一种提高合金钢铸件耐热疲劳性的方法技术

本发明专利技术涉及新材料技术领域，公开了一种提高合金钢铸件耐热疲劳性的方法，通过对合金钢材料以及热疲劳原理的研究，解决现有合金钢铸件加工中，为了提高附加性能加入各类元素导致铸件耐疲劳性能急剧下降的问题，通过添加陶瓷合金粉末，制备得到的该陶瓷合金粉末密度小，比表面积大，形成均匀分散的层状形核作用，抑制晶粒的生长，促进平衡凝固，明显降低热敏感性，且具有细化晶粒和强化作用，对合金钢铸件的热稳定性具有重要影响；由于陶瓷合金材料与铁的亲和力强，形成规则的片层结构，在冷热循环过程中，不易产生应力集中，不会引发裂纹源，即便在外力作用下产生的裂纹，也不会因此加速裂纹扩展，显著提高了合金钢铸件的耐疲劳性。

A method to improve the thermal fatigue resistance of alloy steel castings

【技术实现步骤摘要】
一种提高合金钢铸件耐热疲劳性的方法
本专利技术属于新材料
，具体涉及一种提高合金钢铸件耐热疲劳性的方法。
技术介绍
合金钢是在普通碳素钢基础上添加适量的一种或多种合金元素而构成。在高温条件下工作时，其环境温度并不恒定，而有时是急剧反复变化的。由此造成的膨胀和收缩若受到约束时，在零件内部就会产生热应力(又称温差应力)。温度反复变化，热应力也随着反复变化，从而使材料受到疲劳损伤。为了提高钢材铸件的力学强度，往往采用添加各类功能性元素，从而获得高强度、高韧性、耐磨、耐腐蚀等性能。但加入的元素单质并不能与钢材结构完美的融合，反而会引起夹杂元素越多，导致钢材的形态和尺寸越难把控的问题。尤其是在冷热循环过程中，由于各类元素的热膨胀系数、导热系数等热力学系数之间的差异，很容易产生应力集中，成为裂纹形成的不稳定因素，在裂纹形成后，扩展速度又大于纯碳钢，进一步加剧了合金钢铸件的不耐热疲劳程度。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有的问题，提供了一种提高合金钢铸件耐热疲劳性的方法，不会引发裂纹源，即便在外力作用下产生的裂纹，也不会因此加速裂纹扩展，显著提高了合金钢铸件的耐疲劳性。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种提高合金钢铸件耐热疲劳性的方法，在合金钢铸件制备中，采用添加制备的陶瓷合金粉末混炼的方式提高合金钢铸件耐热疲劳性。所述陶瓷合金粉末的制备方法为：按照质量比为3-4:1的比例称取高岭石粉和碳化硅共30-32克，放入研钵中，加入20-25毫升松香醇溶液，混合持续研磨2-3小时，将研磨得到的物料置于振动磨中，加入13-15克氧化硼和7-8克氧化铝粉，混合2-3小时，向所得混合粉料中加入50-60毫升质量浓度为18-20%的聚乙烯醇水溶液，继续在高速混炼机中混合40-50分钟，混炼速度为3500-4000转/分钟，将混炼物置于200-210℃干燥箱中干燥4-5小时，然后加热至400-420℃，保温3-4小时，除去溢出液，剩余物质置于管式炉中烧结，在氩气保护下，以12-14℃/分钟的速度升温至1850-1900℃，保温70-80分钟，随炉自然冷却至室温，置于110-120℃烘箱中烘干3-4小时，研磨得到粒径大小在1-10微米范围的粉末，即为陶瓷合金粉末；制备得到的该陶瓷合金粉末密度小，比表面积大，与铁元素的亲和力强，形成均匀分散的层状形核作用，抑制晶粒的生长，促进平衡凝固，明显降低热敏感性，且具有细化晶粒和强化作用，对合金钢铸件的热稳定性具有重要影响。所述松香醇溶液中松香与乙醇溶剂的质量比为1.7-1.9:5-6；所述合金钢元素组分及其质量百分比为：硅占0.30-0.34%、碳占0.20-0.23%、铬占0.30-0.35%、镍占1.20-1.30%、钼占0.45-0.55%、钒占0.10-0.12%、钇占0.01-0.02%、磷占0.010-0.015%、硫占0.008-0.010%，剩余为铁。合金钢铸件制备方法为：根据合金钢的组分和含量进行配料,采用不氧化法熔炼工艺进行合金熔炼，当合金钢液温度达到1500-1550℃时，向钢液中加入制备得到的陶瓷合金粉末，在搅拌条件下，混炼15-20分钟；对熔体进行除气、除杂、精炼，精炼得到的熔体从注料口注入事先预热的模腔中，模腔充满后自然冷却至360-380℃，进行开模，得到成型铸件，进一步进行热处理；热处理分为二个步骤：第一步骤：所述淬火回火处理是先将成型铸件以8-10℃/分钟的速度升温至920-930℃，保温40-45分钟后，油淬冷却3-4小时；第二步骤：第一步处理后将铸件送入炉中，以7.0-7.5℃/分钟的速度升温至710-720℃，保温1.5-2.0小时，风冷至室温。合金钢铸件制备方法中，陶瓷合金粉末添加量为钢液质量的0.07-0.10%。合金钢铸件制备方法中，模腔事先预热温度为340-350℃。本专利技术相比现有技术具有以下优点：为了解决合金钢铸件由于元素夹杂造成的耐热疲劳性能差的问题，本专利技术提供了一种提高合金钢铸件耐热疲劳性的方法，通过对合金钢材料以及热疲劳原理的研究，解决现有合金钢铸件加工中，为了提高附加性能加入各类元素导致铸件耐疲劳性能急剧下降的问题，通过添加陶瓷合金粉末，制备得到的该陶瓷合金粉末密度小，比表面积大，形成均匀分散的层状形核作用，抑制晶粒的生长，促进平衡凝固，明显降低热敏感性，且具有细化晶粒和强化作用，对合金钢铸件的热稳定性具有重要影响；由于陶瓷合金材料与铁的亲和力强，形成规则的片层结构，在冷热循环过程中，不易产生应力集中，不会引发裂纹源，即便在外力作用下产生的裂纹，也不会因此加速裂纹扩展，显著提高了合金钢铸件的耐疲劳性；不存在界面反应，并且细化了组织，减少了裂纹的扩展速度，在0-650℃温度段冷热循环次数在0-5000次之间，主裂纹的扩展速度最大数值仅为0.05微米/次；本专利技术有效解决了合金钢铸件由于元素夹杂造成的耐热疲劳性能差的问题，具有低成本、低能耗、经济性好的特点，大大延长了合金钢铸件的使用寿命，能够实现增强合金钢铸件使用性能以及提高市场竞争力的现实意义，对于合金热疲劳性能研究具有较高价值，显著促进现代化合金铸造业快速发展以及资源可持续发展，是一种极为值得推广使用的技术方案。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术所提供的技术方案。实施例1一种提高合金钢铸件耐热疲劳性的方法，在合金钢铸件制备中，采用添加制备的陶瓷合金粉末混炼的方式提高合金钢铸件耐热疲劳性。所述陶瓷合金粉末的制备方法为：按照质量比为3:1的比例称取高岭石粉和碳化硅共30克，放入研钵中，加入20毫升松香醇溶液，混合持续研磨2小时，将研磨得到的物料置于振动磨中，加入13克氧化硼和7克氧化铝粉，混合2小时，向所得混合粉料中加入50毫升质量浓度为18%的聚乙烯醇水溶液，继续在高速混炼机中混合40分钟，混炼速度为3500转/分钟，将混炼物置于200℃干燥箱中干燥4小时，然后加热至400℃，保温3小时，除去溢出液，剩余物质置于管式炉中烧结，在氩气保护下，以12℃/分钟的速度升温至1850℃，保温70分钟，随炉自然冷却至室温，置于110℃烘箱中烘干3小时，研磨得到粒径大小在1-10微米范围的粉末，即为陶瓷合金粉末。所述松香醇溶液中松香与乙醇溶剂的质量比为1.7:5；所述合金钢元素组分及其质量百分比为：硅占0.30%、碳占0.20%、铬占0.30%、镍占1.20%、钼占0.45%、钒占0.10%、钇占0.01%、磷占0.010%、硫占0.008%，剩余为铁。合金钢铸件制备方法为：根据合金钢的组分和含量进行配料，采用不氧化法熔炼工艺进行合金熔炼，当合金钢液温度达到1500℃时，向钢液中加入制备得到的陶瓷合金粉末，在搅拌条件下，混炼15分钟；对熔体进行除气、除杂、精炼，精炼得到的熔体从注料口注入事先预热的模腔中，模腔充满后自然冷却至360℃，进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高合金钢铸件耐热疲劳性的方法，其特征在于，在合金钢铸件制备中，采用添加制备的陶瓷合金粉末混炼的方式提高合金钢铸件耐热疲劳性；/n所述陶瓷合金粉末的制备方法为：/n（1）按照质量比为3-4:1的比例称取高岭石粉和碳化硅共30-32克，放入研钵中，加入20-25毫升松香醇溶液，混合持续研磨2-3小时，将研磨得到的物料置于振动磨中，加入13-15克氧化硼和7-8克氧化铝粉，混合2-3小时，向所得混合粉料中加入50-60毫升聚乙烯醇水溶液，继续在高速混炼机中混合40-50分钟，混炼速度为3500-4000转/分钟；/n（2）将混炼物置于200-210℃干燥箱中干燥4-5小时，然后加热至400-420℃，保温3-4小时，除去溢出液，剩余物质置于管式炉中烧结，在氩气保护下，以12-14℃/分钟的速度升温至1850-1900℃，保温70-80分钟，随炉自然冷却至室温，置于110-120℃烘箱中烘干3-4小时，研磨成粉，即为陶瓷合金粉末；/n合金钢铸件制备方法为：根据合金钢的组分和含量进行配料，合金熔炼，当合金钢液温度达到1500-1550℃时，向钢液中加入制备得到的陶瓷合金粉末，在搅拌条件下，混炼15-20分钟；对熔体进行除气、除杂、精炼，精炼得到的熔体从注料口注入事先预热的模腔中，模腔充满后自然冷却至360-380℃，进行开模，得到成型铸件，进一步进行热处理。/n...

【技术特征摘要】
1.一种提高合金钢铸件耐热疲劳性的方法，其特征在于，在合金钢铸件制备中，采用添加制备的陶瓷合金粉末混炼的方式提高合金钢铸件耐热疲劳性；
所述陶瓷合金粉末的制备方法为：
（1）按照质量比为3-4:1的比例称取高岭石粉和碳化硅共30-32克，放入研钵中，加入20-25毫升松香醇溶液，混合持续研磨2-3小时，将研磨得到的物料置于振动磨中，加入13-15克氧化硼和7-8克氧化铝粉，混合2-3小时，向所得混合粉料中加入50-60毫升聚乙烯醇水溶液，继续在高速混炼机中混合40-50分钟，混炼速度为3500-4000转/分钟；
（2）将混炼物置于200-210℃干燥箱中干燥4-5小时，然后加热至400-420℃，保温3-4小时，除去溢出液，剩余物质置于管式炉中烧结，在氩气保护下，以12-14℃/分钟的速度升温至1850-1900℃，保温70-80分钟，随炉自然冷却至室温，置于110-120℃烘箱中烘干3-4小时，研磨成粉，即为陶瓷合金粉末；
合金钢铸件制备方法为：根据合金钢的组分和含量进行配料，合金熔炼，当合金钢液温度达到1500-1550℃时，向钢液中加入制备得到的陶瓷合金粉末，在搅拌条件下，混炼15-20分钟；对熔体进行除气、除杂、精炼，精炼得到的熔体从注料口注入事先预热的模腔中，模腔充满后自然冷却至360-380℃，进行开模，得到成型铸...

【专利技术属性】
技术研发人员：江进华，
申请(专利权)人：含山县能华铸造有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34