CN107604260A - 一种铁基合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁基合金及其制备方法，该铁基合金包括以下成分：石墨烯复合材料1.2‑1.6％，碳0.41‑0.48％，硅0.4‑0.8％，锰1.0‑1.5％，铬4.5‑5.8％，钨0.8‑1.2％，钼1.6‑2.0％，钛0.02‑0.04％，硼1.2‑1.8％、钒0.6‑1.0％，铌0.03‑0.05％，杂质磷≤0.03％，硫≤0.03％，余量为铁。本发明的铁基合金以多种元素复合合金化，添加稀土复合增强材料，再通过热处理后，使铁基合金的韧性和耐磨性有所提高，并具有良好的硬度、焊接性和机械加工性能，且使用寿命也有增强。

Description

一种铁基合金及其制备方法

技术领域

本发明属于合金及其制备领域，具体涉及一种铁基合金及其制备方法。

背景技术

铁基高温合金是以铁为基，配以多种元素的合金化作用来提高其高温机械性能和高温抗腐蚀性能的特种合金。铁基高温合金相对于镍基和钴基高温合金而言，价格低廉，是一种普遍应用于国防、能源、航空以及核反应等领域的高温结构材料。

铁基高温合金应用的传统领域是航空发动机，早于50年代国外已开始将这类高温合金用于非航空发动机的其他工业领域。随着我国工业化建设的发展，各民用工业对高温合金材料的需求日渐增多，愈益迫切。1965年高温合金首先用于柴油机增压涡轮成功，开始了高温合金在民用工业中的应用。30年来，铁基高温合金已推广用于能源动力、交通运输、石油化工、冶金矿山和玻璃建材等诸多工业部门。

尽管现有的铁基合金种类较多，但还远远不能满足工业发展的需求。因而，在已有铁基合金的基础上，我们开发了一种韧性和耐磨性较理想，且具有良好的硬度、焊接性和机械加工性能的铁基合金。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种铁基合金及其制备方法，制备得到的铁基合金以多种元素复合合金化，添加稀土复合增强材料，再通过热处理后，使铁基合金具有较理想的硬度和机械性能。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种铁基合金，由以下质量百分比的原料组成：

石墨烯复合材料1.2-1.6％，碳0.41-0.48％，硅0.4-0.8％，锰1.0-1.5％，铬4.5-5.8％，钨0.8-1.2％，钼1.6-2.0％，钛0.02-0.04％，硼1.2-1.8％、钒0.6-1.0％，铌0.03-0.05％，杂质磷≤0.03％，硫≤0.03％，余量为铁；其中，石墨烯复合材料为表面负载稀土的石墨烯，其制备过程为：

a)氧化石墨烯处理：将氧化石墨烯粉末分散在去离子水中，配置成质量浓度为2-4mg/mL的氧化石墨烯水溶液，然后使用功率为60-100W的超声波清洗器超声25-30min，得到完全分散的氧化石墨烯水悬浮体系，其中，调节超声波清洗器的温度为20-25℃；

b)稀土元素修饰的石墨烯的制备：向步骤a)所得的氧化石墨烯水悬浮体系中加入适量聚乙烯亚胺，超声分散20-24h，然后再加入适量硝酸镧继续超声2-4h，然后置于100-105℃温度下回流20-24h，回流结束后降温至70-80℃加入质量分数为50％的水合肼继续反应6-8h，待反应结束后将混合均匀的悬浮体系进行真空抽滤、洗涤、真空干燥处理，最后再置于450-500℃温度下煅烧5-8h，得到稀土镧/聚乙烯亚胺-石墨烯复合材料；其中，氧化石墨烯粉末、聚乙烯亚胺和硝酸镧的质量比为1:(0.4-0.6):(0.1-0.2)，水合肼与氧化石墨烯水悬浮体系的体积比为10:(0.4-0.5)。

其中，稀土镧/聚乙烯亚胺-石墨烯复合材料综合了石墨烯和稀土氧化物的优点，并且添加具有强附着性的高分子聚合物，有利于稀土元素在石墨烯表面的附着；同时该复合材料既具备石墨烯对合金的增强、增韧作用，也具备稀土元素对合金的细化作用，而且稀土镧不会和铁形成金属间化合物，能很好的起到稀土本身的活性作用。

上述铁基合金的制备方法包括熔炼工艺和热处理工艺；其中，所述的熔炼工艺步骤如下：

(1)配料和熔炼：按上述原料质量百分比进行配料，加热至1530-1550℃至各原料熔化，熔炼成金属熔液，在此温度上保温5-10min；

(2)精炼和静置：撇去步骤(1)所得的金属熔液的表面浮渣，然后精炼3-5min，精炼完成后再撇去表面浮渣，静置8-10min；

(3)浇注：当精炼后的金属熔液温度降至1500-1520℃时浇注成型，得到铁基合金；

所述的热处理工艺为：

将熔炼得到的铁基合金在1000-1050℃温度下进行2-4h的固溶处理，而后在500-600℃温度中进行6-10h的时效处理。

本发明的有益效果：本发明的铁基合金以多种元素复合合金化，添加硼元素和稀土复合增强材料，先进行熔炼浇注，再通过热处理后，使铁基合金的韧性和耐磨性有所提高，并具有良好的硬度、焊接性和机械加工性能，且使用寿命也有增强。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。实施例中，各种原料都为马可波罗网产品。

实施例1

一种铁基合金，由以下质量百分比的原料组成：

石墨烯复合材料1.2％，碳0.43％，硅0.6％，锰1.2％，铬5.0％，钨1.0％，钼1.8％，钛0.04％，硼1.5％、钒0.8％，铌0.04％，杂质磷≤0.03％，硫≤0.03％，余量为铁；其中，石墨烯复合材料为表面负载稀土的石墨烯，其制备过程为：

a)氧化石墨烯处理：将1.5g氧化石墨烯粉末分散在500mL去离子水中，然后使用功率为100W的超声波清洗器超声30min，得到完全分散的氧化石墨烯水悬浮体系，其中，调节超声波清洗器的温度为25℃；

b)稀土元素修饰的石墨烯的制备：向步骤a)所得的氧化石墨烯水悬浮体系中加入0.8g聚乙烯亚胺，超声分散24h，然后再加入0.15g硝酸镧继续超声4h，然后置于100℃温度下回流24h，回流结束后降温至80℃加入22mL质量分数为50％的水合肼继续反应8h，待反应结束后将混合均匀的悬浮体系进行真空抽滤、洗涤、真空干燥处理，最后再置于500℃温度下煅烧6h，得到稀土镧/聚乙烯亚胺-石墨烯复合材料。

上述铁基合金的制备方法包括熔炼工艺和热处理工艺；其中，所述的熔炼工艺步骤如下：

(1)配料和熔炼：按上述原料质量百分比进行配料，加热至1530℃至各原料熔化，熔炼成金属熔液，在此温度上保温10min；

(2)精炼和静置：撇去步骤(1)所得的金属熔液的表面浮渣，然后精炼5min，精炼完成后再撇去表面浮渣，静置10min；

(3)浇注：当精炼后的金属熔液温度降至1500℃时浇注成型，得到铁基合金；

所述的热处理工艺为：

将熔炼得到的铁基合金在1030℃温度下进行4h的固溶处理，而后在550℃温度中进行8h的时效处理。

经检测，制得的铁基合金的技术参数如下：抗拉强度为1135MPa，屈服强度960MPa，硬度为53.6HR，使用寿命为同等产品的6.41倍。

实施例2

一种铁基合金，由以下质量百分比的原料组成：

石墨烯复合材料1.5％，碳0.45％，硅0.6％，锰1.5％，铬5.0％，钨1.0％，钼1.8％，钛0.04％，硼1.5％、钒1.0％，铌0.05％，杂质磷≤0.03％，硫≤0.03％，余量为铁；其中，石墨烯复合材料为表面负载稀土的石墨烯，其制备过程为：

a)氧化石墨烯处理：将2g氧化石墨烯粉末分散在500mL去离子水中，然后使用功率为100W的超声波清洗器超声30min，得到完全分散的氧化石墨烯水悬浮体系，其中，调节超声波清洗器的温度为25℃；

b)稀土元素修饰的石墨烯的制备：向步骤a)所得的氧化石墨烯水悬浮体系中加入0.9g聚乙烯亚胺，超声分散24h，然后再加入0.2g硝酸镧继续超声4h，然后置于105℃温度下回流24h，回流结束后降温至80℃加入25mL质量分数为50％的水合肼继续反应8h，待反应结束后将混合均匀的悬浮体系进行真空抽滤、洗涤、真空干燥处理，最后再置于500℃温度下煅烧8h，得到稀土镧/聚乙烯亚胺-石墨烯复合材料。

上述铁基合金的制备方法包括熔炼工艺和热处理工艺；其中，所述的熔炼工艺步骤如下：

(1)配料和熔炼：按上述原料质量百分比进行配料，加热至1530℃至各原料熔化，熔炼成金属熔液，在此温度上保温10min；

(2)精炼和静置：撇去步骤(1)所得的金属熔液的表面浮渣，然后精炼5min，精炼完成后再撇去表面浮渣，静置10min；

(3)浇注：当精炼后的金属熔液温度降至1500℃时浇注成型，得到铁基合金；

所述的热处理工艺为：

将熔炼得到的铁基合金在1000℃温度下进行4h的固溶处理，而后在600℃温度中进行8h的时效处理。

经检测，制得的铁基合金的技术参数如下：抗拉强度为1146MPa，屈服强度976MPa，硬度为52.4HR，使用寿命为同等产品的6.89倍。

Claims (2)

1.一种铁基合金，其特征在于，由以下质量百分比的原料组成：石墨烯复合材料1.2-1.6％，碳0.41-0.48％，硅0.4-0.8％，锰1.0-1.5％，铬4.5-5.8％，钨0.8-1.2％，钼1.6-2.0％，钛0.02-0.04％，硼1.2-1.8％、钒0.6-1.0％，铌0.03-0.05％，杂质磷≤0.03％，硫≤0.03％，余量为铁；其中，石墨烯复合材料为表面负载稀土的石墨烯，其制备过程为：

a)氧化石墨烯处理：将氧化石墨烯粉末分散在去离子水中，配置成质量浓度为2-4mg/mL的氧化石墨烯水溶液，然后使用功率为60-100W的超声波清洗器超声25-30min，得到完全分散的氧化石墨烯水悬浮体系，其中，调节超声波清洗器的温度为20-25℃；

b)稀土元素修饰的石墨烯的制备：向步骤a)所得的氧化石墨烯水悬浮体系中加入适量聚乙烯亚胺，超声分散20-24h，然后再加入适量硝酸镧继续超声2-4h，然后置于100-105℃温度下回流20-24h，回流结束后降温至70-80℃加入质量分数为50％的水合肼继续反应6-8h，待反应结束后将混合均匀的悬浮体系进行真空抽滤、洗涤、真空干燥处理，最后再置于450-500℃温度下煅烧5-8h，得到稀土镧/聚乙烯亚胺-石墨烯复合材料；其中，氧化石墨烯粉末、聚乙烯亚胺和硝酸镧的质量比为1:(0.4-0.6):(0.1-0.2)，水合肼与氧化石墨烯水悬浮体系的体积比为10:(0.4-0.5)。

2.权利要求1所述的一种铁基合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括熔炼工艺和热处理工艺；其中，所述的熔炼工艺步骤如下：

(1)配料和熔炼：按上述原料质量百分比进行配料，加热至1530-1550℃至各原料熔化，熔炼成金属熔液，在此温度上保温5-10min；

(2)精炼和静置：撇去步骤(1)所得的金属熔液的表面浮渣，然后精炼3-5min，精炼完成后再撇去表面浮渣，静置8-10min；

(3)浇注：当精炼后的金属熔液温度降至1500-1520℃时浇注成型，得到铁基合金；

所述的热处理工艺为：

将熔炼得到的铁基合金在1000-1050℃温度下进行2-4h的固溶处理，而后在500-600℃温度中进行6-10h的时效处理。