一種高韌性耐磨合金材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種高韌性耐磨合金材料，各成分的質(zhì)量百分比為：4.8～6.6%Mn，3.2～5.8%Si，1.2～6.9%C，0.5～0.8%Cr，Mo<0.56%，Ni<0.038%，其余為Fe。本發(fā)明還公開(kāi)了一種高韌性耐磨合金材料的制備方法，步驟中的梯度升溫的具體步驟為先將溫度快速升高至300℃，然后控制加熱速率為30～50℃/min，升溫至400～500℃，最后控制加熱速率為50～100℃/min，升溫至500～680℃。本發(fā)明的制備方法不僅細(xì)化了合金的晶粒，同時(shí)細(xì)化了在常規(guī)凝固中所存在的粗大的共晶相，改善了粗大共晶相的分布狀態(tài)，然后在基體中析出了彌散的沉淀相，從而實(shí)現(xiàn)了細(xì)晶強(qiáng)化、第二相強(qiáng)化與沉淀強(qiáng)化的復(fù)合強(qiáng)化，極大地提高了合金的強(qiáng)度，解決了合金的強(qiáng)度較差的問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】一種高韌性耐磨合金材料及其制備方法
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】:
本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，涉及一種高韌性耐磨合金材料，還涉及該合金材料的制備方法。
[0002]【背景技術(shù)】:
金屬材料是指金屬元素或以金屬元素為主構(gòu)成的具有金屬特性的材料的統(tǒng)稱。包括純金屬、合金、金屬材料金屬間化合物和特種金屬材料等。人類文明的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步同金屬材料關(guān)系十分密切。繼石器時(shí)代之后出現(xiàn)的銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代。均以金屬材料的應(yīng)用為其時(shí)代的顯著標(biāo)志 ?，F(xiàn)代，種類繁多的金屬材料已成為人類社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。
[0003]合金是近20多年來(lái)得到迅速發(fā)展的一種新型工程材料。以其良好的機(jī)械性能、鑄造性能和加工性能、低廉的成本、比重小、熔鑄工藝簡(jiǎn)單、對(duì)成形工藝適應(yīng)性廣等優(yōu)點(diǎn)在國(guó)內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用，成為一系列合金的優(yōu)良代用品，擁有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
[0004]目前，工業(yè)合金產(chǎn)品多通過(guò)鑄造的方式獲得。但常規(guī)凝固條件下得到的合金微觀組織比較粗大，晶粒尺寸一般在數(shù)十微米到數(shù)百微米之間，甚至達(dá)到毫米級(jí)。析出相也比較粗大，因此常規(guī)鑄造方法生產(chǎn)的鎂合金室溫和高溫強(qiáng)度都不是很理想，難以滿足高性能結(jié)構(gòu)材料的需求?，F(xiàn)有技術(shù)中，快速凝固技術(shù)是一種新型的金屬材料制備技術(shù)，快速凝固技術(shù)可以增加結(jié)構(gòu)的均勻性，減少合金成分的偏析和缺陷、擴(kuò)展固溶度形成過(guò)飽和固溶體、細(xì)化晶粒和第二相，可獲得微晶、納米晶、準(zhǔn)晶或非晶組織，研究旨在獲得具有特殊物化性能和力學(xué)性能的新材料，提高合金的強(qiáng)度、耐腐蝕性能和耐高溫性能?？估瓘?qiáng)度達(dá)到480MPa，屈服強(qiáng)度為450MPa，延伸率為19%，斷裂韌性為22MPa，具有較高的強(qiáng)度和韌性。但是快速凝固合金成型困難，成本高。
[0005]而且，傳統(tǒng)的高強(qiáng)度合金存在摩擦系數(shù)偏高、耐磨性不夠理想、使用溫度低的缺點(diǎn)，對(duì)于許多受高沖擊負(fù)荷的工況場(chǎng)合，目前通用的合金的塑韌性尚嫌不足，大大限制了合金的應(yīng)用范圍。
[0006]因此，如何提高其塑韌性能，成為發(fā)展合金和擴(kuò)大應(yīng)用的關(guān)鍵，是本領(lǐng)域技術(shù)人員急需解決難題。
[0007]
【發(fā)明內(nèi)容】
:
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種高韌性耐磨合金材料，極大地提高了合金的強(qiáng)度，解決了合金的強(qiáng)度較差的問(wèn)題。
[0008]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種高韌性耐磨合金材料,其創(chuàng)新點(diǎn)在于:各成分的質(zhì)量百分比為:4.8~6.6% Mn, 3.2~5.8% Si，1.2~6.9%C，0.5~0.8% Cr, Μο〈0.56%, Ni〈0.038%，其余為 Fe。
[0009]進(jìn)一步的，各成分的質(zhì)量百分比為:5.3~5.9% Mn,4.6~5.2% Si, 3.3~5.0%C,0.58 ~0.66% Cr, Μο〈0.38%, Ni〈0.027%，其余為 Fe。
[0010]進(jìn)一步的，各成分的質(zhì)量百分比為:5.6% Mn, 5.0% Si, 4.3%C, 0.63% Cr, 0.28% Mo,
0.022% Ni，其余為 Fe。
[0011]進(jìn)一步的，所述高韌性耐磨合金材料中還可以加入0.056%的Re。
[0012]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種高韌性耐磨合金材料的制備方法，具體包括如下步驟:
(1)熔煉爐升溫至300~400°C，加入純鐵錠，梯度升溫至500~680°C；
(2)待純鐵徒全部溶化后加入猛和娃；
(3)待錳和硅熔化后，升溫至600~620°C，加入碳、鉻金屬，待碳、鉻熔化后；溫度升溫至630~650°C，加入鑰和鎳，待鑰、鎳熔化后形成合金液；
(4)將合金液調(diào)至700~720°C進(jìn)行精煉；
(5)精煉后升溫至750~780°C，保溫15~20min后，降溫至720~750°C時(shí)澆入模具中形成母合金；
(6)在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，加熱母合金，待其熔化，加熱到660°C后，保溫5min，將母合金熔體送入模型腔內(nèi)，控制降溫速率為150~360°C /s，制備出凝固合金樣品。
[0013]進(jìn)一步的，所述步驟(1)中梯度升溫的具體步驟為先將溫度快速升高至300°C，然后控制加熱速率為30~50°C /min,升溫至400~500°C，最后控制加熱速率為50~100°C /min，升溫至 500 ~680 °C。
[0014]進(jìn)一步的，所述快速升高至300°C的時(shí)間控制為2~3min。
[0015]進(jìn)一步的，所述步驟(4)中的精煉溫度為710°C。
[0016]進(jìn)一步的，所述步驟(3)中待錳和硅熔化后，還可以加入Re。
[0017]進(jìn)一步的，所述步驟(6)中降溫速率控制為230°C。
[0018]本發(fā)明的有益效果如下:
(I)本發(fā)明的這種高韌性耐磨合金材料通過(guò)梯度升溫可以大大的細(xì)化彌散第二相，實(shí)現(xiàn)了細(xì)晶強(qiáng)化與第二相強(qiáng)化。
[0019](2)本發(fā)明同時(shí)可以提高合金元素在鐵基體中的固溶度，獲得過(guò)飽和的α-Fe固溶體，Re的加入，使合金進(jìn)一步強(qiáng)化。還可使晶粒大大細(xì)化，實(shí)現(xiàn)細(xì)晶強(qiáng)化。
[0020](3)本發(fā)明在熱處理時(shí)采用合適的降溫速率和精煉溫度，實(shí)現(xiàn)了沉淀強(qiáng)化，最后實(shí)現(xiàn)彌散強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化共同作用的多種復(fù)合強(qiáng)化的效應(yīng)，達(dá)到了提高合金強(qiáng)度之目的。
[0021](4)本發(fā)明的制備方法不僅細(xì)化了合金的晶粒，同時(shí)細(xì)化了在常規(guī)凝固中所存在的粗大的共晶相，改善了粗大共晶相的分布狀態(tài)，然后在基體中析出了彌散的沉淀相，從而實(shí)現(xiàn)了細(xì)晶強(qiáng)化、第二相強(qiáng)化與沉淀強(qiáng)化的復(fù)合強(qiáng)化，極大地提高了合金的強(qiáng)度，解決了合金的強(qiáng)度較差的問(wèn)題。
[0022]【具體實(shí)施方式】:
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作詳細(xì)說(shuō)明。
[0023]實(shí)施例1
一種高韌性耐磨合金材料中各成分的質(zhì)量百分比為:4.8~6.6% Mn，3.2~5.8% Si，
1.2 ~6.9%C,0.5 ~0.8% Cr, Μο〈0.56%, Ni〈0.038%，其余為 Fe。
[0024]一種高韌性耐磨合金材料的制備方法，具體包括如下步驟:
(1)熔煉爐升溫至300~400°C，加入純鐵錠，梯度升溫至500~680°C；
(2)待純鐵徒全部溶化后加入猛和娃；
(3)待錳和硅熔化后，升溫至600~620°C，加入碳、鉻金屬，待碳、鉻熔化后；溫度升溫至630~650°C，加入鑰和鎳，待鑰、鎳熔化后形成合金液；
(4)將合金液調(diào)至700~720°C進(jìn)行精煉；
(5)精煉后升溫至750~780°C，保溫15~20min后，降溫至720~750°C時(shí)澆入模具中形成母合金；
(6)在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，加熱母合金，待其熔化，加熱到660°C后，保溫5min，將母合金熔體送入模型腔內(nèi)，控制降溫速率為150~360°C /s，制備出凝固合金樣品。
[0025]其中，步驟(1)中梯度升溫的具體步驟為先將溫度快速升高至300°C，然后控制加熱速率為30~50°C /min,升溫至400~500°C，最后控制加熱速率為50~100°C /min，升溫至500~680°C。
[0026]本實(shí)施例的這種高韌性耐磨合金材料通過(guò)梯度升溫可以大大的細(xì)化彌散第二相，實(shí)現(xiàn)了細(xì)晶強(qiáng)化與第二相強(qiáng)化。本實(shí)施例的制備方法不僅細(xì)化了合金的晶粒，同時(shí)細(xì)化了在常規(guī)凝固中所存在的粗大的共晶相，改善了粗大共晶相的分布狀態(tài)，然后在基體中析出了彌散的沉淀相，從而實(shí)現(xiàn)了細(xì)晶強(qiáng)化、第二相強(qiáng)化與沉淀強(qiáng)化的復(fù)合強(qiáng)化，極大地提高了合金的強(qiáng)度，解決了合金的強(qiáng)度較差的問(wèn)題。
[0027]實(shí)施例2
本實(shí)施例在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，改變各成分的質(zhì)量百分比為:5.3~5.9% Mn，4.6~5.2% Si，3.3 ~5.0%C, 0.58 ~0.66% Cr, Μο〈0.38%, Ni〈0.027%,其余為 Fe。
[0028]特別的，在高韌性耐磨合金材料組分中還加入0.056%的Re。
[0029]本實(shí)施例選擇了合適的組分配比之后，同時(shí)可以提高合金元素在鐵基體中的固溶度，獲得過(guò)飽和的α-Fe固溶體，Re的加入,使合金進(jìn)一步強(qiáng)化。還可使晶粒大大細(xì)化，實(shí)現(xiàn)細(xì)晶強(qiáng)化。
[0030]實(shí)施例3
在實(shí)施例1或2的基礎(chǔ)上，各成分的質(zhì)量百分比為:5.6% Mn, 5.0% Si,4.3%C，0.63%Cr,0.28% Mo,0.022% Ni，其余為 Fe。
[0031]其中，控制快速升高至300°C的時(shí)間控制為2~3min，步驟(4)中的精煉溫度為710°C，步驟(3)中待錳和硅熔化后，還可以加入Re，步驟(6)中降溫速率控制為230°C。
[0032]本實(shí)施例在熱處理時(shí)采用合適的降溫速率和精煉溫度，實(shí)現(xiàn)了沉淀強(qiáng)化，最后實(shí)現(xiàn)彌散強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化共同作用的多種復(fù)合強(qiáng)化的效應(yīng)，達(dá)到了提高合金強(qiáng)度之目的。
[0033]以上實(shí)施例的具體工藝性能參數(shù)如下表所示:
【權(quán)利要求】
1.一種高韌性耐磨合金材料，其特征在于:各成分的質(zhì)量百分比為:4.8~6.6% Mn,3.2 ~5.8% Si，1.2 ~6.9%C,0.5 ~0.8% Cr, Μο〈0.56%, Ni〈0.038%，其余為 Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高韌性耐磨合金材料，其特征在于:各成分的質(zhì)量百分比為:5.3 ~5.9% Mn, 4.6 ~5.2% Si，3.3 ~5.0%C,0.58 ~0.66% Cr,Mo<0.38%, Ni〈0.027%，其余為Fe。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高韌性耐磨合金材料，其特征在于:各成分的質(zhì)量百分比為:5.6% Mn, 5.0% Si, 4.3%C,0.63% Cr, 0.28% Mo, 0.022% Ni，其余為 Fe。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高韌性耐磨合金材料,其特征在于:所述高韌性耐磨合金材料中還可以加入0.056%的Re。
5.一種權(quán)利要求1所述的高韌性耐磨合金材料的制備方法，其特征在于:具體包括如下步驟: (1)熔煉爐升溫至300~400°C，加入純鐵錠，梯度升溫至500~680°C； (2)待純鐵徒全部溶化后加入猛和娃； (3)待錳和硅熔化后，升溫至600~620°C，加入碳、鉻金屬，待碳、鉻熔化后；溫度升溫至630~650°C，加入鑰和鎳，待鑰、鎳熔化后形成合金液； (4)將合金液調(diào)至700~720°C進(jìn)行精煉； (5)精煉后升溫至750~780°C，保溫15~20min后，降溫至720~ 750°C時(shí)澆入模具中形成母合金； (6)在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，加熱母合金，待其熔化，加熱到660°C后，保溫5min，將母合金熔體送入模型腔內(nèi)，控制降溫速率為150~360°C /s，制備出凝固合金樣品。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高韌性耐磨合金材料的制備方法，其特征在于:所述步驟(1)中梯度升溫的具體步驟為先將溫度快速升高至300°C，然后控制加熱速率為30~50°C /min，升溫至400~500°C，最后控制加熱速率為50~100°C /min，升溫至500~680°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高韌性耐磨合金材料的制備方法，其特征在于:所述快速升高至300°C的時(shí)間控制為2~3min。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高韌性耐磨合金材料的制備方法，其特征在于:所述步驟(4)中的精煉溫度為710°C。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高韌性耐磨合金材料的制備方法，其特征在于:所述步驟(3)中待猛和娃溶化后，還可以加入Re。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高韌性耐磨合金材料的制備方法，其特征在于:所述步驟(6)中降溫速率控制為230°C。
【文檔編號(hào)】C22C38/38GK104178702SQ201410388395
【公開(kāi)日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年8月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月8日
【發(fā)明者】李瑞國(guó) 申請(qǐng)人:無(wú)棣向上機(jī)械設(shè)計(jì)服務(wù)有限公司