一种碳化物沉淀硬化型奥氏体钢/球形石墨复合材料型材及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种碳化物沉淀硬化型奥氏体钢/球形石墨复合材料型材及其制备方法，涉及钢/石墨复合材料技术领域。本发明专利技术所述型材组织由奥氏体基体、石墨球和弥散分布于奥氏体基体的碳化物组成；所述奥氏体基体中包含少量难以避免的马氏体；所述石墨球的体积占型材总体积的8～12％；所述石墨球的直径为10um～40um

【技术实现步骤摘要】
一种碳化物沉淀硬化型奥氏体钢/球形石墨复合材料型材及其制备方法


[0001]本专利技术属于钢/石墨复合材料
，具体涉及一种碳化物沉淀硬化型奥氏体钢/球形石墨复合材料型材及其制备方法。

技术介绍

[0002]奥氏体钢是正火后具有奥氏体组织的钢，钢中加入的合金元素(Ni、Mn、N、Cr等)能将使正火后的金属具有稳定的奥氏体组织，奥氏体钢具有良好的韧性和高温力学性能，但是强度和硬度偏低，耐磨和抗磨性能较差。
[0003]钢
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石墨复合材料一般采用凝固自生的方法制造。含C量高的铁水在凝固过程中，通过成分的设计(如在铁水中添加合金元素Si等)和凝固工艺参数(如冷却速度等)的控制，可以在铁水凝固过程中自生出石墨，获得的石墨细小、分布均匀。
[0004]钢的高硬度、高强度和优异的耐磨性，尤其是高温下的高硬度、高强度和优异的耐磨性一般是通过高稳定性的碳化物和金属间化合物的沉淀析出来实现的。其中金属间化合物沉淀强化适用于C含量很低的高合金钢，因自生奥氏体钢/石墨复合材料存在大量的C(石墨)，故应用高强度、高硬度的金属间化合物使得奥氏体钢/石墨复合材料获得高硬度、高强度和优异的耐磨性在理论上是不可行的。而采用高稳定性的碳化物，如Cr、Mo、W、V等的碳化物实现奥氏体的强化时，由于碳化物形成元素一般为白口元素，故凝固和冷却过程中极易在金属基体中形成粗大的一次和二次碳化物，不利于铁水凝固过程中石墨的形成，从而影响奥氏体钢/石墨复合材料的形成；同时，亦极大的降低复合材料的韧性和耐磨性。因此，如何防止和消除型材中出现粗大的一次碳化物以及粗大的二次碳化物，实现各种碳化物在奥氏体基体中均匀弥散分布，以提高奥氏体钢的硬度和强度，就成为自生制备自润滑、良好韧性、高硬度、高强度和优异的耐磨性奥氏体钢/石墨复合材料的关键。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种碳化物沉淀硬化型奥氏体钢/球形石墨复合材料型材及其制备方法，本专利技术所述型材具有良好自润滑与韧性、高硬度、高强度和优异的耐磨性。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供以下技术方案：一种碳化物沉淀硬化型奥氏体钢/球形石墨复合材料型材，所述型材组织由奥氏体基体、石墨球和弥散分布于奥氏体基体的碳化物组成；所述奥氏体基体中包含少量难以避免的马氏体；所述石墨球的体积占型材总体积的8～12％；所述石墨球的直径为10um～40um。
[0007]优选的，所述型材的组成成分按质量百分比计为：3.4～3.8％C、2.4～3.0％Si、4.0～5.0％Ni、1.0～1.50％Cr、2.0～2.50％Mo、0.50～1.0％V、1.0～1.50％Mn、≤0.06％P、≤0.02％S、0.03～0.05％Mg、0.03～0.05％Re、其余为Fe和不可避免的杂质。
[0008]本专利技术还提供所述碳化物沉淀硬化型奥氏体钢/球形石墨复合材料型材的制备方
法，包括以下步骤：
[0009](1)配料：称取废钢、镍板、硅铁、铬铁、钼铁、钒铁、锰铁、孕育剂、球化剂、面包铁或高炉铁水；
[0010](2)熔炼：将步骤(1)称取的废钢、镍板、硅铁、铬铁、钼铁、钒铁、锰铁、面包铁或高炉铁水熔炼成铁水；
[0011](3)成型：将步骤(2)得到的铁水加入孕育剂和球化剂进行喂丝孕育和球化处理，采用水平连铸工艺铸造成铸坯；
[0012](4)铸坯退火：将连铸成型的铸坯进行退火；
[0013](5)均匀化和固溶处理：将退火后的铸坯进行成分均匀化和固溶处理；
[0014](6)时效处理：将固溶处理后的型材进行时效处理即得碳化物沉淀硬化型奥氏体钢/球形石墨复合材料型材。
[0015]优选的，步骤(2)所述熔炼温度为1530℃～1560℃，熔炼时间为5～10min。
[0016]优选的，步骤(3)所述铸坯中石墨球的体积占型材总体积的8～12％。
[0017]优选的，步骤(4)所述退火时升温速度为500～550℃/h，退火温度为500～550℃，退火保温时间为4～8h，退火保温结束后的冷却方式为炉冷至200～250℃后出炉空冷。
[0018]优选的，步骤(4)所述退火应在步骤(3)中水平连铸成型后30min内进行。
[0019]优选的，步骤(5)所述均匀化和固溶处理升温速度为300～400℃/h，处理温度为1050～1100℃，保温时间为12～14h，保温结束后的冷却方式为直接出炉水冷。
[0020]优选的，步骤(5)所述均匀化和固溶处理后型材组织为高碳奥氏体和球形石墨，且合金元素Ni、Cr、Mo、Mn、Si和V均固溶于奥氏体基体。
[0021]优选的，步骤(6)所述时效处理温度为550～600℃，时效时间为1～3h，时效后的冷却方式为直接出炉空冷；所述时效次数为2～4次。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0023]本专利技术提供了一种碳化物沉淀硬化型奥氏体钢/球形石墨复合材料型材及其制备方法。本专利技术通过材料成分的设计、凝固工艺的调节、以及热处理工艺的适当配合，获得了无粗大一次碳化物和粗大二次碳化物，且碳化物在材料中均匀、弥散沉淀析出的复合材料型材，材料的硬度大于HRC58。本专利技术所述型材因其存在大量的能提供自润滑性能的球形石墨和大于HRC58的硬度，故具有良好自润滑与韧性、高硬度、高强度和优异的耐磨性，解决了奥氏体钢/石墨复合材料目前难以获得高硬度和高耐磨性的难题。
附图说明
[0024]图1为碳化物沉淀硬化型奥氏体钢/球形石墨复合材料的金相图。
具体实施方式
[0025]现详细说明本专利技术的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本专利技术的限制，而应理解为是对本专利技术的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
[0026]本专利技术提供了一种碳化物沉淀硬化型奥氏体钢/球形石墨复合材料型材，所述型材组织由奥氏体基体、石墨球和弥散分布于奥氏体基体的碳化物组成；所述奥氏体基体中包含少量难以避免的马氏体；所述石墨球的体积占型材总体积的8～12％；所述石墨球的直
径为10um～40um。
[0027]在本专利技术中，所述型材的组成成分按质量百分比计优选为：3.4～3.8％C、2.4～3.0％Si、4.0～5.0％Ni、1.0～1.50％Cr、2.0～2.50％Mo、0.50～1.0％V、1.0～1.50％Mn、≤0.06％P、≤0.02％S、0.03～0.05％Mg、0.03～0.05％Re、其余为Fe和不可避免的杂质。
[0028]本专利技术还提供所述碳化物沉淀硬化型奥氏体钢/球形石墨复合材料型材的制备方法，包括以下步骤：
[0029](1)配料：称取废钢、镍板、硅铁、铬铁、钼铁、钒铁、锰铁、孕育剂、球化剂、面包铁或高炉铁水；
[0030](2)熔炼：将步骤(1)称取的废钢、镍板、硅铁、铬铁、钼铁、钒铁、锰铁、面包铁或高炉铁水熔炼成铁水；
[0031](3)成型：将步骤(2)得到的铁水加本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化物沉淀硬化型奥氏体钢/球形石墨复合材料型材，其特征在于，所述型材组织由奥氏体基体、石墨球和弥散分布于奥氏体基体的碳化物组成；所述奥氏体基体中包含少量难以避免的马氏体；所述石墨球的体积占型材总体积的8～12％；所述石墨球的直径为10um～40um。2.根据权利要求1所述的型材，其特征在于，所述型材的组成成分按质量百分比计为：3.4～3.8％C、2.4～3.0％Si、4.0～5.0％Ni、1.0～1.50％Cr、2.0～2.50％Mo、0.50～1.0％V、1.0～1.50％Mn、≤0.06％P、≤0.02％S、0.03～0.05％Mg、0.03～0.05％Re、其余为Fe和不可避免的杂质。3.权利要求1或2所述的碳化物沉淀硬化型奥氏体钢/球形石墨复合材料型材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)配料：称取废钢、镍板、硅铁、铬铁、钼铁、钒铁、锰铁、孕育剂、球化剂、面包铁或高炉铁水；(2)熔炼：将步骤(1)称取的废钢、镍板、硅铁、铬铁、钼铁、钒铁、锰铁、面包铁或高炉铁水熔炼成铁水；(3)成型：将步骤(2)得到的铁水加入孕育剂和球化剂进行喂丝孕育和球化处理，采用水平连铸工艺铸造成铸坯；(4)铸坯退火：将连铸成型的铸坯进行退火；(5)均匀化和固溶处理：将退火后的铸坯进行成分均匀化和固溶处理；(6)时效处理：将固溶处理后的型材进行时效处理即得碳化物沉淀硬化型奥氏...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋百铃，颜国君，王子逾，乔泳彭，刘保建，吕林，
申请(专利权)人：西安共晶金属科技有限公司，
类型：发明
国别省市：