一种镶嵌复合铸造用耐磨耐磨合金 【技术领域】
本发明属于冶金铸造技术领域，特别涉及一种镶嵌复合铸造用耐磨合金。
背景技术
在冶金、建材、矿山、化工等行业中应用设备的许多部件，处于高冲击、高磨损的工作环境，由于寿命短而频繁更换，降低了设备的利用率。利用高锰钢受到冲击载荷下发生加工硬化的特点来提高耐磨性，远低于具有优良抗磨性能的铬合金白口铸铁的抗磨性能，但白口铸铁的抗冲击性能极差。为了满足耐磨损、抗冲击的工矿要求，利用高铬铸铁的优良抗磨性能与普通碳素钢(或合金钢)良好的韧性，运用复合铸造的方法，将两种材料的优点结合起来，复合成性能优越的铸件。复合铸造有两种工艺：一种镶嵌式，其工艺简单易操作，另一种双金属复合铸造，要求有较高的操作技能。镶嵌式复合铸造有两种，其一，将耐磨合金作为预制件，固定在铸件的需要耐磨部位的铸型上，然后按工艺要求将熔炼好的钢水或铁水浇注到铸型内。其二，先制作韧性良好的结构本体，后浇铸工作部位的耐磨合金。复合铸造的铸件的质量，取决于两种材质的结合区，同时两种材质应具备以下条件：
1 结合区为良好的冶金结合，即在浇铸及冷却过程中，在有效时间内，固体和金属液能进行适当的元素扩散。
2 两种金属具有各自适宜的线收缩和金属液的体收缩，进而避免复合铸造后形成裂纹。
3 工作部位优异的耐磨性能。
经检索，可作为镶铸地耐磨的材质很多，但未发现与普通碳素钢或合金钢结合呈现良好冶金结合，且结合部位无任何缝隙，从而复合铸造出性能优越的铸件的材质。
【发明内容】
本发明提供了一种耐磨合金，是在高铬铸铁基础上提高碳含量并加入Mo、W、V等合金元素构成，用于复合铸造，能够与碳钢或合金钢很好地熔合，铸造具有抗冲击、耐磨损、无缺陷的铸件。
本发明提供的复合铸造用耐磨合金，其成分范围为：(Wt％) C Si Mn Cr Mo W 4.5-5.0 1.0-1.5 0.5-1.0 28-30 1.5-2.0 ＞1.5 V Cu Re Fe 1.0-3.0 ＜1.0 ＜1.0 余量
该合金化学成份设计的依据是：
高铬铸铁具有优良的抗磨性能，当含Cr量＞9％时，Cr与C形成K2[(Cr，Fe)7C3或(Cr、Fe)23C6]型碳化物，该碳化物具有极高的显微硬度，达HV1300-1800，高硬度的碳化物与高硬度的马氏体基体(弥散地分布着二次碳化物)配合才能表现出优良的耐磨性能，调整高铬铸铁的合金成分，以得到具有优良的耐磨性能同时与碳钢很好地熔合成分的合金，该合金的金相组织为高碳马氏体基体上镶嵌有Ka型碳化物。
合金中各元素的主要作用是：Cr、C是抗磨白口铸铁中的重要元素，增加碳化物含量能提高抗磨性，提高Cr、C含量可以提高碳化物含量，高的含碳量具有良好的流动性，但过高的C含量会夺走奥氏体中的合金元素，对获得马氏体不利。高铬铸铁的淬透性随Cr/C的值增加而提高，当含Cr量＞30％时，基体变成铁素体，耐磨性差，含Cr量在28％-30％之间，高铬铸铁中的共晶群体及其共晶碳化物最细，在共晶碳化物量大致相等的情况下，共晶组织越细耐磨性和韧性越好。综合考虑以上因素，将Cr含量确定在28％-30％之间，C含量确定在4.0％-4.5％之间，C、Cr含量最佳比值为：C/Cr＞0.16％。
Mn是扩大γ相区而且提高淬透性的元素，且价格低廉，但过高的含量使组织粗大并带来大量残余奥氏体，其最佳含量为：0.5％-1.0％。
Si是强烈促进石墨化的元素，但可以使奥氏体中溶碳量减少，因此可以降低马氏体铸铁中残余奥氏体量，另外，Si含量控制在1.0％左右，有利于减小复合铸造时裂纹产生的趋势，将含Si量控制在1％-1.5％之间效果最佳。
Cu可以提高淬透性，但为防止自由铜在晶界析出而引起脆性，加入量可控制在1％之内。
Mo有一部分进入碳化物，一部分溶入奥氏体，溶入的Mo显著提高合金的淬透性，但由于其价格较贵，用Mn部分地代替，其优选含量为1.5％-2.0％。
V、W形成高硬度的碳化物，弥散分布在高碳马氏体基体中，对高铬铸铁的耐磨性有进一步的提高，另外，添加V还可细化共晶组织并改善碳化物形态，V的最佳含量为：2.1％-3.0％。
本发明提供的合金适合任何电炉熔化，炉衬可以是酸性、碱性或中性；成本适宜，具有良好的流动性，收缩率大，熔点低；在铸态下，得到高碳马氏体基体上镶嵌有Ka型碳化物，并在基体中固溶有多量的Cr，具有较高的抗磨性，适合镶嵌复合铸造。用该合金与ZG35(或高锰钢)复合铸造的铸件，同时具有较高的耐磨性和较高的冲击性能。用于生产破碎机蓖板体部件，其寿命比高锰钢铸件提高3-5倍。
【具体实施方式】
按本发明提供的合金成分，选取最佳配比，与ZG35复合制造成单辊破碎机蓖板体，其合金成分分别为(Wt％)：CSiMnCrMoWVCuReFe 1#4.611.370.5828.31.681.672.780.670.48余量 2#4.581.450.9128.21.671.752.190.390.78余量 3#4.761.430.8128.71.731.722.160.680.57余量 4#4.851.380.8129.11.921.862.590.750.94余量
经检验，蓖板的结合部位均无气孔、夹渣、裂纹等宏观缺陷，界面无缝隙，呈冶金结合。高铬铸铁部分硬度为HRC62-65，金相组织为高碳马氏体基体上镶嵌有Ka型碳化物，ZG35部分硬度为HBS195-197。上机使用后，在同样高冲击高磨损的工况下，复合铸造的铸件比高锰钢铸件寿命提高3-5倍，而成本只增加30％，提高了设备利用率，获得较大的经济效益。