專利名稱：一種耐磨鈷基合金材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鈷基合金，具體地說是一種耐磨鈷基合金材料。
鈷基合金的發(fā)展和應(yīng)用已有近百年的歷史，由早期的高硬度表面合金(Hard facing alloy)，發(fā)展出耐磨、耐腐蝕和耐熱三大類鈷基合金[保羅·克魯克，鈷與鈷合金，《特種合金》(Paul Crook，Cobalt and Cobalt Alloys，Specific Metals and Alloys)]。實(shí)際上Co-Cr-W(Mo)-C系合金幾乎同時具備上述性質(zhì)，只是隨著工業(yè)發(fā)展的需求增加和鈷基合金研究的不斷深入，在合金使用性能上更強(qiáng)調(diào)某一方面的要求。作為耐磨鈷基合金，由于同時具備一定的耐腐蝕和耐熱性能，最早也是最廣泛地得到應(yīng)用。根據(jù)磨損條件，大致可以劃分為粘著磨損，磨料磨損，疲勞磨損，腐蝕磨損，沖蝕磨損，微動磨損等磨損模(邵荷生，張清，金屬的磨料磨損與耐磨材料，機(jī)械工業(yè)出版社，北京，1988.2)，大多數(shù)情況下多種模式結(jié)合，磨損參數(shù)又千差萬別，所以對耐磨鈷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設(shè)計(jì)研究中，滿足對材料硬度和強(qiáng)度的要求，材料塑性和韌性不夠理想，如在小能量沖擊作用下工作的活門座，實(shí)驗(yàn)中選擇一種性能優(yōu)異的典型耐磨的Stellite6耐磨鈷基合金，卻出現(xiàn)了嚴(yán)重的切削和磨削裂紋，且威脅到材料的抗沖擊疲勞磨損性能，以至于無法成形。這就使如何在保持材料強(qiáng)度和硬度水平前提下提高材料塑性和韌性成為技術(shù)關(guān)鍵。
本發(fā)明的目的是提供一種在滿足對材料硬度和強(qiáng)度要求的前提下，提高材料塑性和韌性的鈷基耐磨合金材料。
本發(fā)明的技術(shù)方案是在合金主元素基本不變的情況下，提高合金的碳含量以保證合金的硬度和強(qiáng)度指標(biāo)；降低硅含量，以提高合金塑性；取消鐵，進(jìn)一步提高塑性；忽略Ni，Mo，按重量百分比，其具體成分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。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1.與現(xiàn)有技術(shù)中追求材料的塑性引起強(qiáng)度下降情況相比，本發(fā)明能在確保強(qiáng)度和硬度指標(biāo)的同時，提高材料的塑性，由于塑性的提高改善了合金切削和磨削加工性能。
2.采用本發(fā)明使塑性和屈服性能同時提高，能對合金抗沖擊疲勞性能帶來積極影響。
3.由于本發(fā)明能在滿足對材料硬度和強(qiáng)度要求前提下，提高材料塑性和韌性，使細(xì)薄鑄件成形，機(jī)械加工和在疲勞磨損條件下應(yīng)用成為可能。


圖1為本發(fā)明碳含量變化對合金力學(xué)性能的影響曲線，其它元素含量(wt-％)為Cr 28％，W 4.5％，Si 1.0％，Mn 0.5％，不含F(xiàn)e，Co余量。
圖2為本發(fā)明硅含量變化對合金力學(xué)性能的影響曲線，其它元素含量(wt-％)為Cr 28％，W 4.5％，C 1.3％，Mn 0.5％，不含F(xiàn)e，Co余量。
圖3為本發(fā)明鐵含量變化對合金力學(xué)性能的影響曲線，其它元素含量(wt-％)為Cr 28％，W 4.5％，C 1.3％，Si 1.0％，Mn 0.5％，不含F(xiàn)e，Co余量。
圖4為本發(fā)明實(shí)施例1中所述一種敏感活門座內(nèi)鑲塊結(jié)構(gòu)示意圖。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
本發(fā)明在合金主元素基本不變的情況下，提高合金的碳含量以保證合金的硬度和強(qiáng)度指標(biāo)；降低硅含量，以提高合金塑性；取消鐵，進(jìn)一步提高塑性；忽略Ni，Mo，按重量百分比，其具體成分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為余量。
本發(fā)明基于如下設(shè)計(jì)思想從C，Si，F(xiàn)e含量變化對合金力學(xué)性能的影響曲線上看，如圖1所示，合金隨C含量增加，強(qiáng)度和硬度顯著增加，但引起塑性下降；如圖2所示，Si含量增加不但引起塑性下降，同時造成硬度降低，但對強(qiáng)度影響不大；如圖3所示，F(xiàn)e對合金硬度和強(qiáng)度影響不大，但引起塑性下降。綜合上述試驗(yàn)結(jié)果，所以在新合金設(shè)計(jì)中，在合金主元素基本不變的情況下，提高合金的碳(C)含量以保證合金的硬度和強(qiáng)度指標(biāo)；降低硅(Si)含量，以提高合金塑性；另外取消了鐵Fe，忽略雜質(zhì)元素鎳(Ni)和鉬(Mo)。
實(shí)施例1如圖4所示，一種敏感活門座內(nèi)鑲塊，結(jié)構(gòu)細(xì)小，以前采用常規(guī)Stellite6合金，出現(xiàn)嚴(yán)重加工裂紋，不能成形?，F(xiàn)采用本發(fā)明調(diào)整了合金成分，通過真空精密鑄造技術(shù)使產(chǎn)品在確保強(qiáng)度和硬度指標(biāo)的同時，提高材料的塑性，解決裂紋難題，利于耐沖擊磨損性能，順利通過活門使用性能試驗(yàn)。具體合金成分和性能如表1所示，其光潔度為0.1μm。
表1 實(shí)施例1合金成分(wt-％)和力學(xué)性能
實(shí)施例2
一種換向活門座內(nèi)鑲塊，使用要求和外觀結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相當(dāng)，尺寸略大，存在同樣的加工問題，并通過使用本發(fā)明合金得到解決。同樣采用真空精密鑄造工藝，合金成分和力學(xué)性能如表2所示。
表2 實(shí)施例2合金成分(wt-％)和力學(xué)性能
實(shí)施例3一種換向活門座內(nèi)鑲塊，使用要求和外觀結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相當(dāng)，尺寸略大，存在同樣的加工問題，并通過使用本發(fā)明合金得到解決。同樣采用真空精密鑄造工藝，合金成分和力學(xué)性能如表3所示。
表3 實(shí)施例3合金成分(wt-％)和力學(xué)性能
相關(guān)比較例實(shí)施本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)中Stellite6的化學(xué)成分及力學(xué)性能作一對比實(shí)驗(yàn)，具體情況見表4和表5。
表4 Stellite6和本發(fā)明鈷基合金化學(xué)成分
**真空感應(yīng)熔煉，熔模精密鑄造成型試棒。
表5 Stellite6和本發(fā)明鈷基合金力學(xué)性能
其中*數(shù)據(jù)援引自保羅·克魯克，賀尼國際公司，《鈷與鈷合金》(PaulCrook(Haynes International，Inc.)“Cobalt and Cobalt Alloy”)；**數(shù)據(jù)為另一現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)比較例；***數(shù)據(jù)為本發(fā)明實(shí)施例。
由表4和表5可見，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明合金主元素幾乎不變，主要調(diào)整合金中C，Si含量來匹配合金強(qiáng)度硬度和塑性指標(biāo)；在確保強(qiáng)度硬度指標(biāo)的同時，材料塑性得到了提高。
權(quán)利要求
1.一種耐磨鈷基合金材料，其特征在于在合金主元素基本不變的情況下，通過提高合金的碳含量以保證合金的硬度和強(qiáng)度指標(biāo)；降低硅含量，以提高合金塑性；取消鐵，進(jìn)一步提高塑性；忽略雜質(zhì)Ni，Mo，按重量百分比，其具體成分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為余量。
全文摘要
本發(fā)明涉及鈷基合金,具體地說是一種耐磨鈷基合金材料。其技術(shù)方案是:在合金主元素基本不變的情況下,提高合金的碳含量以保證合金的硬度和強(qiáng)度指標(biāo);降低硅含量,以提高合金塑性;取消鐵,進(jìn)一步提高塑性;忽略雜質(zhì)Ni,Mo;按重量百分比,其具體成分: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為余量。本發(fā)明能在滿足對材料硬度和強(qiáng)度要求的前提下,提高材料塑性和韌性。
文檔編號C22C19/07GK1374410SQ0110630
公開日2002年10月16日 申請日期2001年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月14日
發(fā)明者鄭啟, 管恒榮, 胡壯麒, 孫曉峰, 于洋, 田為民, 侯桂臣 申請人:中國科學(xué)院金屬研究所