
S2、澆注：將S1得到的熔融合金液冷卻至1370℃后澆入表面涂覆有納米涂料的砂型模腔中，所述納米涂料在砂型模腔表面的涂覆厚度為50μm，所述納米涂料按重量配比是由1.7:10的納米材料和耐火骨料進(jìn)行配料制成，所述納米材料按重量份包括：碳化鉻1.6份、碳化硅4.5份、氮化硼3.5份、三氧化二鋁9份，所述耐火骨料按重量份包括：鋯英粉8.5份、鋁礬土粉5.5份，待合金液完全凝固后，繼續(xù)冷卻放置8h后開模，得到鑄件坯體；
S3、熱處理：將S2得到的鑄件坯體加入加熱爐內(nèi)，向加熱爐通入氬氣使電爐中氧含量小于5％，在14min內(nèi)升溫至860℃，保溫47min，在2min內(nèi)升溫至980℃，保溫12min，在8min內(nèi)升溫至1060℃，取出后加入300℃的鹽浴中進(jìn)行第一次淬火，所述鹽浴按重量百分比包括：硝酸鉀55％和硝酸鈉45％，冷卻至430℃后取出，加入回火爐中升溫至640℃，保溫28min后取出，加入70℃的硅酸鈉水溶液中進(jìn)行第二次淬火，所述硅酸鈉水溶液的比重為1.2g/cm3，模數(shù)為3.0，冷卻至80℃后取出，加入回火爐中升溫至240℃，保溫7h后出爐空冷，得到所述防腐蝕耐磨低鉻合金材料；
其中，所述砂型模腔中包括具有高熱傳導(dǎo)性能的型芯材料，所述型芯材料的原料按重量份包括：鐵礦石85份、脈石英礦35份、鈉基膨潤(rùn)土15份、粉煤灰8份、脫硫石膏3份、硅鋁酸鹽4份、鋯英粉7份、氧化鐵粉8份、石墨粉2份、微量元素0.04份、水2份；其中，所述鐵礦石的粒度為0.2mm，所述脈石英礦的粒度為0.02mm，所述微量元素為W、Mn、V和Cr。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。