一种铸造耐蚀耐磨钴基合金的制作方法
专利名称：一种铸造耐蚀耐磨钴基合金的制作方法
技术领域：
本发明涉及钴基合金，具体为一种铸造耐蚀耐磨钴基合金。
背景技术：
目前生产的钴基合金，主要成分为Co-Cr-W-C型四元合金，尽管其具有耐磨、耐腐蚀的较好性能，但在各种强腐蚀性介质中，其使用性能不令人满意。在某些工业领域中需要具有高抗腐蚀性能、高耐磨性能，同时具有高强度和韧性的合金，如切断刀是水流式化纤切断机的关键部件，其使用条件如下切断物料人造纤维素；接触介质酸性水介质，PH值为2，H2SO4浓度10～15g/L，Na2SO4浓度20～30g/L，H2S微量，Cl-200ppm；工作温度80～90℃；负荷性质脉冲负荷，切割频率200次/分，连续运行使用。
某化纤工业总公司是近年组建的，全套设备从澳地利进口，已投入生产，其中水流式切断机的关键部件切断刀价格昂贵、消耗量大。目前国内化纤行业所用国产刀多为钴基合金，尽管工作温度很低(40～55℃)，但寿命一直不尽人意，多年来，人们对切断刀的材质曾采用过多种方法，致力于提高切断刀使用性能和寿命，未见成效，其中一类如司太立6等合金，其不足之处是材质磨损很快，甚至磨刀时出现卷刃，说明材质硬度不足；另一类合金，其不足之处是在试用时刃部出现锯齿，说明材质韧性较差，无法使用。而国外进口切断刀为钴基变形材，在国内生产条件下使用，常出现点蚀，不能达到合同给出的寿命，因此，急需研制一种新材料，解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有较高的强度和韧性、成本较低的铸造耐蚀耐磨钴基合金，它可以用于制造水流式化纤切断机上的关键部件切断刀。
本发明的技术解决方案一种铸造耐蚀耐磨钴基合金，其合金成分的重量百分数为C 1.0～2.5；Cr 20～35；W 5～20；Mo 1～6；Nb 1～8；Cu 0.5～2.0；Si 0.5～3.0；Ni 2～15；Co 35～65。
所述铸造耐蚀耐磨钴基合金，其合金成分的重量百分数还可以为C 1.5～2.5；Cr 28～35；W 5～15；Mo 1～4；Nb 1～6；Cu 1.0～2.0；Si 0.5～2.0；Ni 5～15；Co 35～50。
本发明是这样设计的碳是合金中重要元素，合金硬度大体上是随碳含量的增加而提高，为使合金具高硬度，选择M7C3强化，所以必须保证足够数量的碳，其重量百分数为1.0～2.5；铬具有双重作用，一是固溶到钴基体中，提高基体强度和耐蚀性；二是生成碳化物M7C3，提高耐磨性；钨、钼、铌、镍等元素可以强化基体，其中钨、钼、铌参与形成碳化物，增加强化相数量，提高耐磨性；镍能改善合金韧性，并可以替代一部分钴，从而降低合金成本；硅能改善液态金属流动性，合金中含有少量的硅，可以提高铸件质量，其重量百分数为0.5～3；铜能提高合金耐蚀性，具有一定抗氯离子腐蚀作用；但铜的加入也可能对材料的加工性及热处理等带来不利的影响，其重量百分数为0.5～2；钴是构成本发明的基础合金元素，通过其难熔性能(熔化点为1495℃)，有助于基质的内在机械强度，本发明采用合金元素镍部分替代钴，从而可以降低钴的加入量，节约成本，其重量百分数为35～65。
本发明的有益效果是1.耐蚀耐磨性能好，使用寿命长。本发明设计的钴基合金成分范围，可以确保其具有优异的耐蚀耐磨性能，其平均硬度值(HRC)可达到48左右；另外，它可以用于制造水流式化纤切断机上的切断刀，其在国内生产条件下使用，平均腐蚀率为-0.018g/M2·h，基本无均匀腐蚀，亦无点蚀，其使用寿命比进口件高出20％。
2.成本低。本发明采用合金元素镍部分替代钴，钴含量下限突破了国内外现有牌号，从而节省了作为战略物资的昂贵金属钴，大大降低了合金成本。
图1是本发明实施例1金相组织图。
图2是本发明实施例2金相组织图。
具体实施例方式
下面通过实施例和附图进一步详述本发明。合金的熔炼在真空感应炉中完成，经精密铸造成切断刀，具体如下1.合金化学成分如表1所示(重量百分数)表1
2.合金热处理、硬度如表2所示表2
如图1、图2所示实施例1和实施例2金相组织(100×)，其合金基体为面心立方结构，强化相主要为M7C3和碳化铌等；3.合金耐蚀性如下腐蚀介质10g/L H2SO4+30g/L Na2SO4，PH＝1.3；实验温度100℃；实验时间16h；平均腐蚀率-0.018g/M2·h，基本无均匀腐蚀，亦无点蚀。
4.现场试验情况如下在相同条件下，进口刀使用寿命为250万次(使用过程中出现点蚀)，采用本发明的切断刀使用寿命在300万次以上，其使用寿命提高20％；这样减少了换刀次数，不但提高了生产效率，还保证了产品质量，且价格便宜，约为进口刀的50％，经济效益和社会效益显著。
权利要求
1.一种铸造耐蚀耐磨钴基合金，其特征在于其合金成分的重量百分数为C1.0～2.5Cr20～35W5～20Mo1～6Nb1～8Cu0.5～2.0Si0.5～3.0Ni2～15Co35～65。
2.根据权利要求1所述铸造耐蚀耐磨钴基合金，其特征在于所述合金成分重量百分数为C 1.5～2.5Cr 28～35W 5～15Mo 1～4Nb 1～6Cu 1.0～2.0Si 0.5～2.0Ni 5～15Co 35～50。
全文摘要
本发明涉及钴基合金，具体为一种铸造耐蚀耐磨钴基合金，其特征在于其合金成分的重量百分数为C 1.0～2.5；Cr 20～35；W 5～20；Mo 1～6；Nb 1～8；Cu 0.5～2.0；Si 0.5～3.0；Ni 2～15；Co 35～65。本发明设计的钴基合金成分范围，可以确保其具有优异的耐蚀耐磨性能，其平均硬度值(HRC)可达到48左右，它可以用于制造水流式化纤切断机上的切断刀，其在国内生产条件下使用，基本无均匀腐蚀，亦无点蚀，其使用寿命比进口件高出20％；另外，本发明采用合金元素镍部分替代钴，大大降低了合金成本。
文档编号C22C19/07GK1417360SQ0113341
公开日2003年5月14日 申请日期2001年11月7日 优先权日2001年11月7日
发明者魏翔云, 张亚东, 赵健 申请人:中国科学院金属研究所
技术领域：
本发明涉及钴基合金，具体为一种铸造耐蚀耐磨钴基合金。
背景技术：
目前生产的钴基合金，主要成分为Co-Cr-W-C型四元合金，尽管其具有耐磨、耐腐蚀的较好性能，但在各种强腐蚀性介质中，其使用性能不令人满意。在某些工业领域中需要具有高抗腐蚀性能、高耐磨性能，同时具有高强度和韧性的合金，如切断刀是水流式化纤切断机的关键部件，其使用条件如下切断物料人造纤维素；接触介质酸性水介质，PH值为2，H2SO4浓度10～15g/L，Na2SO4浓度20～30g/L，H2S微量，Cl-200ppm；工作温度80～90℃；负荷性质脉冲负荷，切割频率200次/分，连续运行使用。
某化纤工业总公司是近年组建的，全套设备从澳地利进口，已投入生产，其中水流式切断机的关键部件切断刀价格昂贵、消耗量大。目前国内化纤行业所用国产刀多为钴基合金，尽管工作温度很低(40～55℃)，但寿命一直不尽人意，多年来，人们对切断刀的材质曾采用过多种方法，致力于提高切断刀使用性能和寿命，未见成效，其中一类如司太立6等合金，其不足之处是材质磨损很快，甚至磨刀时出现卷刃，说明材质硬度不足；另一类合金，其不足之处是在试用时刃部出现锯齿，说明材质韧性较差，无法使用。而国外进口切断刀为钴基变形材，在国内生产条件下使用，常出现点蚀，不能达到合同给出的寿命，因此，急需研制一种新材料，解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有较高的强度和韧性、成本较低的铸造耐蚀耐磨钴基合金，它可以用于制造水流式化纤切断机上的关键部件切断刀。
本发明的技术解决方案一种铸造耐蚀耐磨钴基合金，其合金成分的重量百分数为C 1.0～2.5；Cr 20～35；W 5～20；Mo 1～6；Nb 1～8；Cu 0.5～2.0；Si 0.5～3.0；Ni 2～15；Co 35～65。
所述铸造耐蚀耐磨钴基合金，其合金成分的重量百分数还可以为C 1.5～2.5；Cr 28～35；W 5～15；Mo 1～4；Nb 1～6；Cu 1.0～2.0；Si 0.5～2.0；Ni 5～15；Co 35～50。
本发明是这样设计的碳是合金中重要元素，合金硬度大体上是随碳含量的增加而提高，为使合金具高硬度，选择M7C3强化，所以必须保证足够数量的碳，其重量百分数为1.0～2.5；铬具有双重作用，一是固溶到钴基体中，提高基体强度和耐蚀性；二是生成碳化物M7C3，提高耐磨性；钨、钼、铌、镍等元素可以强化基体，其中钨、钼、铌参与形成碳化物，增加强化相数量，提高耐磨性；镍能改善合金韧性，并可以替代一部分钴，从而降低合金成本；硅能改善液态金属流动性，合金中含有少量的硅，可以提高铸件质量，其重量百分数为0.5～3；铜能提高合金耐蚀性，具有一定抗氯离子腐蚀作用；但铜的加入也可能对材料的加工性及热处理等带来不利的影响，其重量百分数为0.5～2；钴是构成本发明的基础合金元素，通过其难熔性能(熔化点为1495℃)，有助于基质的内在机械强度，本发明采用合金元素镍部分替代钴，从而可以降低钴的加入量，节约成本，其重量百分数为35～65。
本发明的有益效果是1.耐蚀耐磨性能好，使用寿命长。本发明设计的钴基合金成分范围，可以确保其具有优异的耐蚀耐磨性能，其平均硬度值(HRC)可达到48左右；另外，它可以用于制造水流式化纤切断机上的切断刀，其在国内生产条件下使用，平均腐蚀率为-0.018g/M2·h，基本无均匀腐蚀，亦无点蚀，其使用寿命比进口件高出20％。
2.成本低。本发明采用合金元素镍部分替代钴，钴含量下限突破了国内外现有牌号，从而节省了作为战略物资的昂贵金属钴，大大降低了合金成本。
图1是本发明实施例1金相组织图。
图2是本发明实施例2金相组织图。
具体实施例方式
下面通过实施例和附图进一步详述本发明。合金的熔炼在真空感应炉中完成，经精密铸造成切断刀，具体如下1.合金化学成分如表1所示(重量百分数)表1
2.合金热处理、硬度如表2所示表2
如图1、图2所示实施例1和实施例2金相组织(100×)，其合金基体为面心立方结构，强化相主要为M7C3和碳化铌等；3.合金耐蚀性如下腐蚀介质10g/L H2SO4+30g/L Na2SO4，PH＝1.3；实验温度100℃；实验时间16h；平均腐蚀率-0.018g/M2·h，基本无均匀腐蚀，亦无点蚀。
4.现场试验情况如下在相同条件下，进口刀使用寿命为250万次(使用过程中出现点蚀)，采用本发明的切断刀使用寿命在300万次以上，其使用寿命提高20％；这样减少了换刀次数，不但提高了生产效率，还保证了产品质量，且价格便宜，约为进口刀的50％，经济效益和社会效益显著。
权利要求
1.一种铸造耐蚀耐磨钴基合金，其特征在于其合金成分的重量百分数为C1.0～2.5Cr20～35W5～20Mo1～6Nb1～8Cu0.5～2.0Si0.5～3.0Ni2～15Co35～65。
2.根据权利要求1所述铸造耐蚀耐磨钴基合金，其特征在于所述合金成分重量百分数为C 1.5～2.5Cr 28～35W 5～15Mo 1～4Nb 1～6Cu 1.0～2.0Si 0.5～2.0Ni 5～15Co 35～50。
全文摘要
本发明涉及钴基合金，具体为一种铸造耐蚀耐磨钴基合金，其特征在于其合金成分的重量百分数为C 1.0～2.5；Cr 20～35；W 5～20；Mo 1～6；Nb 1～8；Cu 0.5～2.0；Si 0.5～3.0；Ni 2～15；Co 35～65。本发明设计的钴基合金成分范围，可以确保其具有优异的耐蚀耐磨性能，其平均硬度值(HRC)可达到48左右，它可以用于制造水流式化纤切断机上的切断刀，其在国内生产条件下使用，基本无均匀腐蚀，亦无点蚀，其使用寿命比进口件高出20％；另外，本发明采用合金元素镍部分替代钴，大大降低了合金成本。
文档编号C22C19/07GK1417360SQ0113341
公开日2003年5月14日 申请日期2001年11月7日 优先权日2001年11月7日
发明者魏翔云, 张亚东, 赵健 申请人:中国科学院金属研究所
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