一种中小型贝氏体钢耐磨铸件及其制备方法技术领域
本发明涉及一种新型贝氏体钢耐磨铸件及其制备方法，尤其是重量小于50Kg的中小型耐磨铸件及其制备方法。
背景技术
目前，工业生产中所用的中小型耐磨铸件主要以高锰钢和高铬铸铁为主。高锰钢韧性高（AKv＞40J），但硬度低（HRC为20左右），高锰钢的耐磨性优势是通过在强冲击作用下的冲击硬化而发挥，很多工况条件难以满足使高锰钢达到硬化的冲击要求。高铬铸铁硬度高（HRC为60），但韧性低（AKv＜1J），脆性大，仅适用于无冲击和极小冲击的磨损工况，而此类工况较少。因此，高锰钢和高铬铸铁耐磨件使用领域严重受限，同时也因为综合机械性能差，导致耐磨件使用寿命低。
近年来，低合金马氏体钢作为中小型耐磨铸件材料开始使用，较好的解决了高锰钢和高铬铸铁耐磨铸件硬度和韧性无法兼顾的问题，然而低合金马氏体钢其组织成分主要是马氏体，由于材料淬透性差以及马氏体相变过程中容易出现开裂，且很多情况下因淬透性不足引起产品内外性能均匀性差，为防止开裂并改善性能，一方面要求严格控制其热处理过程，大大增加控制难度，另一方面需加入较大量的钼等其他增加淬透性的合金元素，造成技术难度和材料成本均较高，极不利于规模化工业生产。
发明内容
针对上述不足，本发明提供一种中小型贝氏体钢耐磨铸件及其制备方法，使用该工艺铸造的耐磨铸件硬度和冲击韧性较高，综合机械性能好，使用寿命高，而且技术和生产成本较低，从而有使该材料的耐磨铸件使用范围大大增加，并且解决热理裂纹和性能均匀性问题，利于耐磨铸件的规模化工业生产。
本发明是通过这样的技术方案来实现的：
一种中小型贝氏体钢耐磨铸件，该铸件以C、Si、Mn、Cr为主要合金元素，其成分重量百分比为：C：0.2~0.5%，Si：0.6～2.0%，Mn：1.5～3.0%，Cr：0.5～2.0%，其余为铁和杂质元素。
作为上述方案的进一步改进，当铸件要求HRC≥49，AKv≥16J时，所述各合金元素的重量百分比为:C：0.25~0.35%，Si：0.8～1.2%，Mn：1.8～2.5%，Cr：1.2～1.5%，其余为铁和杂质元素。
作为上述方案的进一步改进，当铸件要求HRC≥52，AKv≥10J时，所述各合金元素的重量百分比为:C：0.35~0.45%，Si：0.9～1.5%，Mn：1.8～2.6%，Cr：1.2～1.5%，其余为铁和杂质元素。
同时，本案还提供了一种生产上述中小型贝氏体钢耐磨铸件的方法，其生产步骤为：
（1）按上述方案要求配置原材料，并进行熔炼、脱氧、除渣；
（2）按砂型、壳型或失蜡成型工艺铸造得到坯件；
（3）合金均匀化：将坯件升温至830~870℃保温后随炉冷却；
（4）相变：坯件升温到880~900℃保温，保温时间根据铸件的不同壁厚而定；出炉空冷到600~800℃进行水淬，至250～350℃时出水，再空冷至100～200℃，升温到200℃～270℃保温4h以上。
由于使用上述工艺，该工艺铸造的新型贝氏体钢耐磨铸件中小型件，由于成分配比合理，使其在热处理过程中，能在较宽的冷速范围内形成一定含量的贝氏体、马氏体或残余奥氏体等的复相组织，使铸件产品不仅具有很高的硬度，同时也具有较高的冲击韧性，实现最佳的综合机械性能，通过配套的合金均匀化处理和淬火工艺以解决热理裂纹和性能均匀性问题，以实现铸件产品性能的一致性和稳定性，不仅使用寿命高，而且适用范围更广泛，且不使用贵重合金元素，材料成本低，工艺稳定，易于实现规模化工业生产。
具体实施方式
为了更加清楚地理解本发明的目的、技术方案及有益效果，下面对本发明做进一步的说明，但并不将本发明的保护范围限定在以下实施例中。
实施例1
一种中小型贝氏体钢耐磨铸件，其成分重量百分比为C：0.2%，Si：0.95%，Mn：3.0%，Cr：0.5%，其余为铁和杂质元素，并按照如下步骤进行：
（1）按上述比例配制原材料，并用常规工艺进行熔炼、脱氧、除渣；
（2）按砂型工艺铸造得到坯件；
（3）合金均匀化：将坯件升温至850℃保温2h后,随炉冷却到室温；
（4）相变：坯件升温到900℃保温2h；出炉空冷到650～750℃，后进行水冷至300～350℃出水，空冷至100～150℃，升温到220℃保温4h，得到如下数据：
可见，其具有很高的硬度和耐冲击性。
实施例2
一种中小型贝氏体钢耐磨铸件，其成分重量百分比为C：0.34%，Si：1.30%，Mn：1.56%，Cr：2.0%，其余为铁和杂质元素，并按照实施例1相同的制备步骤进行，得到如下数据：
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可见，其具有很高的硬度和耐冲击性。
实施例3
一种中小型贝氏体钢耐磨铸件，其成分重量百分比为：C：0.5%，Si：2.0%，Mn：1.80%，Cr：1.23%，其余为铁和杂质元素，并按照实施例1相同的制备步骤进行，得到如下数据：
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可见，其具有很高的硬度和较高的耐冲击性。
本发明所用硬度（HRC）、冲击（AKv）检测按GB/T230.1-2009和GB/T229-2010标准。
与其它耐磨材料的相关参数对比，结果为：
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由上述数据可见，使用本发明提供的中小型贝氏体钢耐磨铸件，由于成分配比合理，铸件产品不仅具有很高的硬度，同时也具有较高的冲击韧性，实现最佳的综合机械性能，使用寿命高，适用范围更广泛，且不使用贵重合金元素，材料成本低，工艺稳定，易于实现规模化工业生产。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。