一种自润滑减摩耐磨合金钢及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种自润滑减摩耐磨合金钢及其制造方法，该合金钢的化学元素按重量百分比为：C 0.16～0.40％，Si≤0.50％，Mn 0.40～0.80％，S≤0.02％，P≤0.02％，Cr 0.85～1.65％，Mo 0.95～2.20％，V≤0.15％，Sn 0.32～0.80％，Sb 0.02～0.16％，复合稀土≤0.35％，余量为Fe，复合稀土为Ce与La。与现有技术相比，本发明专利技术具有优异的自润滑、减摩、耐磨等综合性能，在高温高速、干摩擦或润滑不充分等边界润滑极端工矿条件下，与对磨件进行摩擦磨损试验结果显示，本发明专利技术钢与对磨件表面光滑、不拉毛，具有自润滑减摩性能；本发明专利技术钢具有磨损速率低等特点，耐磨性能优越，适用于高温高速极端工矿条件下运动的滑动摩擦副配对材料的选用。

【技术实现步骤摘要】
一种自润滑减摩耐磨合金钢及其制备方法
本专利技术涉及一种金属材料及其制备方法，尤其是涉及一种自润滑减摩耐磨合金钢及其制备方法。
技术介绍
随着我国国民经济高速发展和现代化建设的需要，我国正大力发展高端装备制造、航空航天、交通运输、海洋工程等大型尖端装备及先进制造业的自主科研创新，以便打破国外技术封锁，发展形成我国具有自主知识产权、能独立制造的先进高端装备所需的高新技术和新材料。紧密对接国家战略性新兴产业规划和政策，大力推进高新技术产业化，重点发展高端装备制造、航空航天、交通运输、海洋工程装备等一批专项工程装备及关键配套系统，都需要进行大量的技术创新和新材料的研究开发。我国正在进行的高端装备制造、航空航天、交通运输、海洋工程装备等的建设涉及到研制能满足在高速、润滑不充分的边界润滑或直接干摩擦等极端工矿条件下的导轨与滑块组成的运动摩擦副配对新材料的研制开发。导轨分为直线导轨和圆形导轨，与相配对的滑块组成运动摩擦副。导轨一般长度相对较长、位置相对固定。滑块沿着导轨表面相对运动，形成滑动摩擦。由于特殊极端工矿条件的限制，导轨只是在安装初期表面涂抹润滑油脂，在使用期间，滑块与导轨之间不再添加润滑油脂，这样导轨与滑块之间形成润滑不充分的边界润滑条件，滑块与导轨之间的滑动摩擦为边界润滑或干摩擦。我国从德国进口的某型高端装备上，导轨是常用的304不锈钢，滑块是铜基减摩板材，导轨与滑块之间不加润滑油脂。若要实行该装备的国产化，就必须解决与304不锈钢组成摩擦副的自润滑减摩耐磨材料的选材。国内某大型水泵厂生产的水泵采用迷宫动静环密封，动静环均采用304不锈钢形成摩擦副，动静环之间与含泥沙的水，但使用过程中动静环组成的摩擦副粘着磨损严重，影响水泵使用寿命，因而也要采用自润滑减摩耐磨材料加工的动环来解决与304不锈钢静环相匹配的问题。在某些电视塔等高层观光塔的旋转导轨、大型旋转游艺机等的圆形导轨采用常规20#钢、45#钢等碳素钢钢管制作，采用滑轮支撑上面的重量，导轨与滑轮形成摩擦副。由于其维修安装安全性考虑，一般导轨与滑轮之间在安装初期加润滑油脂，使用期间不再添加油脂。若导轨与滑轮之间发生粘着磨损，将带来极大的安全隐患。也必须采用具有减摩性能材料加工滑轮，确保安全运行。在高端装备、航空、海洋运输工程某些特殊关键装置的导轨的选材一般是合金结构钢如40Cr、20CrMo等，在高温高速、边界润滑或干摩擦条件下，其摩擦副滑块的选材就需要选用自润滑减摩耐磨材料。导轨、滑块组成摩擦副配对、其选材及生产工艺的需要进行大量试制、工艺研究，并对摩擦副减摩材料进行高温高速、不充分的边界润滑摩擦条件下进行摩擦磨损试验来验证导轨、滑块组成摩擦副配对减摩材料的适用性。国内某特殊关键装置采用导轨与滑块的运动摩擦副。该导轨、滑块均选用合金钢。滑块承受压强约0.5～1MPa，相对导轨滑动最大速度约80m/s，其压强与速度的乘积PV值高达40～80MPa.m/s，远高于一般边界润滑或干摩擦条件下的PV极限；使用的环境温度高达300～400℃。由于装置处于特定的高温高速、润滑不充分的边界润滑、PV值大等恶劣工矿条件，在实际的使用过程中，滑块与导轨出现拉毛、磨损，严重影响该装置的正常使用。由于导轨相对长度长且固定、不易更换；而滑块体积相对小、更换相对容易。因而需要在导轨材料不变的情况下，研制新的自润滑减摩耐磨材料。因而对导轨与滑块组成的摩擦副总的要求为：滑块相对导轨高速运行后，导轨要求表面光滑、无拉毛、无划伤且无明显磨损；滑块表面光滑、无拉毛、无划伤且自身的磨损量要小，以延长滑块的使用寿命，减少滑块更换次数及节省经费。边界润滑是由液体摩擦过渡到干摩擦(摩擦副表面直接接触)过程之前的临界状态。边界润滑膜是指在边界润滑情况下，摩擦界面上存在着一层与介质的性质不同的膜，这种膜具有良好的润滑性能，这种润滑状态称为边界润滑。边界润滑中起着润滑作用的膜，称为边界膜(工业上俗称润滑膜)。边界膜的使用受温度、速度和负荷(压强)的影响。在一定的工作条件下，边界膜抵抗破裂的能力，叫做边界膜强度，用PV值表示。在正常的边界润滑中，当速度和负荷增加到某一数值时，边界强度达到极限值，边界膜破裂，此时摩擦副温度急剧增高，摩擦系数和磨损量增大，称极限PV值，此时摩擦温度为极限温度。允许使用的PV值为极限PV值的1/2～1/3。滑块与导轨作相对运功，形成一对滑动摩擦副。滑动摩擦的失效与导轨承受的压强P和相对速度V有关。限制PV在于控制温升，防止边界膜破裂，产生胶合。我国在自润滑材料的研发方面也进行了大量工作。主要是采用粉末冶金的方法研发的金属基自润滑材料、高分子复合材料等。国内外已有采用铁基、镍基、铜基添加自润滑元素MoS2、BaF2、CaF2、石墨、Ag等固体润滑剂，用粉末冶金方法制造的自润滑材料，但其结合强度、抗拉强度等力学性能低，在极端工矿条件下的自润滑材料自身磨损量大，不能满足高速条件下的摩擦副配对的选材。而在铁基、镍基、铜基加SiC、SiN等自润滑陶瓷粉末，其自身的耐磨性好，但对磨件的磨损量大。表1列出了在不同供油条件下，含油自润滑轴承滑动摩擦副使用的许用PV值。在不充分供油、靠轴承的自润滑，许用PV值只有1.4～1.6MPa.m/s.即使采用压力供油、供油充分且冷却条件好，许用PV值只有40MPa.m/s且要求有良好的供油系统。表1、不同供油条件下的允许用PV值(含油轴承)供油条件许用PV值(MPa.m/s)不能充分供油，靠自润滑1.4～1.6定期补充供油和少量供油2.5连续充足供油7～10压力供油40SF-1无油润滑轴承，青铜粉烧结到镀铜板上形成多孔屑，将PTFE、润滑剂轧制到烧结层表面。使用温度270℃，PV3.6MPa.m/s。高分子复合材料自润滑性能好，速度高，但使用温度低，在高温300℃条件下会发生软化，其强度、抗冲击性能大幅降低。不适用于300℃以上高温的工矿条件。最好的复合金属塑料自润滑材料SG-1，基板08#钢，中间层球形青铜粉，浸入物高分子聚四氟乙烯+添加剂，在干摩擦时允许的最大PV值为2.35。粉末冶金及高分子复合材料不适用于高温高速、PV值大、边界润滑条件下的运动摩擦副的选材。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种自润滑减摩耐磨合金钢及其制备方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种自润滑减摩耐磨合金钢，该合金钢的化学元素按重量百分比为：C0.16～0.40％，Si≤0.50％，Mn0.40～0.80％，S≤0.02％，P≤0.02％，Cr0.85～1.65％，Mo0.95～2.20％，V≤0.15％，Sn0.32～0.80％，Sb0.02～0.16％，复合稀土≤0.35％，余量为Fe。所述的复合稀土为Ce与La。一种自润滑减摩耐磨合金钢的制备方法，包括以下步骤：将炉料按要求配比的数量，在真空感应炉中按工艺要求进行熔炼，熔化温度范围为1450℃～1580℃；再经电渣重熔精炼后，通过热加工工序成型，热加工温度范围为1180℃～850℃；并经热处理加工工序后得到自润滑减摩耐磨合金钢。所述的炉料包括碳、纯铁、钼铁、锰铁、铬铁、钒铁、Sn合金、Sb合金及复合稀土。所述的热加工工序包括锻造和轧制加工。所述的热处理加工工序包本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自润滑减摩耐磨合金钢，其特征在于，该合金钢的化学元素按重量百分比为：C 0.16～0.40％，Si≤0.50％，Mn 0.40～0.80％，S≤0.02％，P≤0.02％，Cr 0.85～1.65％，Mo 0.95～2.20％，V≤0.15％，Sn 0.32～0.80％，Sb 0.02～0.16％，复合稀土≤0.35％，余量为Fe。

【技术特征摘要】
1.一种自润滑减摩耐磨合金钢，其特征在于，该合金钢的化学元素按重量百分比为：C0.16～0.40％，Si≤0.50％，Mn0.40～0.80％，S≤0.02％，P≤0.02％，Cr0.85～1.65％，Mo0.95～2.20％，V≤0.15％，Sn0.32～0.80％，Sb0.02～0.16％，复合稀土≤0.35％，余量为Fe，所述的复合稀土为Ce与La。2.根据权利要求1所述的一种自润滑减摩耐磨合金钢，其特征在于，所述的自润滑减摩耐磨合金钢的抗拉强度大于900MPa，屈服强度大于800MPa，硬度HRC30～40；所述的自润滑减摩耐磨合金钢具有自润滑减摩耐磨性能：进行高温高速磨损试验，其磨损速率小于1.25μm/s、表面光滑且对磨件无明显磨损、表面光滑。3.一种如权利要求1所述的自润滑减摩耐磨合金钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将炉料按要求配比的数量，在真...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄春波，黄林根，薛春，
申请(专利权)人：上海材料研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31