本發(fā)明涉及金屬材料表面處理，具體而言，涉及高耐磨導(dǎo)軌用高錳合金鋼及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
1、導(dǎo)軌是一類可以將直線、回轉(zhuǎn)、滾動等運動方式相結(jié)合從而實現(xiàn)導(dǎo)向和承載功能的精密機械元件，要求具有比直線軸承更高的額定負載，同時可以承擔一定的扭矩，可在高負載的情況下實現(xiàn)高精度的直線運動，所以對其精度、強度及耐磨性等方面都有很高的要求。
2、國內(nèi)導(dǎo)軌多采用軸承鋼材料，此類軸承鋼在使用時，常需要經(jīng)過球化退火等預(yù)處理，并在表面進行淬回火處理，基本可以滿足所需的高強度、高硬度和耐磨性要求。但與國外導(dǎo)軌相比仍有很大的差距，尤其在壽命和精度保持性方面相差較大，從多方面的檢測以及長期的服役測試數(shù)據(jù)來看，失效原因表現(xiàn)形式為材料表面磨損或局部脫落失效，根本原因為材料成分微觀偏析，組織不均或熱處理不當、表面耐磨性差等造成的。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的是為了克服上述技術(shù)背景存在的缺陷而提供一種高耐磨導(dǎo)軌用高錳合金鋼及其制備方法和應(yīng)用。
2、本發(fā)明提供一種高耐磨導(dǎo)軌用高錳合金鋼，高耐磨導(dǎo)軌用高錳合金鋼包括基體和基體表面的表面強化層，表面強化層的顯微組織為晶粒細化的顯微組織，以微米級馬氏體和貝氏體復(fù)合相作為基體相，且在基體相內(nèi)分散有體積百分含量為30-45％的硬質(zhì)相，硬質(zhì)相包括ti(c，n)、tic和tin中的一種或多種。
3、本發(fā)明提供一種上述高耐磨導(dǎo)軌用高錳合金鋼的制備方法，其包括：采用離子注入方式，先在基體表面注入氮、釩離子，然后注入硅離子，最后注入鈦離子。
4、本發(fā)明提供一種上述的高耐磨導(dǎo)軌用高錳合金鋼或采用上述的制備方法制備的高耐磨導(dǎo)軌用高錳合金鋼在高端機床、航空航天、國防軍工、醫(yī)療器械等領(lǐng)領(lǐng)域的應(yīng)用。
5、本發(fā)明具有以下有益效果。
6、本發(fā)明提供一種高耐磨導(dǎo)軌用高錳合金鋼及其制備方法和應(yīng)用，本發(fā)明提供的高耐磨導(dǎo)軌用高錳合金鋼包括基體和基體表面的表面強化層，表面強化層的顯微組織為晶粒細化的顯微組織，其以微米級馬氏體和貝氏體復(fù)合相作為基體相，且在基體相內(nèi)分散有大量的硬質(zhì)相。通過在基體表面增加表面強化層，可以使其具有較高的硬度、較好的耐磨耐蝕性能、較長的疲勞壽命及較高的可靠性。
1.一種高耐磨導(dǎo)軌用高錳合金鋼，其特征在于，所述高耐磨導(dǎo)軌用高錳合金鋼包括基體和基體表面的表面強化層，所述表面強化層的顯微組織為晶粒細化的顯微組織，以微米級馬氏體和貝氏體復(fù)合相作為基體相，且在所述基體相內(nèi)分散有體積百分含量為30-45％的硬質(zhì)相，所述硬質(zhì)相包括ti(c，n)、tic和tin中的一種或多種。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高耐磨導(dǎo)軌用高錳合金鋼，其特征在于，所述基體的化學組成以質(zhì)量百分比計為：錳12-14％、碳0.1-0.7％、鉻0.5-1.2％、鎳0.01-0.3％、鉬0.12-0.15％、鈷0.6-0.8％、s≤0.035％、p≤0.02％，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高耐磨導(dǎo)軌用高錳合金鋼，其特征在于，所述基體和基體表面的表面強化層通過過渡層結(jié)合為一體；
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高耐磨導(dǎo)軌用高錳合金鋼，其特征在于，淬硬層深度可達200-300μm，晶粒細化為未處理條件下的1-2倍，表面顯微硬度和復(fù)合硬度可提高2倍，表面硬度在600-1500hv，使用壽命提高80％以上，平均磨損體積損失降低2-4倍，變形量≤0.01mm。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的高耐磨導(dǎo)軌用高錳合金鋼的制備方法，其特征在于，其包括：采用離子注入方式，先在所述基體表面注入氮、釩離子，然后注入硅離子，最后注入鈦離子。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，離子注入前對基體進行清洗處理和預(yù)處理；
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，注入氮、釩離子包括以下步驟：所述基體緩慢繞自身軸線勻速旋轉(zhuǎn)的同時，用離子注入機進行氮、釩注入處理，氣源采用純度為99.999％的氮氣，氮氣注入劑量為2×1017ions/cm2-5×1017ions/cm2，注入能量為100kev-300kev；以直流磁控濺射釩靶提供釩離子源，注入劑量為2×1017ions/cm2-5×1017ions/cm2，離子滲入溫度為750-820℃，滲入時長為3-4小時。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，注入硅離子包括以下步驟：保持所述基體緩慢繞自身軸線勻速旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)真空室內(nèi)氣體壓強至0.1pa-0.8pa，以直流磁控濺射硅靶提供硅離子源，注入劑量為2×1017ions/cm2-5×1017ions/cm2，離子滲入溫度為850-920℃，滲入時長為1.5-2.5小時。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，注入鈦離子包括以下步驟：保持所述基體緩慢繞自身軸線勻速旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)真空室內(nèi)氣體壓強至0.1pa-0.8pa，以直流磁控濺射鈦靶提供鈦離子源，注入劑量為3×1017ions/cm2-6×1017ions/cm2，離子滲入溫度為850-920℃，滲入時長為1.5-2.5小時；
10.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的高耐磨導(dǎo)軌用高錳合金鋼或根據(jù)權(quán)利要求5-9中任一項所述的制備方法制備的高耐磨導(dǎo)軌用高錳合金鋼在高端機床、航空航天、國防軍工、醫(yī)療器械領(lǐng)域的應(yīng)用。