一种超韧性耐磨合金材料及制备方法技术

技术编号:17261984 阅读:18 留言:0更新日期:2018-02-14 08:11
本发明专利技术提出一种超韧性耐磨合金材料,由以下质量份数比的合金原料组成:C:2.0‑2.1、P:0‑0.03、S:0‑0.02、B:0.01‑0.4、Ti:0.002‑0.03、Zr:0.001‑0.003、Mn:0.2‑0.5、Cr:1.8‑1.9、Mo:0.26‑0.28、Si:0.85‑0.9%、Al:0.006‑0.007、Cu:0.03‑0.06、Ni:0.2‑0.4、Co:0.02‑0.04、余量为Fe和不可避免的杂质元素。本发明专利技术的目的是提供一种超韧性耐磨合金材料及制备方法,通过该工艺制备出的合金材料具有较大的韧性、较长的使用寿命及较强的耐磨性能。

A kind of super toughness and wear-resistant alloy material and preparation method

The invention provides a high toughness wear-resistant alloy material, which is composed of the following parts quality than the alloy material: C:2.0 2.1, P:0 0.03, S:0 0.02, B:0.01 0.4, Ti:0.002 0.03, Zr:0.001 0.003, Mn:0.2 0.5, Cr:1.8 1.9, Mo:0.26 0.28, Si:0.85 0.9%, Al:0.006 0.007, Cu:0.03 0.06, Ni:0.2 0.4, Co:0.02 0.04 and the balance of Fe and unavoidable impurities. The purpose of the invention is to provide a super toughness and wear-resistant alloy material and a preparation method. The alloy material prepared by this process has great toughness, long service life and strong wear resistance.

【技术实现步骤摘要】
一种超韧性耐磨合金材料及制备方法
本专利技术涉及及耐磨材料
,具体涉及一种超韧性耐磨合金材料及制备方法。
技术介绍
耐磨材料是一大类具有特殊电、磁、光、声、热、力、化学以及生物功能的新型材料。目前,耐磨材料已经应用于各种具有复杂多样性的工作环境中,是生物、信息、医学、重工业、环保、能源等高
和国防建设的重要基础材料。耐磨材料作为推进高新
发展的重要支撑,是世界各国争先发展的高新技术材料之一,耐磨材料对于一些工作环境比较恶劣的条件,作为一种较为特殊的材料被广泛的应用,耐磨材料常常被应用于较多粉尘、腐蚀性较大、超重载、冲击性强的环境中,这些恶劣的环境会给耐磨材料带来较为严重的损耗,大大降低了材料的使用时间,目前钢铁基耐磨材料在所有使用的耐磨材料中的比重较大,但是钢铁基耐磨材料在使用过程中出现很多问题,例如钢铁基耐磨材料的硬度往往比较大,但是其具有较大的脆性,缺乏韧性,这样往往造成其在工作中出现各种质量问题,从而影响正常工作的运行。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种超韧性耐磨合金材料及制备方法,通过该方法制备出的合金材料具有较大的韧性和较强的耐磨性能。本专利技术为解决上述技术问题采用的技术方案是:一种超韧性耐磨合金材料,由以下质量份数比的合金原料组成:C:2.0-2.1、P:0-0.03、S:0-0.02、B:0.01-0.4、Ti:0.002-0.03、Zr:0.001-0.003、Mn:0.2-0.5、Cr:1.8-1.9、Mo:0.26-0.28、Si:0.85-0.9%、Al:0.006-0.007、Cu:0.03-0.06、Ni:0.2-0.4、Co:0.02-0.04、余量为Fe和不可避免的杂质元素。一种超韧性耐磨合金材料的制备方法,包括以下工艺路线:(1)熔炼:将清洁干燥的废钢、生铁以质量比2.5-1.5:1作为铁基质来源,将废钢和生铁同时投入熔炉中,进行除渣、脱氧、脱硫、脱磷,将上述质量份数比的合金原料及助炼剂分别以不同顺序加入到熔炉中进行合金化,再进行脱氧、除渣,通过取样检测并将各种化学元素的含量调整至合格,得到需要的钢液;(2)浇铸:将步骤(1)中的钢液的出炉温度控制在1560-1580℃,待钢液静置3-5分钟,然后将钢液浇入钢锭摸内,控制钢液浇注的温度在1510-1530℃,然后进行造型;(3)热处理:步骤(2)经过造型后的合金钢装炉,然后以3-5℃/min的升温速率从室温升温到200-250℃,然后以2-4℃/min的升温速率升温到400-450℃,然后以1-3℃/min的升温速率升温到600-650℃,在600-650℃保温1-2h,然后以2-4℃/min的升温速率升温到800-850℃,在800-850℃保温2-4h,然后以1-3℃/min的升温速率升温到950-1000℃,在950-1000℃保温3-5h,然后以1-3℃/min的升温速率降温到800-820℃,在800-820℃保温1-2h,然后以2-4℃/min的升温速率降温到560-600℃,在560-600℃保温0.5-1.5h,然后以3-5℃/min的升温速率降温到350-380℃,在350-380℃保温3-3.2h,然后出炉空冷。进一步的,所述合金原料加入的顺序依次为:(1)碳、钛、锆、助炼剂,(2)钼、锰、铬、(3)硅、铝、铜、镍、钴(4)其它剩余成分;每批次投入元素的时间间隔为30-45分钟,投料后搅拌均匀。进一步的,所述助炼剂占合金材料的质量份数比为4-6。进一步的,所述的助炼剂由以下质量份数比的原料制成:增韧粒子5-8、玻璃纤维2-3、高岭土3-4、氧化铝微粉4-6、纳米氧化锆3-5、石墨1-3、镍粉3-4、TiO2粉2-3、Ti粉3-4、蒙脱石3-4、Y3O22-4、La2O32-4。进一步的,所述的助炼剂的制备方法为:将按增韧粒子5-8、玻璃纤维2-3、高岭土3-4、氧化铝微粉4-6、纳米氧化锆3-5、石墨1-3、镍粉3-4、TiO2粉2-3、Ti粉3-4、蒙脱石3-4、Y3O22-4、La2O32-4混合装入球磨机中,添加一定比例的水,球磨12-20h,得到粒径为50-100目的混合粉,然后将混合粉在700-800℃下进行煅烧6-8h,自然冷却后,对混合粉进行第二次研磨,即得到粒径为100-200目的粉末。进一步的,所述增韧粒子150目-200目,氧化铝微粉的颗粒大小为100-300目,纳米氧化锆的平均粒径为30-50nm,玻璃纤维、高岭土、石墨、镍粉、TiO2粉、Ti粉、蒙脱石、Y3O2、La2O3的粒径为100-200μm。进一步的,所述增韧粒子为将粒径为100-150µm的Al2O3颗粒通过化学镀的方法在颗粒表面均匀的镀一层镍,然后按重量份数取镀一层镍的Al2O3颗粒30-40份、SiO260-70份,将上述组分称量后在220℃-250℃的加工温度下通过双螺杆挤出机共混挤出,然后经高效粉碎机粉碎,经过筛分得到增韧粒子。进一步的,所述纳米氧化锆的预处理方法为:将粒径为100-200目的氧化锆粉末中加入去离子水,放入超声搅拌机中,在1000W功率下以800rpm的转速超声搅拌2-4h,得到粒径较均一的纳米氧化锆。本专利技术的有益效果主要表现在以下几个方面:本专利技术通过在炼钢的熔炼过程中通过以不同的合金原料添加顺序以及加入助炼剂,得到了具有较好韧性以及耐磨性能的合金材料;助炼剂中的增韧粒子是通过化学镀的方法在Al2O3颗粒表面均匀的镀一层镍,在炼钢过程中,镍可以提高钢的强度,也可以保持较好的塑性和韧性,同时镍对酸和碱有较高的耐腐蚀能力,并且在高温下有较好的耐热以及防锈能力,但由于镍是比较稀缺的资源,采用化学镀的方法可以较好的利用资源;纳米氧化锆兼具纳米粒子和ZrO2的性能,纳米粒子具有较好的增韧效果:纳米颗粒压成块状材料后,颗粒之间的界面具有很高能量,在烧结过程中高的界面能释放出额外的烧结驱动力,有利于界面中空洞收缩和空位团的湮灭,纳米级弥散相的存在使合金材料产生了优异的强韧化效果,使合金内部及表面的气孔度降低,提高其致密化度,使合金材料产生了优异的强韧化效果;同时,在助炼剂中加入稀土元素也可以在炼钢的时候增强合金材料的韧性;在后续的热处理上在不同的阶段采用不同的温度进行处理,在升温阶段先经历三个升温速率逐渐减慢的升温阶段,然后进行保温,低温保温可以使合金材料内部以及表面的气孔排除的更加彻底;在高温阶段,再经历两个升温速率递减的升温-保温过程,高温保温使合金材料内部和表面充分致密,在降温阶段,经历三个降温速率递增的降温-保温阶段,这样可以最大化的将合金材料中的气孔排出,然后在温度较低的情况下出炉进行空气自然冷却,这样的热处理效果增强了合金材料的韧性、强度以及耐磨性能。具体实施方式本专利技术通过实施例加以详细说明,本实施例以本专利技术技术方案为前提,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例1一种超韧性耐磨合金材料,由以下质量份数比的合金原料组成:C:2.0-2.1、P:0-0.03、S:0-0.02、B:0.01-0.4、Ti:0.002-0.03、Zr:0.001-0.003、Mn:0.2-0.5、Cr:1.8-1.9、Mo:0.26-0.28、Si:本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超韧性耐磨合金材料,其特征在于:由以下质量份数比的合金原料组成:C:2.0‑2.1、P:0‑0.03、S:0‑0.02、B:0.01‑0.4、Ti:0.002‑0.03、Zr:0.001‑0.003、Mn:0.2‑0.5、Cr:1.8‑1.9、Mo:0.26‑0.28、Si:0.85‑0.9%、Al:0.006‑0.007、Cu:0.03‑0.06、Ni:0.2‑0.4、Co:0.02‑0.04、余量为Fe和不可避免的杂质元素。

【技术特征摘要】
1.一种超韧性耐磨合金材料,其特征在于:由以下质量份数比的合金原料组成:C:2.0-2.1、P:0-0.03、S:0-0.02、B:0.01-0.4、Ti:0.002-0.03、Zr:0.001-0.003、Mn:0.2-0.5、Cr:1.8-1.9、Mo:0.26-0.28、Si:0.85-0.9%、Al:0.006-0.007、Cu:0.03-0.06、Ni:0.2-0.4、Co:0.02-0.04、余量为Fe和不可避免的杂质元素。2.根据权利要求1所述的一种超韧性耐磨合金材料的制备方法,其特征在于:包括以下工艺路线:(1)熔炼:将清洁干燥的废钢、生铁以质量比2.5-1.5:1作为铁基质来源,将废钢和生铁同时投入熔炉中,进行除渣、脱氧、脱硫、脱磷,将上述质量份数比的合金原料及助炼剂分别以不同顺序加入到熔炉中进行合金化,再进行脱氧、除渣,通过取样检测并将各种化学元素的含量调整至合格,得到需要的钢液;(2)浇铸:将步骤(1)中的钢液的出炉温度控制在1560-1580℃,待钢液静置3-5分钟,然后将钢液浇入钢锭摸内,控制钢液浇注的温度在1510-1530℃,然后进行造型;(3)热处理:步骤(2)经过造型后的合金钢装炉,然后以3-5℃/min的升温速率从室温升温到200-250℃,然后以2-4℃/min的升温速率升温到400-450℃,然后以1-3℃/min的升温速率升温到600-650℃,在600-650℃保温1-2h,然后以2-4℃/min的升温速率升温到800-850℃,在800-850℃保温2-4h,然后以1-3℃/min的升温速率升温到950-1000℃,在950-1000℃保温3-5h,然后以1-3℃/min的升温速率降温到800-820℃,在800-820℃保温1-2h,然后以2-4℃/min的升温速率降温到560-600℃,在560-600℃保温0.5-1.5h,然后以3-5℃/min的升温速率降温到350-380℃,在350-380℃保温3-3.2h,然后出炉空冷。3.根据权利要求2所述的一种超韧性耐磨合金材料的制备方法,其特征在于:所述合金原料加入的顺序依次为:(1)碳、钛、锆、助炼剂,(2)钼、锰、铬、(3)硅、铝、铜、镍、钴(...

【专利技术属性】
技术研发人员:郭辉力李永杰芦继峰
申请(专利权)人:洛阳博林合金材料有限公司
类型:发明
国别省市:河南,41

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