一種摻雜納米晶剛玉硬質(zhì)點彌散相的高錳鋼及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高錳鋼材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種摻雜納米晶剛玉硬質(zhì)點彌散相的高錳鋼及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高錳鋼由于兼具耐磨性能好、韌度高的特點，因此，在使用中不易斷裂，安全可靠，被廣泛用于制造在沖擊磨料磨損和高硬力碾碎磨料磨損工況下使用的工件。如球磨機襯板、立磨磨輥、錘式破碎機錘頭、圓錐破碎機乳白壁及破碎壁，還有如挖掘機斗齒、斗壁，鐵道道岔，拖拉機和坦克的履帶板等。
[0003]目前，國內(nèi)外多采用在高錳鋼中添加稀土等元素以增加其鑄件的強度和硬度，達到提高耐磨性的目的，比如CN1924059A便是加入了0.1?5%的稀土錸元素；又例如專利申請CN103451546A中的變質(zhì)劑亦含有稀土錸元素。以上對高錳鋼的改良方法探索中，雖然對其性能改善起了明顯的積極作用，但是也存在明確的缺點與不足。前者添加稀土增加了對稀土元素的依賴，同時對性能的提高依然還是有限的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種摻雜納米晶剛玉硬質(zhì)點彌散相的高錳鋼及其制備方法，杜絕對稀土金屬的依賴，保證復合材料體系的均勻穩(wěn)定。
[0005]本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案為:一種摻雜納米晶剛玉硬質(zhì)點彌散相的高錳鋼，由以下重量百分比的組分組成:Mn:10.0?17.0%; C: O?1.50%; S 1: 0.3?1.0%; S:〈
0.040%；P: < 0.070%； Cr:1.5-2.5%；Ti: 0-2.5%；Mo:0~1.2%;納米晶剛玉:0.50?12.5%;其余為Fe。
[0006]其中，納米晶剛玉為顆粒尺寸為20?200nm的α-Α?2〇3。
[0007]—種摻雜納米晶剛玉硬質(zhì)點彌散相的高錳鋼的制備方法，包括以下步驟:步驟一、將納米晶勃姆石在500?600°C下預燒10?60min，然后以10?50°C/min的降溫速率急冷至室溫，制得納米初品；然后將納米初品置于1100~1600°C下煅燒1min?3h，然后以40?50°C/min的降溫速率急冷至室溫，制得納米晶剛玉，備用；
步驟二、按照所述重量百分比，將胞、(:、31、3、？、0、11、10和?6加入到氬氣保護氣氛的熔煉爐內(nèi)進行熔煉，至全部融化形成熔液后，加入納米晶剛玉，繼續(xù)加熱處理卜10h，然后，將溫度為1370?1420°C的熔液加入鑄模中成型，得到鑄錠；
步驟三、將鑄錠置于1050?1100 °C下保溫5?8h，然后在200?460 °C下保溫Ih，并升溫至520 °C下保溫Ih，再在580?850 °C下保溫Ih，即得高錳鋼。
[0008]進一步地，步驟一所采用的納米晶勃姆石的制備方法為:
a、將氫氧化鉀溶液和Al2(SO4)3.18H20溶液進行混合，至混合溶液的Ph為7?10，在常溫下攪拌后，轉(zhuǎn)入溫度為102?170°C的高壓釜中，反應5?1h后，制得固相產(chǎn)物，將固相產(chǎn)物經(jīng)過抽濾、淋洗循環(huán)I?4次，制得納米晶勃姆石固液混合體，備用； b、將納米晶勃姆石固液混合體置于拜耳法母液中，于100°C下恒溫水浴加熱I?5h，自然冷卻至室溫后，將析晶產(chǎn)物經(jīng)過抽濾、淋洗循環(huán)I?3次，烘干后球磨，并將研磨后的粉體在去離子水中超聲分散Ih，靜止24h，烘干，制得納米晶勃姆石。
[0009]進一步地，步驟二的熔煉方法為:將高頻真空熔煉爐抽真空至爐內(nèi)壓強為0.05Pa，充入氬氣至爐內(nèi)壓強達到0.05MPa，加入所述配比的Mo、S1、C、S、P以及部分的Fe，在100°C以下烤料15miη，然后在1000 °C以下熔煉1miη，再分別以T1-Fe、Mn-Fe和Cr-Fe中間合金的形式加入1^、111、(>和剩余的？6，然后在1200~1350°(:的溫度下熔煉，至原料全部熔融形成熔液。
[0010]由于納米材料本身的顆粒細小，比表面積巨大，極易出現(xiàn)團聚現(xiàn)象。常規(guī)意義上說的納米材料，是在掃描電鏡下顯示的單個顆粒為I?I OOnm的粒徑，但是，該納米材料在馬爾文激光粒度儀上卻顯示為幾十微米的粒徑。究其原因，是納米材料極易團聚，團聚后在外觀上顯示已經(jīng)達到幾十微米的粒徑，這樣使得現(xiàn)有生產(chǎn)中即使加入納米級的顆粒材料，實際上仍然為微米級，難以真正的起到納米顆粒的作用。
[0011]本發(fā)明中，通步驟一對納米級勃姆石進行燒結(jié)之后并急速冷卻，這樣制得的納米材料并不會出現(xiàn)團聚現(xiàn)象，也就是說，燒結(jié)后形成的納米晶剛玉是處于單個納米顆粒分散狀態(tài)，并不會表現(xiàn)出團聚現(xiàn)象，這樣就使得其在加入其余物料時仍表現(xiàn)出納米級顆粒的性質(zhì)，由于顆粒呈現(xiàn)出納米級別，因此，在熱處理過程中可以認為是仍處于單相體系，不僅彌散性好、分布均勻，而且結(jié)合也更加緊密。
[0012]有益效果:本發(fā)明通過對納米級勃姆石進行煅燒、然后急速冷卻，從而得到呈分散狀態(tài)的納米晶剛玉，與常規(guī)的微米級三氧化二鋁相比，克服了陶瓷脆性和復合體系不穩(wěn)定的缺陷，納米晶剛玉組分的加入，使所得高錳鋼的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，增加了硬質(zhì)點，導致所得的鑄造高錳鋼的硬度、韌性、強度、耐磨性大為提高，使用壽命延長。本發(fā)明申請方案不添加稀土元素，同時不添加大尺寸陶瓷顆粒，改為添加尺寸在20?200nm的納米晶剛玉顆粒，在保證了硬質(zhì)點硬度不降低的情況下，還是復合材料體系均勻穩(wěn)定，形成均相體系，提高了使用性能，延長了使用壽命。
【附圖說明】
[0013]圖1為實施例1制得的納米晶剛玉的XRD圖；
圖2為實施例1制得的高錳鋼的相圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的摻雜納米晶剛玉硬質(zhì)點彌散相的高錳鋼及其制備方法作進一步說明，但所舉實施例不作為對本發(fā)明的限定。
[0015]一種摻雜納米晶剛玉硬質(zhì)點彌散相的高錳鋼，由以下重量百分比的組分組成:Mn:10.0-17.0%;C:O?I.50%；S1:0.3-1.0%;S:〈0.040%；P:〈0.070%；Cr:1.5-2.5%；Ti:0-2.5%；Mo:0?1.2%;納米晶剛玉:0.50?12.5%;其余為Fe。納米晶剛玉為顆粒尺寸為20?200nm的α-ΑΙ2Ο3 O
[0016]實施例1
一種摻雜納米晶剛玉硬質(zhì)點彌散相的高錳鋼的制備方法，包括以下步驟: 步驟一、將氫氧化鉀溶液和Al2( SO4)3.I8H2O溶液進行混合，至混合溶液的Ph為7，在常溫下攪拌后，轉(zhuǎn)入溫度為105°C的高壓釜中，反應1h后，制得固相產(chǎn)物，將固相產(chǎn)物經(jīng)過抽濾、淋洗循環(huán)三次，制得納米晶勃姆石固液混合體，備用；
步驟二、將納米晶勃姆石固液混合體置于拜耳法母液中，于100°C下恒溫水浴加熱5h，自然冷卻至室溫后，將析晶產(chǎn)物經(jīng)過抽濾、淋洗循環(huán)三次，烘干后球磨，并將研磨后的粉體在去離子水中超聲分散lh，靜止24h，烘干，制得尺寸為10?40nm的納米晶勃姆石，備用；
步驟三、將步驟二制得的納米晶勃姆石在550 0C下預燒50min，然后以50 °C /min的降溫速率急冷至室溫，制得納米初品；然后將納米初品置于1500°C下煅燒3h，然后以50°C/min的降溫速率急冷至室溫，制得納米晶剛玉，備用;納米晶剛玉的XRD圖如圖1所示。
[0017]步驟四、按照重量百分比，稱取Mnl7.0%、C1.0%、Si0.8%、S0.03%^P0.06%^Cr2.0%、Mo0.6%、納米晶剛玉7%和Fe71.21%，將高頻真空熔煉爐抽真空至爐內(nèi)壓強為0.05Pa，充入氬氣至爐內(nèi)壓強達到0.05MPa，加入所述配比的Mo、S1、C、S、P以及Fe52.21%，在100 °C以下烤料15min，然后在1000°C以下熔煉lOmin，再分別以Mn-Fe和Cr-Fe中間合金的形式加入Mn、Cr和Fel9%，然后在1350°C的溫度下熔煉，至原料全部熔融形成熔液