一种新型低熔点高流动性的耐磨铁基合金粉末及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属合金粉末材料领域，尤其是一种新型低熔点高流动性的耐磨铁基合金粉末及其制备方法。
背景技术
现阶段国内普遍使用的离心浇铸粉末种类繁多，但是普遍存在熔点偏高的问题，根据现在市场上塑机料筒离心浇铸工艺普遍使用的电阻炉炉温保温性能差，最高温受限制(最高1150℃)的条件下，导致料筒内所装粉末未能充分熔融从而一次成品率低，特别是中大型的规格(内孔直径在φ90以上)，由于料管壁比较厚，而较低的温度和相对高的粉末熔点行成较大温差。
此外，众多铁基粉末固液相线比较接近，因此，在料筒离心这一关键环节使料管内熔融的合金液受冷温度急速降低，在还没有将合金液充分均匀的铺于料管内壁时就已经凝固，致使客户产品合金层在内管中不均匀，导致报废。由于急速受冷凝固，没有充分的时间使合金液在凝固过程中弥补缩孔，在完全凝固后，合金中夹杂砂眼，缩孔也是成品率低下的原因，因此，一种新型低熔点高流动性的耐磨铁基合金粉末亟待出现。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术存在的缺陷，提供一种新型低熔点高流动性的耐磨铁基合金粉末及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种新型低熔点高流动性的耐磨铁基合金粉末，该铁基合金粉末，按照重量百分比计算，化学成分为：
C(碳)2.5％-3.5％，Cr(铬)4.0％-7.0％，Mn(锰)0.5％-1.5％，Si(硅)1.0％-2.0％，Ni(镍)7.0％-10.0％，B(硼)2.2％-3.2％，余量为铁；合金粉末中所述C、Cr、Mn、Si、Ni、B、Fe均为市售工业级材料。
本发明铁基合金粉末中，为了达到低熔点的效果，各个元素之间的配比进行了充分的试验与验证，其中，Cr的加入会导致整个合金材料熔点上升，提高合金硬度，而Ni、B能使熔点降低，而Ni加入过量又会导致合金硬度降低，因此经过反复试验，发现在充分保证合金硬度的前提下，Cr、Ni相差3个百分点能很好的达到效果；B的加入进一步降低熔点，且与铁碳之间的配比能使熔点充分接近共晶点，因此熔点能达到最低，且液相与固相有接近100℃的区间，能使合金液在完全熔融后在离心工艺中受冷凝固过程中仍处于一段时间的液体状态，在这个过程中，由于Si的加入进一步提升合金流动性，使合金在完全凝固前均匀附着于产品内表面，同时，较长的凝固过程使合金液中的气能有效的通过离心力排出，不至于凝固过快在排出前就夹杂在合金层中。
本发明在通过水雾化制粉法制得，由于合金液较好的张力作用，粉末成球形≥80％，且通过严格的筛分使粒度控制在75-850μm，大颗粒容易产生空心夹杂炉渣或者气体，经筛分后剔除成品。
该发明使用于塑机机筒离心浇铸工艺。
进一步，该新型低熔点高流动性的耐磨铁基合金粉末的制备方法，包括如下步骤：
a、取所需铁基合金粉末的金属原料，为保证产品质量，原料均为低S、P、Al杂质的优等品，金属原料为铁，铬，镍，锰，硅，硼及增碳剂，去除金属原料表面的金属氧化层同时烘干原料所含水份；
b、将增碳剂和去除金属氧化层与水份的铁，铬，镍的50％作为基体加入熔炼炉，加热熔融后再加入剩余去除金属氧化层与水份的铁，铬，镍，完全熔融后加入去除金属氧化层与水份的锰，完全熔融后加入去除金属氧化层与水份的硅，升温完全熔融后加入去除金属氧化层与水份的硼，升温，得熔液，继续保温进行电磁搅拌使溶液中合金成分均匀混合；
c、以高压水位雾化介质，同时开启雾化塔内的抽风装置，使雾化塔内压力小于1个大气压，处于微负压状态，将步骤(b)中的熔液倒入雾化塔内进行雾化，得到雾化后的小液滴；
d、将雾化后的小液滴冷却，收集冷却后的粉末进行甩干，烘干，筛分处理，即得铁基合金粉末。
进一步，步骤d中,烘干处理采用真空烘干机在150℃条件下保温5-8小时。由于熔融过程中与大气接触，雾化后的粉末势必会有一些氧含量，在大气环境下烘干会使粉末氧含量再一次上升，甚至会再粉末表面附上一层氧化膜，因此所述烘干步骤至关重要，直接影响产品使用的效果。
进一步，步骤c中,雾化过程中保持雾化塔内的压力为0.1-0.9MPa。
进一步，步骤c中,雾化过程中高压水的喷入压力为4-6MPa，步骤b中,熔液温度为1500℃-1600℃。经过发明人大量的创造性劳动发现，各种材料的投料顺序有及其严格的要求，一定需要按照顺序定时定量投放，各成分配比也经过大量工作界定为合理范围。
另外，塑机料筒的离心浇铸方法，包括如下步骤：
(1)混粉：将本发明合金粉末与适量硼砂充分混合，硼砂的作用为造渣除氧。
(2)装粉：将料管一头用盖焊接闷好，将混合好的粉末灌入料管内。
(3)闭合：将另一头也用盖焊接闷好，留通气孔。
(4)热处理浇铸：将料管放入电阻炉内升温，再超过粉末熔点后进行保温。视料管大小保温时间从0.5-6小时不等。
(5)离心：将保温结束后的料管置于离心辊上进行离心工艺。
(6)缓冷：将离心结束后料管置于恒温炉内随炉冷却。冷却温度从700℃降到室温。
上述缓冷从700℃随炉降至室温的操作，对于合金层的作用至关重要。如果冷却过快，合金层与基体的热收缩系数不一样，导致合金层开裂的风险，以至于料管报废。
需要说明的是，本发明所述铁基合金粉末中含有的化学成分铁是基体金属元素。
本发明所述铁基合金粉末中含有的化学成分铬，作用主要是增强合金的耐腐蚀性和强度，但过多的铬会使合金变脆，延展性降低。
本发明所述铁基合金粉末中含有的化学成分硅，作用主要是提高钢中固溶体的强度和冷加工硬化程度使钢的韧性和塑性降低，提高耐蚀性。
本发明所述铁基合金粉末中含有的化学成分锰，作用主要是提高钢的淬透性。
本发明所述铁基合金粉末中含有的化学成分镍，作用主要是能提高钢的强度和韧性，提高淬透性，提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。
本发明所述铁基合金粉末中含有的化学成分硼，作用主要是提高钢的淬透性和高温强度。
本发明的有益效果为：1、该发明铁基合金粉末综合性能，即低熔点、高流动性，补缩性能强等，优于目前市面上所使用产品；
2、常温硬度值在64-67HRC，耐磨性能出众，Cr和Ni的加入进一步提升了粉末耐蚀性；
3、本发明铁基合金粉末适用于塑机料筒的离心浇铸工艺，特别对大范围使用的电阻炉使用效果很好，合金层分布均匀，无气孔无夹杂等缺陷，客户一次成品率高，为客户创造了显著的经济效益。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步详细的说明，但本发明的保护范围不限于具体实施例。
如图1所示，一种新型低熔点高流动性的耐磨铁基合金粉末，该铁基合金粉末，按照重量百分比计算，化学成分为：
C(碳)2.5％-3.5％，Cr(铬)4.0％-7.0％，Mn(锰)0.5％-1.5％，Si(硅)1.0％-2.0％，Ni(镍)7.0％-10.0％，B(硼)2.2％-3.2％，余量为铁；合金粉末中所述C、Cr、Mn、Si、Ni、B、Fe均为市售工业级材料。
本发明铁基合金粉末中，为了达到低熔点的效果，各个元素之间的配比进行了充分的试验与验证，其中，Cr的加入会导致整个合金材料熔点上升，提高合金硬度，而Ni、B能使熔点降低，而Ni加入过量又会导致合金硬度降低，因此经过反复试验，发现在充分保证合金硬度的前提下，Cr、Ni相差3个百分点能很好的达到效果；B的加入进一步降低熔点，且与铁碳之间的配比能使熔点充分接近共晶点，因此熔点能达到最低，且液相与固相有接近100℃的区间，能使合金液在完全熔融后在离心工艺中受冷凝固过程中仍处于一段时间的液体状态，在这个过程中，由于Si的加入进一步提升合金流动性，使合金在完全凝固前均匀附着于产品内表面，同时，较长的凝固过程使合金液中的气能有效的通过离心力排出，不至于凝固过快在排出前就夹杂在合金层中。
本发明在通过水雾化制粉法制得，由于合金液较好的张力作用，粉末成球形≥80％，且通过严格的筛分使粒度控制在75-850μm，大颗粒容易产生空心夹杂炉渣或者气体，经筛分后剔除成品。
其中，本发明铁基合金粉末中含有的化学成分铁是基体金属元素。
本发明所述铁基合金粉末中含有的化学成分铬，作用主要是增强合金的耐腐蚀性和强度，但过多的铬会使合金变脆，延展性降低。
本发明所述铁基合金粉末中含有的化学成分硅，作用主要是提高钢中固溶体的强度和冷加工硬化程度使钢的韧性和塑性降低，提高耐蚀性。
本发明所述铁基合金粉末中含有的化学成分锰，作用主要是提高钢的淬透性。
本发明所述铁基合金粉末中含有的化学成分镍，作用主要是能提高钢的强度和韧性，提高淬透性，提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。
本发明所述铁基合金粉末中含有的化学成分硼，作用主要是提高钢的淬透性和高温强度。
实施例1
表1为实施例1的金属原料的用量
本实施例铁基粉末的制备方法，包括如下步骤：
(1)按表1的用量，取所需铁基合金粉末的金属原料，为保证产品质量，原料均为低S、P、Al等杂质的优等品。所述金属原料为铁，铬，镍，锰，硅，硼及增碳剂，去除所述金属原料表面的金属氧化层同时烘干原料所含水份。
(2)将增碳剂和去除金属氧化层与水份的铁，铬，镍的50％作为基体加入熔炼炉，加热熔融后再加入剩余所述去除金属氧化层与水份的铁，铬，镍，完全熔融后加入所述去除金属氧化层与水份的锰，完全熔融后加入所述去除金属氧化层与水份的硅，升温完全熔融后加入去除金属氧化层与水份的硼，升温，得1600℃的熔液，继续保温进行电磁搅拌使溶液中合金成分均匀混合；
(3)以高压水位雾化介质，同时开启雾化塔内的抽风装置，使雾化塔内压力小于1个大气压，处于微负压状态，将步骤(2)所述熔液倒入雾化塔内进行雾化，喷射压力为6MPa，得到雾化后的小液滴；
(4)将雾化后的小液滴冷却，收集冷却后的粉末进行甩干，真空烘箱150℃烘5小时，再用20目-200目振动筛进行筛分处理，即得所述铁基合金粉末。
表2为实施例1铁基合金材料的化学组成
将本实施例所述铁基合金粉末采用离心浇铸工艺进行加工，包括如下步骤：
(1)离心浇铸：将实施例1所述铁基合金粉末混合硼砂装入塑机料管内，两头用闷盖焊接，将料管放入电阻炉内进行升温保温，最高保温温度1150℃，保温1小时，得料管样品。
(2)切割取样：将两头闷盖切割后观察内部合金状况，包括均匀度和熔融状态，再切割试样。
实施例2
表3为实施例2的金属原料的用量
本实施例铁基粉末的制备方法，包括如下步骤：
(1)按表1的用量，取所需铁基合金粉末的金属原料，为保证产品质量，原料均为低S、P、Al等杂质的优等品。所述金属原料为铁，铬，镍，锰，硅，硼及增碳剂，去除所述金属原料表面的金属氧化层同时烘干原料所含水份。
(2)将增碳剂和去除金属氧化层与水份的铁，铬，镍的50％作为基体加入熔炼炉，加热熔融后再加入剩余所述去除金属氧化层与水份的铁，铬，镍，完全熔融后加入所述去除金属氧化层与水份的锰，完全熔融后加入所述去除金属氧化层与水份的硅，升温完全熔融后加入去除金属氧化层与水份的硼，升温，得1600℃的熔液，继续保温进行电磁搅拌使溶液中合金成分均匀混合；
(3)以高压水位雾化介质，同时开启雾化塔内的抽风装置，使雾化塔内压力小于1个大气压，处于微负压状态，将步骤(2)所述熔液倒入雾化塔内进行雾化，喷射压力为6MPa，得到雾化后的小液滴；
(4)将雾化后的小液滴冷却，收集冷却后的粉末进行甩干，真空烘箱150℃烘5小时，再用20目-200目振动筛进行筛分处理，即得所述铁基合金粉末。
表4为实施例2铁基合金材料的化学组成
将本实施例所述铁基合金粉末采用离心浇铸工艺进行加工，包括如下步骤：
(1)离心浇铸：将实施例1所述铁基合金粉末混合硼砂装入塑机料管内，两头用闷盖焊接，将料管放入电阻炉内进行升温保温，最高保温温度1150℃，保温1小时，得料管样品。
(2)切割取样：将两头闷盖切割后观察内部合金状况，包括均匀度和熔融状态，再切割试样。
实施例3
表5为实施例3的金属原料的用量
本实施例铁基粉末的制备方法，包括如下步骤：
(1)按表1的用量，取所需铁基合金粉末的金属原料，为保证产品质量，原料均为低S、P、Al等杂质的优等品。所述金属原料为铁，铬，镍，锰，硅，硼及增碳剂，去除所述金属原料表面的金属氧化层同时烘干原料所含水份。
(2)将增碳剂和去除金属氧化层与水份的铁，铬，镍的50％作为基体加入熔炼炉，加热熔融后再加入剩余所述去除金属氧化层与水份的铁，铬，镍，完全熔融后加入所述去除金属氧化层与水份的锰，完全熔融后加入所述去除金属氧化层与水份的硅，升温完全熔融后加入去除金属氧化层与水份的硼，升温，得1600℃的熔液，继续保温进行电磁搅拌使溶液中合金成分均匀混合；
(3)以高压水位雾化介质，同时开启雾化塔内的抽风装置，使雾化塔内压力小于1个大气压，处于微负压状态，将步骤(2)所述熔液倒入雾化塔内进行雾化，喷射压力为6MPa，得到雾化后的小液滴；
(4)将雾化后的小液滴冷却，收集冷却后的粉末进行甩干，真空烘箱150℃烘5小时，再用20目-200目振动筛进行筛分处理，即得所述铁基合金粉末。
表6为实施例3铁基合金材料的化学组成
将本实施例所述铁基合金粉末采用离心浇铸工艺进行加工，包括如下步骤：
(1)离心浇铸：将实施例1所述铁基合金粉末混合硼砂装入塑机料管内，两头用闷盖焊接，将料管放入电阻炉内进行升温保温，最高保温温度1150℃，保温1小时，得料管样品。
(2)切割取样：将两头闷盖切割后观察内部合金状况，包括均匀度和熔融状态，再切割试样。
该发明铁基合金粉末综合性能，即低熔点、高流动性，补缩性能强等，优于目前市面上所使用产品；常温硬度值在64-67HRC，耐磨性能出众，Cr和Ni的加入进一步提升了粉末耐蚀性；本发明铁基合金粉末适用于塑机料筒的离心浇铸工艺，特别对大范围使用的电阻炉使用效果很好，合金层分布均匀，无气孔无夹杂等缺陷，客户一次成品率高，为客户创造了显著的经济效益。
以上显示和描述了本发明的基本原理、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的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
