一种耐磨钴基合金材料 本发明涉及钴基合金，具体地说是一种耐磨钴基合金材料。
钴基合金的发展和应用已有近百年的历史，由早期的高硬度表面合金(Hard facing alloy)，发展出耐磨、耐腐蚀和耐热三大类钴基合金[保罗·克鲁克，钴与钴合金，《特种合金》(Paul Crook，Cobalt and Cobalt Alloys，Specific Metals and Alloys)]。实际上Co-Cr-W(Mo)-C系合金几乎同时具备上述性质，只是随着工业发展的需求增加和钴基合金研究的不断深入，在合金使用性能上更强调某一方面的要求。作为耐磨钴基合金，由于同时具备一定的耐腐蚀和耐热性能，最早也是最广泛地得到应用。根据磨损条件，大致可以划分为粘着磨损，磨料磨损，疲劳磨损，腐蚀磨损，冲蚀磨损，微动磨损等磨损模(邵荷生，张清，金属的磨料磨损与耐磨材料，机械工业出版社，北京，1988.2)，大多数情况下多种模式结合，磨损参数又千差万别，所以对耐磨钴基合金性能的研究提出更高的要求。在目前的耐磨合金材料设计研究中，满足对材料硬度和强度的要求，材料塑性和韧性不够理想，如在小能量冲击作用下工作的活门座，实验中选择一种性能优异的典型耐磨的Stellite6耐磨钴基合金，却出现了严重的切削和磨削裂纹，且威胁到材料的抗冲击疲劳磨损性能，以至于无法成形。这就使如何在保持材料强度和硬度水平前提下提高材料塑性和韧性成为技术关键。
本发明的目的是提供一种在满足对材料硬度和强度要求的前提下，提高材料塑性和韧性的钴基耐磨合金材料。
本发明的技术方案是：在合金主元素基本不变的情况下，提高合金的碳含量以保证合金的硬度和强度指标；降低硅含量，以提高合金塑性；取消铁，进一步提高塑性；忽略Ni，Mo，按重量百分比，其具体成分Cr 27.0～29.0；W 4.0～6.0；C 1.3～1.6；Si 0.3～1.2；Mn 0.3～1；Co余量。
本发明具有如下优点：
1.与现有技术中追求材料的塑性引起强度下降情况相比，本发明能在确保强度和硬度指标的同时，提高材料的塑性，由于塑性地提高改善了合金切削和磨削加工性能。
2.采用本发明使塑性和屈服性能同时提高，能对合金抗冲击疲劳性能带来积极影响。
3.由于本发明能在满足对材料硬度和强度要求前提下，提高材料塑性和韧性，使细薄铸件成形，机械加工和在疲劳磨损条件下应用成为可能。
图1为本发明碳含量变化对合金力学性能的影响曲线，其它元素含量(wt-％)为：Cr 28％，W 4.5％，Si 1.0％，Mn 0.5％，不含Fe，Co余量。
图2为本发明硅含量变化对合金力学性能的影响曲线，其它元素含量(wt-％)为：Cr 28％，W 4.5％，C 1.3％，Mn 0.5％，不含Fe，Co余量。
图3为本发明铁含量变化对合金力学性能的影响曲线，其它元素含量(wt-％)为：Cr 28％，W 4.5％，C 1.3％，Si 1.0％，Mn 0.5％，不含Fe，Co余量。
图4为本发明实施例1中所述一种敏感活门座内镶块结构示意图。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明在合金主元素基本不变的情况下，提高合金的碳含量以保证合金的硬度和强度指标；降低硅含量，以提高合金塑性；取消铁，进一步提高塑性；忽略Ni，Mo，按重量百分比，其具体成分：Cr 27.0～29.0；W 4.0～6.0；C 1.3～1.6；Si 0.3～1.2；Mn 0.3～1；Co为余量。
本发明基于如下设计思想：
从C，Si，Fe含量变化对合金力学性能的影响曲线上看，如图1所示，合金随C含量增加，强度和硬度显著增加，但引起塑性下降；如图2所示，Si含量增加不但引起塑性下降，同时造成硬度降低，但对强度影响不大；如图3所示，Fe对合金硬度和强度影响不大，但引起塑性下降。综合上述试验结果，所以在新合金设计中，在合金主元素基本不变的情况下，提高合金的碳(C)含量以保证合金的硬度和强度指标；降低硅(Si)含量，以提高合金塑性；另外取消了铁Fe，忽略杂质元素镍(Ni)和钼(Mo)。
实施例1
如图4所示，一种敏感活门座内镶块，结构细小，以前采用常规Stellite6合金，出现严重加工裂纹，不能成形。现采用本发明调整了合金成分，通过真空精密铸造技术使产品在确保强度和硬度指标的同时，提高材料的塑性，解决裂纹难题，利于耐冲击磨损性能，顺利通过活门使用性能试验。具体合金成分和性能如表1所示，其光洁度为0.1μm。
表1 实施例1合金成分(wt-％)和力学性能 Cr W C Si Mn Co σs， MPa σb， MPa δ， ％ Ak，J HRc 27.79 4.35 1.49 1.04 0.3 余量 825 935 1.5 9.5 41.5
实施例2
一种换向活门座内镶块，使用要求和外观结构与实施例1相当，尺寸略大，存在同样的加工问题，并通过使用本发明合金得到解决。同样采用真空精密铸造工艺，合金成分和力学性能如表2所示。
表2 实施例2合金成分(wt-％)和力学性能 Cr W C Si Mn Co σs， MPa σb， MPa δ， ％ Ak，J HRc 27.86 4.68 1.28 0.70 0.68 余量 748 927 1.7 12 41
实施例3
一种换向活门座内镶块，使用要求和外观结构与实施例1相当，尺寸略大，存在同样的加工问题，并通过使用本发明合金得到解决。同样采用真空精密铸造工艺，合金成分和力学性能如表3所示。
表3 实施例3合金成分(wt-％)和力学性能 Cr W C Si Mn Co σs， MPa σb， MPa δ， ％ Ak，J HRc 28.9 5.9 1.6 0.4 1.0 余量 890 915 1.6 10 41.5
相关比较例：
实施本发明与现有技术中Stellite6的化学成分及力学性能作一对比实验，具体情况见表4和表5。
表4 Stellite6和本发明钴基合金化学成分 合 金 Cr W C Si Mn Fe Ni Mo Co Stellite6* Stellite6** 本发明** 28 26.89 28 4.5 4.31 4.5 1.2 1.2 1.3-1.6 2max 1.92 1.2max 1max 0.71 1max 3max - - 3max - - 1max - - Bal. Bal. Bal.
**真空感应熔炼，熔模精密铸造成型试棒。
表5 Stellite6和本发明钴基合金力学性能 合金 σs，MPa σb，MPa δ，％ HRc Stellite6* Stellite6** 本发明*** 541 730 650-820 896 844 800-930 1 1.2 1.5-2 40 38 41-43
其中：*数据援引自保罗·克鲁克，贺尼国际公司，《钴与钴合金》(PaulCrook(Haynes International，Inc.)“Cobalt and Cobalt Alloy”)；**数据为另一现有技术相关比较例；***数据为本发明实施例。
由表4和表5可见，与现有技术相比，本发明合金主元素几乎不变，主要调整合金中C，Si含量来匹配合金强度硬度和塑性指标；在确保强度硬度指标的同时，材料塑性得到了提高。