CN111118408A - 一种抗氧化高温耐磨不锈钢合金材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗氧化高温耐磨不锈钢合金材料，所述抗氧化高温耐磨不锈钢合金材料的主要配方为46‑57Ni、16‑18Cr、16‑20Mo、5‑8Fe、4‑10W、2.5‑3.5Co、1‑5Mn、0.35‑3V、0.08‑2Si与0.01‑1C，本发明中钢结硬质合金综合了钢与硬质合金的特点，构成了自己独特的性能，首先具有很好的耐磨性，并且钢基体在淬火状态下形成马氏体，共同赋予了材料高硬度和高耐磨性，并且钢基体对硬质相起到支撑和传递载荷的作用，使材料具有较高的韧性，同时可满足机加工的要求，从而满足材料不同工作环境下的需要，这既有利于合金的可加工性，又不会降低其应具有的耐磨性，得到良好的综合性能，解决了现有的抗氧化高温耐磨不锈钢合金材料在制备时达不到足够的硬度与耐磨度的问题。

Description

一种抗氧化高温耐磨不锈钢合金材料
技术领域
本发明属于合金材料相关技术领域，具体涉及一种抗氧化高温耐磨不锈钢合金材料。
背景技术
合金材料是由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料，并且具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能，特别是它的高硬度和耐磨性，硬质合金广泛用作刀具材料，也可以用来切削耐热钢、不锈钢、高锰钢、工具钢等难加工的材料。
现有的抗氧化高温耐磨不锈钢合金材料方法技术存在以下问题：现有的抗氧化高温耐磨不锈钢合金材料方法在制备中钢结硬质合金中钢基体含量低于一定质量时，会使其完全丧失加工性能，此时与普通硬质合金的加工性能相似，反之，若基体钢的含量过高，则会影响整个合金的耐磨性，导致使用性能下降的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗氧化高温耐磨不锈钢合金材料，以解决上述背景技术中提出的现有的抗氧化高温耐磨不锈钢合金材料在制备时达不到足够的硬度与耐磨度的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种抗氧化高温耐磨不锈钢合金材料，所述抗氧化高温耐磨不锈钢合金材料的主要配方为46-57Ni、16-18Cr、16-20Mo、5-8Fe、4-10W、2.5-3.5Co、1-5Mn、0.35-3V、0.08-2Si与0.01-1C。
优选的，所述抗氧化高温耐磨不锈钢合金材料的制备步骤如下：
步骤一、首先称取足量的46-57Ni、16-18Cr、16-20Mo、5-8Fe、4-10W、2.5-3.5Co、1-5Mn、0.35-3V、0.08-2Si与0.01-1C；
步骤二、将46-57Ni、16-18Cr、16-20Mo、5-8Fe、4-10W、2.5-3.5Co、1-5Mn、0.35-3V、0.08-2Si与0.01-1C放置在中频炉内进行高温操作，升温至800-1200℃，混炼8-12分钟；
步骤三、往中频炉中投入0.41份的生铁和0.06份硅铁，进行增碳和增硅，待熔化后，加入除渣剂排渣；
步骤四、用钢水包浇铸砂型，砂型为V法造型，浇铸温度1550℃，从出钢到浇铸完成的时间9分钟，浇铸完成后所得铸件即为铸钢材料铸件；
步骤五、将混炼之后的物料置于单螺杆挤出机中共混，造粒得到固态物质；
步骤六、将混炼好的固态物质开片、出片，送入成型设备中进行预成型，成型压力为4-6MPa，15-20秒后取出；
步骤七、将成型之后的压胚放置到预热的模具内部，之后在平板硫化机上140-160℃温度下加压至6-7MPa，并且在加压的压力下进行持续一段时间，然后将温度冷却；
步骤八：用以使合金铸件化学成分均匀化，提高其使用性能的扩散退火的方法，在不发生熔化的前提下，将铸件加热到尽可能高的温度，并长时间保温，待合金中各种元素扩散趋于均匀分布后缓冷；
步骤九：之后将混合物进行压制，压制之后的混合物导入到成型设备中进行成型，然后对铸件抛丸20-25分钟，去除铸件表面的氧化皮、砂粒、涂料壳。
优选的，所述合金材料的退火工艺如下：
一、完全退火
目的细化晶粒，均匀组织，消除内应力和加工缺陷，降低硬度，改善切削加工性能和冷塑性变形能力，用以细化中、低碳钢经铸造、锻压和焊接后出现的力学性能不佳的粗大过热组织。将工件加热到铁素体全部转变为奥氏体的温度以上30到50℃，保温一段时间，然后随炉缓慢冷却，在冷却过程中奥氏体再次发生转变，即可使钢的组织变细。
二、折叠球化退火
用以降低工具钢和轴承钢锻压后的偏高硬度。将工件加热到钢开始形成奥氏体的温度以上20到40℃，保温后缓慢冷却，在冷却过程中珠光体中的片层状渗碳体变为球状，从而降低了硬度。
三、折叠等温退火
用以降低某些镍、铬含量较高的合金结构钢的高硬度，以进行切削加工。一般先以较快速度冷却到奥氏体最不稳定的温度，保温适当时间，奥氏体转变为托氏体或索氏体，硬度即可降低，再结晶退火用以消除金属线材、薄板在冷拔、冷轧过程中的硬化现象，硬度升高、塑性下降。加热温度一般为钢开始形成奥氏体的温度以下50到150℃，只有这样才能消除加工硬化效应使金属软化。
四、折叠石墨退火
用以使含有大量渗碳体的铸铁变成塑性良好的可锻铸铁。工艺操作是将铸件加热到950℃左右，保温一定时间后适当冷却，使渗碳体分解形成团絮状石墨。
五、折叠扩散退火
用以使合金铸件化学成分均匀化，提高其使用性能。方法是在不发生熔化的前提下，将铸件加热到尽可能高的温度，并长时间保温，待合金中各种元素扩散趋于均匀分布后缓冷。
六、折叠去应力退火
用以消除钢铁铸件和焊接件的内应力。对于钢铁制品加热后开始形成奥氏体的温度以下100到200℃，保温后在空气中冷却，即可消除内应力。
七、折叠不完全退火
加热温度在Ac1到Accm之间，冷却速度在500到600℃以上时，碳钢是100到200℃/h，合金钢是50到100℃/h，高合金钢是20到60℃/h，主要用于过共析钢。
八、折叠焊后退火
退火装备选用纯Fe作填充金属对YG30硬质合金与45钢进行TIG焊试验。利用扫描电镜对退火前后的YG30焊缝界面区的组织形貌进行分析，工业纯Fe作填充金属，在1050℃退火后，焊态的η相不变；在1150℃退火后，开始产生新η相；η相随退火温度升高和保温时间延长而增加。退火时新η相成核于WC-γ相界，吞并WC晶粒而长大，分布在WC颗粒的边界。
与现有技术相比，本发明提供了一种抗氧化高温耐磨不锈钢合金材料，具备以下有益效果：
本发明中钢结硬质合金综合了钢与硬质合金的特点，构成了自己独特的性能，首先具有很好的耐磨性，并且钢基体在淬火状态下形成马氏体，共同赋予了材料高硬度和高耐磨性，并且钢基体对硬质相起到支撑和传递载荷的作用，使材料具有较高的韧性，同时可满足机加工的要求，从而满足材料不同工作环境下的需要，这既有利于合金的可加工性，又不会降低其应具有的耐磨性，得到良好的综合性能，解决了现有的抗氧化高温耐磨不锈钢合金材料在制备时达不到足够的硬度与耐磨度的问题。
具体实施方式
本发明提供一种技术方案：
一种抗氧化高温耐磨不锈钢合金材料，抗氧化高温耐磨不锈钢合金材料的主要配方为46-57Ni、16-18Cr、16-20Mo、5-8Fe、4-10W、2.5-3.5Co、1-5Mn、0.35-3V、0.08-2Si与0.01-1C。
抗氧化高温耐磨不锈钢合金材料的制备步骤如下：
步骤一、首先称取足量的46-57Ni、16-18Cr、16-20Mo、5-8Fe、4-10W、2.5-3.5Co、1-5Mn、0.35-3V、0.08-2Si与0.01-1C；
步骤二、将46-57Ni、16-18Cr、16-20Mo、5-8Fe、4-10W、2.5-3.5Co、1-5Mn、0.35-3V、0.08-2Si与0.01-1C放置在中频炉内进行高温操作，升温至800-1200℃，混炼8-12分钟；
步骤三、往中频炉中投入0.41份的生铁和0.06份硅铁，进行增碳和增硅，待熔化后，加入除渣剂排渣；
步骤四、用钢水包浇铸砂型，砂型为V法造型，浇铸温度1550℃，从出钢到浇铸完成的时间9分钟，浇铸完成后所得铸件即为铸钢材料铸件；
步骤五、将混炼之后的物料置于单螺杆挤出机中共混，造粒得到固态物质；
步骤六、将混炼好的固态物质开片、出片，送入成型设备中进行预成型，成型压力为4-6MPa，15-20秒后取出；
步骤七、将成型之后的压胚放置到预热的模具内部，之后在平板硫化机上140-160℃温度下加压至6-7MPa，并且在加压的压力下进行持续一段时间，然后将温度冷却；
步骤八：用以使合金铸件化学成分均匀化，提高其使用性能的扩散退火的方法，在不发生熔化的前提下，将铸件加热到尽可能高的温度，并长时间保温，待合金中各种元素扩散趋于均匀分布后缓冷；
步骤九：之后将混合物进行压制，压制之后的混合物导入到成型设备中进行成型，然后对铸件抛丸20-25分钟，去除铸件表面的氧化皮、砂粒、涂料壳。
合金材料的退火工艺如下：
一、完全退火
目的细化晶粒，均匀组织，消除内应力和加工缺陷，降低硬度，改善切削加工性能和冷塑性变形能力，用以细化中、低碳钢经铸造、锻压和焊接后出现的力学性能不佳的粗大过热组织。将工件加热到铁素体全部转变为奥氏体的温度以上30到50℃，保温一段时间，然后随炉缓慢冷却，在冷却过程中奥氏体再次发生转变，即可使钢的组织变细。
二、折叠球化退火
用以降低工具钢和轴承钢锻压后的偏高硬度。将工件加热到钢开始形成奥氏体的温度以上20到40℃，保温后缓慢冷却，在冷却过程中珠光体中的片层状渗碳体变为球状，从而降低了硬度。
三、折叠等温退火
用以降低某些镍、铬含量较高的合金结构钢的高硬度，以进行切削加工。一般先以较快速度冷却到奥氏体最不稳定的温度，保温适当时间，奥氏体转变为托氏体或索氏体，硬度即可降低，再结晶退火用以消除金属线材、薄板在冷拔、冷轧过程中的硬化现象，硬度升高、塑性下降。加热温度一般为钢开始形成奥氏体的温度以下50到150℃，只有这样才能消除加工硬化效应使金属软化。
四、折叠石墨退火
用以使含有大量渗碳体的铸铁变成塑性良好的可锻铸铁。工艺操作是将铸件加热到950℃左右，保温一定时间后适当冷却，使渗碳体分解形成团絮状石墨。
五、折叠扩散退火
用以使合金铸件化学成分均匀化，提高其使用性能。方法是在不发生熔化的前提下，将铸件加热到尽可能高的温度，并长时间保温，待合金中各种元素扩散趋于均匀分布后缓冷。
六、折叠去应力退火
用以消除钢铁铸件和焊接件的内应力。对于钢铁制品加热后开始形成奥氏体的温度以下100到200℃，保温后在空气中冷却，即可消除内应力。
七、折叠不完全退火
加热温度在Ac1到Accm之间，冷却速度在500到600℃以上时，碳钢是100到200℃/h，合金钢是50到100℃/h，高合金钢是20到60℃/h，主要用于过共析钢。
八、折叠焊后退火
退火装备选用纯Fe作填充金属对YG30硬质合金与45钢进行TIG焊试验。利用扫描电镜对退火前后的YG30焊缝界面区的组织形貌进行分析，工业纯Fe作填充金属，在1050℃退火后，焊态的η相不变；在1150℃退火后，开始产生新η相；η相随退火温度升高和保温时间延长而增加。退火时新η相成核于WC-γ相界，吞并WC晶粒而长大，分布在WC颗粒的边界。
本发明的工作原理及使用流程：
首先称取足量的46-57Ni、16-18Cr、16-20Mo、5-8Fe、4-10W、2.5-3.5Co、1-5Mn、0.35-3V、0.08-2Si与0.01-1C，将46-57Ni、16-18Cr、16-20Mo、5-8Fe、4-10W、2.5-3.5Co、1-5Mn、0.35-3V、0.08-2Si与0.01-1C放置在中频炉内进行高温操作，升温至800-1200℃，混炼8-12分钟，往中频炉中投入0.41份的生铁和0.06份硅铁，进行增碳和增硅，待熔化后，加入除渣剂排渣，用钢水包浇铸砂型，砂型为V法造型，浇铸温度1550℃，从出钢到浇铸完成的时间9分钟，浇铸完成后所得铸件即为铸钢材料铸件，将混炼之后的物料置于单螺杆挤出机中共混，造粒得到固态物质，将混炼好的固态物质开片、出片，送入成型设备中进行预成型，成型压力为4-6MPa，15-20秒后取出，将成型之后的压胚放置到预热的模具内部，之后在平板硫化机上140-160℃温度下加压至6-7MPa，并且在加压的压力下进行持续一段时间，然后将温度冷却，用以使合金铸件化学成分均匀化，提高其使用性能的扩散退火的方法，在不发生熔化的前提下，将铸件加热到尽可能高的温度，并长时间保温，待合金中各种元素扩散趋于均匀分布后缓冷，之后将混合物进行压制，压制之后的混合物导入到成型设备中进行成型，然后对铸件抛丸20-25分钟，去除铸件表面的氧化皮、砂粒、涂料壳。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种抗氧化高温耐磨不锈钢合金材料，其特征在于：所述抗氧化高温耐磨不锈钢合金材料的主要配方为46-57Ni、16-18Cr、16-20Mo、5-8Fe、4-10W、2.5-3.5Co、1-5Mn、0.35-3V、0.08-2Si与0.01-1C。
2.根据权利要求1所述的一种抗氧化高温耐磨不锈钢合金材料，其特征在于：所述抗氧化高温耐磨不锈钢合金材料的制备步骤如下：
步骤一、首先称取足量的46-57Ni、16-18Cr、16-20Mo、5-8Fe、4-10W、2.5-3.5Co、1-5Mn、0.35-3V、0.08-2Si与0.01-1C；
步骤二、将46-57Ni、16-18Cr、16-20Mo、5-8Fe、4-10W、2.5-3.5Co、1-5Mn、0.35-3V、0.08-2Si与0.01-1C放置在中频炉内进行高温操作，升温至800-1200℃，混炼8-12分钟；
步骤三、往中频炉中投入0.41份的生铁和0.06份硅铁，进行增碳和增硅，待熔化后，加入除渣剂排渣；
步骤四、用钢水包浇铸砂型，砂型为V法造型，浇铸温度1550℃，从出钢到浇铸完成的时间9分钟，浇铸完成后所得铸件即为铸钢材料铸件；
步骤五、将混炼之后的物料置于单螺杆挤出机中共混，造粒得到固态物质；
步骤六、将混炼好的固态物质开片、出片，送入成型设备中进行预成型，成型压力为4-6MPa，15-20秒后取出；
步骤七、将成型之后的压胚放置到预热的模具内部，之后在平板硫化机上140-160℃温度下加压至6-7MPa，并且在加压的压力下进行持续一段时间，然后将温度冷却；
步骤八：用以使合金铸件化学成分均匀化，提高其使用性能的扩散退火的方法，在不发生熔化的前提下，将铸件加热到尽可能高的温度，并长时间保温，待合金中各种元素扩散趋于均匀分布后缓冷；
步骤九：之后将混合物进行压制，压制之后的混合物导入到成型设备中进行成型，然后对铸件抛丸20-25分钟，去除铸件表面的氧化皮、砂粒、涂料壳。
3.根据权利要求2所述的一种抗氧化高温耐磨不锈钢合金材料，其特征在于：所述合金材料的退火工艺如下：
一、完全退火
目的细化晶粒，均匀组织，消除内应力和加工缺陷，降低硬度，改善切削加工性能和冷塑性变形能力，用以细化中、低碳钢经铸造、锻压和焊接后出现的力学性能不佳的粗大过热组织。将工件加热到铁素体全部转变为奥氏体的温度以上30到50℃，保温一段时间，然后随炉缓慢冷却，在冷却过程中奥氏体再次发生转变，即可使钢的组织变细。
二、折叠球化退火
用以降低工具钢和轴承钢锻压后的偏高硬度。将工件加热到钢开始形成奥氏体的温度以上20到40℃，保温后缓慢冷却，在冷却过程中珠光体中的片层状渗碳体变为球状，从而降低了硬度。
三、折叠等温退火
用以降低某些镍、铬含量较高的合金结构钢的高硬度，以进行切削加工。一般先以较快速度冷却到奥氏体最不稳定的温度，保温适当时间，奥氏体转变为托氏体或索氏体，硬度即可降低，再结晶退火用以消除金属线材、薄板在冷拔、冷轧过程中的硬化现象，硬度升高、塑性下降。加热温度一般为钢开始形成奥氏体的温度以下50到150℃，只有这样才能消除加工硬化效应使金属软化。
四、折叠石墨退火
用以使含有大量渗碳体的铸铁变成塑性良好的可锻铸铁。工艺操作是将铸件加热到950℃左右，保温一定时间后适当冷却，使渗碳体分解形成团絮状石墨。
五、折叠扩散退火
用以使合金铸件化学成分均匀化，提高其使用性能。方法是在不发生熔化的前提下，将铸件加热到尽可能高的温度，并长时间保温，待合金中各种元素扩散趋于均匀分布后缓冷。
六、折叠去应力退火
用以消除钢铁铸件和焊接件的内应力。对于钢铁制品加热后开始形成奥氏体的温度以下100到200℃，保温后在空气中冷却，即可消除内应力。
七、折叠不完全退火
加热温度在Ac1到Accm之间，冷却速度在500到600℃以上时，碳钢是100到200℃/h，合金钢是50到100℃/h，高合金钢是20到60℃/h，主要用于过共析钢。
八、折叠焊后退火
退火装备选用纯Fe作填充金属对YG30硬质合金与45钢进行TIG焊试验。利用扫描电镜对退火前后的YG30焊缝界面区的组织形貌进行分析，工业纯Fe作填充金属，在1050℃退火后，焊态的η相不变；在1150℃退火后，开始产生新η相；η相随退火温度升高和保温时间延长而增加。退火时新η相成核于WC-γ相界，吞并WC晶粒而长大，分布在WC颗粒的边界。
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