專利名稱：一種粉末冶金彈簧鋼復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及粉末冶金技術(shù)，具體是指一種粉末冶金彈簧鋼復(fù)合材料及其制備方 法，該彈簧鋼復(fù)合材料特別是適用于制造彈性元件。
背景技術(shù)：
彈簧鋼是專門用來(lái)制造各類彈性元件的鋼種?，F(xiàn)有的彈簧鋼材料主要有碳素彈簧 鋼、低合金彈簧鋼和高合金彈簧鋼。45CrMoV是低合金彈簧鋼的一種，它屬于耐熱彈簧鋼，具 有很好的室溫和高溫力學(xué)性能，尤其是高溫抗松弛性能更為優(yōu)良。但是其耐磨性稍差，使得 在某些工況條件下彈性元件的磨損嚴(yán)重，影響彈性元件的精密度和使用壽命。顆粒增強(qiáng)鋼鐵基復(fù)合材料是二十世紀(jì)五十年開(kāi)始發(fā)展起來(lái)的一類材料，主要是為 了發(fā)展一類具有高的比強(qiáng)度、比模量、耐高溫、耐磨損的復(fù)合材料。增強(qiáng)顆粒主要有金屬碳 化物、金屬氮化物、金屬氧化物和金屬間化合物等。增強(qiáng)顆粒的加入使得材料的高溫穩(wěn)定性 和耐磨性等得到提高。但是由于增強(qiáng)顆粒和鋼鐵基體材料物理化學(xué)性質(zhì)、表面特征差異等， 使得材料的力學(xué)性能不可避免的有所下降。如何解決因增強(qiáng)顆粒的加入使得復(fù)合材料力學(xué) 性能有所降低的問(wèn)題，有待進(jìn)一步的研究。因此，在提高材料的耐磨性和高溫穩(wěn)定性的同 時(shí)，最大限度的保證材料的強(qiáng)度，是一個(gè)值得進(jìn)一步研究的問(wèn)題。目前，用作顆粒增強(qiáng)鋼鐵 基復(fù)合材料基體材料主要有工具鋼、高速鋼和不銹鋼等。關(guān)于使用45CrMoV彈簧鋼作為基 體的顆粒增強(qiáng)鋼鐵基復(fù)合材料未見(jiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種粉末冶金彈簧鋼復(fù)合材料 及其制備方法，該彈簧鋼復(fù)合材料具有比強(qiáng)度、比模量高、高溫穩(wěn)定性好、耐磨損的特點(diǎn)。本發(fā)明的目的可以通過(guò)如下措施來(lái)實(shí)現(xiàn)一種粉末冶金彈簧鋼復(fù)合材料，其按質(zhì)量百分比計(jì)的組分及其含量為45CrMoV 85-95 %,碳化鈮粉5-15% ；其硬度為HRC40. 5_46，屈服強(qiáng)度1108_1250MPa，抗拉強(qiáng)度 1210-1323MPa,彈性模量190_208GPa，伸長(zhǎng)率2. 0-5. 4 %，耐磨性為鑄造45CrMoV材料的 2. 5-6 倍?！N粉末冶金彈簧鋼復(fù)合材料的制備方法，采用高能球磨和熱等靜壓燒結(jié)相結(jié)合 的方法，具體步驟及工藝條件如下步驟一備料按下列配比備粉末料
步驟二 混合與球磨
在V型混料機(jī)上至少干混2小時(shí)后，高能球磨10-20小時(shí)，球磨至NbC顆粒的粒徑 為200nm-400nm，NbC顆粒均勻彌散分布于45CrMoV彈簧鋼基體中；步驟三熱等靜壓燒結(jié)將上述粉末裝于不銹鋼包套中，并抽真空至真空度至少低于10-lPa后焊封，經(jīng)檢 查確認(rèn)包套完全氣密后將其放入熱等靜壓爐內(nèi)燒結(jié)，燒結(jié)參數(shù)為溫度1120-1180°C，壓強(qiáng) 70-100MPa，保溫時(shí)間2-3h，即得到制造彈性元件用粉末冶金彈簧鋼材料。所述45CrMoV粉為等離子旋轉(zhuǎn)電極法制備。所述高能球磨是指在球磨介質(zhì)為直徑8_16mm的不銹鋼球，球料比15 1-10 1， 球磨機(jī)轉(zhuǎn)速200-260轉(zhuǎn)/分，保護(hù)氣體為氬氣的行星球磨機(jī)上進(jìn)行。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明采用高能球磨將NbC顆粒尺寸球磨至200-400nm，且均勻彌散分布于 45CrMoV彈簧鋼基體之中，在保證材料力學(xué)性能的同時(shí)使得材料的耐磨性大大提高。2、本發(fā)明通過(guò)高能球磨和熱等靜壓燒結(jié)相結(jié)合的方法有效的解決了增強(qiáng)顆粒和 基體的融合和界面問(wèn)題，使得增強(qiáng)顆粒和基體結(jié)合得更緊密。3、本發(fā)明的粉末冶金彈簧鋼復(fù)合材料具有良好的成形性，配合粉末冶金近凈成型 的特點(diǎn)，可以制備出接近最終形狀的彈性元件，減少了傳統(tǒng)制備方法的后續(xù)加工。
具體實(shí)施例方式通過(guò)如下實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不僅限于此。實(shí)施例1步驟一備料按下列配比備粉末料 步驟二 混合與球磨在V型混料機(jī)上至少干混2小時(shí)后，高能球磨15小時(shí)，球磨介質(zhì)為直徑8mm的不 銹鋼球，球料比10 1，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速226轉(zhuǎn)/分，使用氬氣作保護(hù)氣體，球磨至NbC顆粒的粒 徑為200nm-400nm，NbC顆粒均勻彌散分布于45CrMoV彈簧鋼基體中；步驟三熱等靜壓燒結(jié)將上述粉末裝于不銹鋼包套中，并抽真空至真空度至少低于lO—ipa后焊封，經(jīng) 檢查確認(rèn)包套完全氣密后將其放入熱等靜壓爐內(nèi)燒結(jié)，燒結(jié)參數(shù)為溫度1180°C，壓強(qiáng) 70MPa，保溫時(shí)間3h。即得到彈性錐套粉末冶金復(fù)合材料，其硬度為HRC40. 5，屈服強(qiáng)度1205MPa，抗拉 強(qiáng)度1323MPa，彈性模量208GPa，伸長(zhǎng)率5. 4%，耐磨性為鑄造45CrMoV材料的2. 5倍。實(shí)施例2 步驟二 混合與球磨在V型混料機(jī)上至少干混2小時(shí)后，高能球磨20小時(shí)，球磨介質(zhì)為直徑16mm的不 銹鋼球，球料比15 1，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速200轉(zhuǎn)/分，使用氬氣作保護(hù)氣體，球磨至NbC顆粒的粒 徑為200nm-400nm，NbC顆粒均勻彌散分布于45CrMoV彈簧鋼基體中；步驟三熱等靜壓燒結(jié)將上述粉末裝于不銹鋼包套中，并抽真空至真空度至少低于lO—ipa后焊封，經(jīng) 檢查確認(rèn)包套完全氣密后將其放入熱等靜壓爐內(nèi)燒結(jié)，燒結(jié)參數(shù)為溫度1120°C，壓強(qiáng) lOOMPa，保溫時(shí)間2h。即得到彈性錐套粉末冶金復(fù)合材料，其硬度為HRC44，屈服強(qiáng)度1143MPa，抗拉強(qiáng) 度1250MPa，彈性模量196GPa，伸長(zhǎng)率2. 2%，耐磨性為鑄造45CrMoV材料的4倍。實(shí)施例3步驟一備料按下列配比備粉末料 步驟二 混合與球磨在V型混料機(jī)上至少干混2小時(shí)后，高能球磨10小時(shí)，球磨介質(zhì)為直徑12mm的不 銹鋼球，球料比12 1，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速260轉(zhuǎn)/分，使用氬氣作保護(hù)氣體，球磨至NbC顆粒的粒 徑為200nm-400nm，NbC顆粒均勻彌散分布于45CrMoV彈簧鋼基體中；步驟三熱等靜壓燒結(jié)將上述粉末裝于不銹鋼包套中，并抽真空至真空度至少低于lO—ipa后焊封，經(jīng) 檢查確認(rèn)包套完全氣密后將其放入熱等靜壓爐內(nèi)燒結(jié)，燒結(jié)參數(shù)為溫度1150°C，壓強(qiáng) 80MPa，保溫時(shí)間2. 5h。即得到彈性錐套粉末冶金復(fù)合材料，其硬度為HRC46，屈服強(qiáng)度1108MPa，抗拉強(qiáng) 度1210MPa，彈性模量190GPa，伸長(zhǎng)率2. 0%，耐磨性為鑄造45CrMoV材料的6倍。
權(quán)利要求
一種粉末冶金彈簧鋼復(fù)合材料，其特征在于本材料按質(zhì)量百分比計(jì)的組分及其含量為45CrMoV 85-95％，碳化鈮粉5-15％；其硬度為HRC40.5-46，屈服強(qiáng)度1108-1250MPa，抗拉強(qiáng)度1210-1323MPa，彈性模量190-208GPa，伸長(zhǎng)率2.0-5.4％，耐磨性為鑄造45CrMoV材料的2.5-6倍。
2.一種粉末冶金彈簧鋼復(fù)合材料的制備方法，其特征在于該制備方法采用高能球磨 和熱等靜壓燒結(jié)相結(jié)合的方法，具體步驟及工藝條件如下步驟一備料 按下列配比備粉末料 步驟二 混合與球磨在V型混料機(jī)上至少干混2小時(shí)后，高能球磨10-20小時(shí)，球磨至NbC顆粒的粒徑為 200nm-400nm, NbC顆粒均勻彌散分布于45CrMoV彈簧鋼基體中；步驟三熱等靜壓燒結(jié)將上述粉末裝于不銹鋼包套中，并抽真空至真空度至少低于10-lPa后焊封，經(jīng)檢查 確認(rèn)包套完全氣密后將其放入熱等靜壓爐內(nèi)燒結(jié)，燒結(jié)參數(shù)為溫度1120-1180°C，壓強(qiáng) 70-100MPa，保溫時(shí)間2-3h，即得到制造彈性元件用粉末冶金彈簧鋼材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種粉末冶金彈簧鋼復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所 述45CrMoV粉為等離子旋轉(zhuǎn)電極法制備。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種粉末冶金彈簧鋼復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所 述高能球磨是指在球磨介質(zhì)為直徑8-16mm的不銹鋼球，球料比15 1-10 1，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速 200-260轉(zhuǎn)/分，保護(hù)氣體為氬氣的行星球磨機(jī)上進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種粉末冶金彈簧鋼復(fù)合材料及其制備方法，復(fù)合材料按質(zhì)量百分比計(jì)的組分及其含量為45CrMoV 85-95％，碳化鈮粉5-15％；這種粉末冶金彈簧鋼復(fù)合材料采用高能球磨和熱等靜壓燒結(jié)相結(jié)合的方法制備。本發(fā)明采用高能球磨，將NbC均勻彌散分布于45CrMoV彈簧鋼基體之中，在保證材料力學(xué)性能的同時(shí)使得材料的耐磨性大大提高；通過(guò)高能球磨和熱等靜壓燒結(jié)相結(jié)合的方法有效的解決了增強(qiáng)顆粒和基體的融合和界面問(wèn)題，使得增強(qiáng)顆粒和基體結(jié)合得更緊密。該彈簧鋼復(fù)合材料特別是適用于制造彈性元件。
文檔編號(hào)B22F3/14GK101857943SQ20101019109
公開(kāi)日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2010年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月3日
發(fā)明者張文, 李元元, 林小為, 秦志剛, 肖志瑜 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)