一种塑性和钻孔性能优良的中碳葫芦锁体材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种塑性和钻孔性能优良的中碳葫芦锁体材料及其制备方法，属于锁具技术领域。本发明专利技术的一种塑性和钻孔性能优良的中碳葫芦锁体材料，按质量百分比计包含以下成分：C：0.5％～0.7％，Si：0.1％～0.3％，Mn：0.6％～1.0％，S：0.15％～0.25％，Bi：0.06％～0.08％，Al：1.1％～1.4％，B：0.002％～0.004％。本发明专利技术通过对锁体材料中的其他元素组成和配比进行优化设计，通过多种元素的协同作用，从而不仅能够提高该锁体材料在钻孔过程中的断屑、排屑能力，同时还能够有效改善材质塑性，使得该材料能够满足葫芦锁体对连续化高速钻大孔的加工要求。工要求。工要求。

【技术实现步骤摘要】
一种塑性和钻孔性能优良的中碳葫芦锁体材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于锁具
，具体涉及一种塑性和钻孔性能优良的中碳葫芦锁用钢及其制备方法。

技术介绍

[0002]锁具种类很多，葫芦锁属于其中一大类。葫芦锁主要应用于各种防盗门和卧室门锁上，每年需求量极大。目前，我国葫芦锁生产和销售的最大集散地之一—浙江浦江县每年生产的葫芦锁已超过5万吨。葫芦锁主要包括锁体、锁芯和锁头三部分，其中锁体为上窄下宽葫芦状结构，其材质主要为黄铜、不锈钢、锌合金、铝合金等类型。
[0003]其中，黄铜不易生锈，耐磨性好，但成本高昂；不锈钢耐蚀性能好，但价格昂贵，其钻孔加工过程对刀具磨损大，加工效率低且加工试样表面光洁度差；锌合金价格便宜，但容易折断，安全性差且防锈能力很差，即使厚电镀也容易褪色变黑和腐烂起泡。铝合金质软且轻，价格便宜，易加工，但膨胀系数大，不耐磨且安全性差。因此，以上材料虽然均可用于加工成葫芦锁体，但存在高成本、难加工或安全性差等明显缺陷，极大限制了上述锁体材料的大规模应用。
[0004]由于葫芦锁体的两头需钻大孔以安装锁芯，因此要求具有较好的钻孔加工性能。公布号为CN101899555A、CN101906597A、CN106947907A和CN107904377A的中国专利技术专利分别通过优化合金元素成分和轧制、热处理工艺，从而可以获得较高比例的石墨粒子，成功制备出切削性能和冷、热成型性能较好的石墨易切削钢，但所得钢的硬度较高，且钢中易切削相石墨粒子尺寸较小，在进行高速钻孔时仍具有抗力大、排屑慢、钻头升温快等问题，无法满足葫芦锁的连续化钻孔加工要求。
[0005]公布号为CN113462983A、CN113444976A的中国专利技术专利通过进一步提高钢中易切削相Bi
‑
Mn(S,Se)或石墨粒子的析出数量和尺寸，从而成功制备出易钻孔且排屑快的锁体用钢，但其所得锁体用钢的塑性较低，在加工成葫芦锁体并进行高速钻大孔时常出现钻孔内壁开裂现象，严重影响了产品质量和合格率。由此可见，开发出一种兼具廉价、易切削且塑性优良的葫芦锁体材料具有重要的应用和推广价值。

技术实现思路

[0006]1.要解决的问题
[0007]本专利技术的目的在于提供一种塑性和钻孔性能优良的中碳葫芦锁体材料及其制备方法，从而解决现有锁体材料存在成本高、难加工或安全性差等显著缺陷，进而难以真正大规模用于葫芦锁体的制作加工，以及现有其他锁体材料在钻孔加工时易发生开裂的问题。
[0008]2.技术方案
[0009]为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0010]本专利技术的一种塑性和钻孔性能优良的中碳葫芦锁体材料，按质量百分比计包含以下成分：C：0.5％～0.7％，Si：0.1％～0.3％，Mn：0.6％～1.0％，S：0.15％～0.25％，Bi：
0.06％～0.08％，Al：1.1％～1.4％，B：0.002％～0.004％。
[0011]更进一步的，该锁体材料中P：≤0.04％，N：≤0.0035％。
[0012]本专利技术通过对钢中的元素组成及含量配比进行优化设计，通过多种元素的协同作用，从而不仅能够提高该锁体材料在钻孔过程中的断屑、排屑能力，同时还能够有效改善材质塑性，使得该材料能够满足葫芦锁体对连续化高速钻大孔的加工要求。具体的，本专利技术中各元素的添加作用如下：
[0013]C是葫芦锁体材料中易切削石墨粒子的主要来源，其主要作用为在淬火马氏体低温回火时从铁素体中排出并形成石墨粒子，从而提高葫芦锁的钻孔加工性能。但C含量过高时，不仅会造成石墨由细小弥散状向粗大长条状转变，使钢的脆性加剧，还会降低Bi元素在钢中的溶解度。
[0014]Mn可与S结合形成MnS易切削相，提高葫芦锁体钻孔过程的断屑能力，但钢中沿晶界析出的MnS过多且尺寸过大时会降低钢的高、低温塑性，导致其锻造、热拉拔和钻大孔过程的开裂倾向加剧。
[0015]Bi在葫芦锁体中主要起润滑和熔融脆化作用，提高钻头钻孔过程的断屑、排屑能力和散热速度，以此提高钻孔加工效率并延长钻头寿命。钢中Bi含量过高时，大量偏聚于晶界的铋单质会弱化晶界，降低钢的高、低温塑性。此外，葫芦锁体冶炼时其钢中Bi的溶解度会随钢中Mn含量升高而升高，随钢中C含量升高而降低。
[0016]因此，本专利技术对钢中C、Mn、S及Bi的含量进行严格控制，同时MnS、石墨粒子及Bi的复合作用，从而可以有效保证所得葫芦锁体材料的加工性能。此外，本专利技术通过B的添加，一方面可以抑制Bi的晶界偏聚，从而降低Bi的晶界偏聚对葫芦锁体热塑性的有害影响，避免锻造和热拉拔裂纹的出现；另一方面，钢中少量B的添加还可以提高钢的淬透性，有效预防葫芦锁体用钢淬火裂纹的出现。
[0017]Al也能显著抑制淬火马氏体低温回火时渗碳体的析出，促进碳的石墨化，其在葫芦锁体中的加入量与钢中C和Si含量密切相关。N一方面可在高温下与钢中Al结合成细小的AlN析出相，阻碍晶界移动，抑制奥氏体晶粒的长大，提高葫芦锁体的热塑性，从而避免其在锻造和热拉拔过程开裂，另一方面可作为石墨的形核核心而加速碳的石墨化进程。但钢中N含量较高时会与Al结合形成粗大的硬质相AlN，反而降低钢的塑性和钻孔性能。
[0018]Si是一种较强的固溶强化元素，适当添加可提高葫芦锁体的强度和安全性，同时Si是非碳化物形成元素，能显著抑制淬火马氏体低温回火时渗碳体的析出，但Si含量较高会导致钢的塑性降低和硬度升高，不利于轧制和钻孔加工，因此葫芦锁体中Si含量控制在0.1％～0.3％。
[0019]更进一步的，该锁体材料中元素质量百分比Si+Al≥1.4％，从而可以保证固溶在钢中的碳能最大程度转变为易切削相石墨，而不是转变为硬度高，塑性差的渗碳体。
[0020]本专利技术的中碳葫芦锁体材料的制备方法，包括冶炼、浇铸和锻造工序，对锻造所得圆棒进行感应加热、热拉拔和淬火处理，然后进行回火处理。目前现有锁体材料的制备通常都需要进行热轧加工，但一方面由于葫芦锁体为不规则形状，采用热轧工艺不便于其成型加工；另一方面也无法有效保证所得锁体的加工性能。
[0021]本专利技术以感应加热和热拉拔工艺代替现有热轧工艺，从而既便于葫芦锁体的成型加工，同时还能够促使石墨相粒子的析出。但需要说明的是，热拉拔温度的控制具有重要作
用，本专利技术优化钢中Al、N、B元素含量，并控制热拉拔温度，即淬火温度为A
c3
+20℃～A
c3
+50℃，从而既有利于石墨化粒子的析出，并保证石墨化粒子更加分散和细小，同时还能够减轻热拉拔、淬火及钻孔过程中的开裂倾向。
[0022]更进一步的，锻造时，铸锭加热温度为1150℃～1180℃，保温时间为1.5h～2h。
[0023]更进一步的，圆棒感应加热采用分阶段升温工艺，预热段以5℃/s～8℃/s速度升温至600～650℃；加热段以12℃/s～15℃/s的速度升温至970℃～1000℃；均热段保温时间≥2min。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种塑性和钻孔性能优良的中碳葫芦锁体材料，其特征在于，按质量百分比计包含以下成分：C：0.5％～0.7％，Si：0.1％～0.3％，Mn：0.6％～1.0％，S：0.15％～0.25％，Bi：0.06％～0.08％，Al：1.1％～1.4％，B：0.002％～0.004％。2.根据权利要求1所述的一种塑性和钻孔性能优良的中碳葫芦锁体材料，其特征在于：该锁体材料中元素质量百分比Si+Al≥1.4％。3.根据权利要求1或2所述的一种塑性和钻孔性能优良的中碳葫芦锁体材料，其特征在于：该锁体材料中P：≤0.04％，N：≤0.0035％。4.一种如权利要求1
‑
3中任一项所述的中碳葫芦锁体材料的制备方法，包括冶炼、浇铸和锻造工序，其特征在于：对锻造所得圆棒进行感应加热、热拉拔和淬火处理，然后进行回火处理。5.根据权利要求4所述的中碳葫芦锁体材料的制备方法，其特征在于：锻造时，铸锭加热温度为1150℃～1180℃，保温时间为1.5h～2h。6.根据权利要求4所述的中碳葫芦锁体材...

【专利技术属性】
技术研发人员：万勇，温永红，汤传圣，张雪鉴，李杰，马冬，陈良军，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：