一种耐磨抗冲击金属材料及其成型方法 |
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| 申请号 | CN202210039982.X | 申请日 | 2022-01-14 | 公开(公告)号 | CN114438410A | 公开(公告)日 | 2022-05-06 |
| 申请人 | 赣州市福牛金属制品有限公司; | 发明人 | 林雄; 周卿飞; 林灼金; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种耐磨抗冲击金属材料及其成型方法，涉及金属材料生产制造技术领域。该一种耐磨抗冲击金属材料及其成型方法，包括C：0.45～2.82％、N：0.10～0.35％、Mn：0.1～0.35％、Cr：21～25％、P：0.02～0.05％、S：0.01～0.05％、Si：0.5～0.7％等原料。通过采用分段加热熔炼模式，可以更好的制备出金属模坯，提高金属材料的抗冲击下，选用合适的工艺 温度 和操作时间，可以使得制备出来的金属材料的品质好，并且生产效率高，操作方便，通过采用分段回火可以有效减少或消除金属材料中的内应 力 ，提高金属的韧性和提高其耐冲击性，同时通过精准的 温度控制 可以避免其金属材料在回火过程中出现裂痕，保证金属材料的成品 质量 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种耐磨抗冲击金属材料，其特征在于：包括以下原料的重量百分比组成：C：0.45～ |
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| 说明书全文 | 一种耐磨抗冲击金属材料及其成型方法技术领域[0001] 本发明涉及金属材料生产制造技术领域，具体为一种耐磨抗冲击金属材料及其成型方法。 背景技术[0002] 金属材料包括纯金属、合金、金属材料金属间化合物和特种金属材料等，金属材料的应用范围极为广泛，在汽车的制造业中所用的金属材料非常多。汽车作为一种便利的交通工具，在给人类带来巨大方便的同时，也引起了一些安全隐患，如撞车等交通事故，人们在选择汽车的时候往往会把安全性放在重要位置，这就要求我们在汽车制造过程中要不断提高金属材料的强度和抗冲击性能。合金是由两种或两种以上的金属与金属或非金属，通过一定方法实现合金化工艺而形成的具有金属特性的物质。合金虽包括两种或多种金属材料，合金的物理性质可能会与合金的组成元素有类似之处，但合金的抗拉强度和抗剪强度等却通常与组成元素的性质有很大的不同，这主要是由于合金与单质金属的原子排列有很大差异。对金属性能产生影响的因素主要来自两方面，一方面是金属元素的组成，另一方面是金属的加工工艺，这就要求我们在生产制造中要选择合适的元素组成及不断优化加工工艺。 [0003] 中国专利CN104250714A公开了一种低密度抗冲击金属材料，包括以下组分：C、Si、Mn、S、P、Cr、Ni、Cu、Co、Fe，余量为Cu。该专利的低密度抗冲击金属材料添加有少量的Ni、Cu、Co和Fe，使得金属材料本身的密度进一步地降低，保证了金属材料的品质，采用一次铸造成型，不需要淬火或氮化，提高了抗磨能力和抗冲击能力，但是该专利制造的抗冲击材料的抗冲击性能不佳，中国专利CN104862590A公开了一种抗冲击的复合金属材料及其制备方法，抗冲击复合金属材料由以下成分组成：Ti、Co、Ag、Al、Sn、Ca、In，其余为Fe，制备方法包括如下步骤：(1)按重量取上述原料；(2)将上述的各金属原料投入真空高温熔炼炉中，熔炼为复合金属锭；(3)将步骤(2)的复合金属锭降温，保温；(4)保温后将复合金属锭退火，冷却至室温后制备地抗冲击的复合金属锭。该专利通过对升温速率、退火速率、熔炼温度、保温温度的改良，以及合金材料其他金属的改变，提高了材料的抗冲击性能，但是该专利制备的耐磨性能不够，因此，急需一种抗冲击性好，耐磨性能强，制备方法简单的金属材料及其成型方法。 发明内容[0004] (一)解决的技术问题 [0005] 针对现有技术的不足，本发明提供了一种耐磨抗冲击金属材料及其成型方法，解决了金属材料在生产加工过程中其成品抗冲击性能不佳、耐磨性能较差的问题。 [0006] (二)技术方案 [0007] 为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种耐磨抗冲击金属材料，包括以下原料的重量百分比组成：C：0.45～2.82％、N：0.10～0.35％、Mn：0.1～0.35％、Cr：21～25％、P：0.02～0.05％、S：0.01～0.05％、Si：0.5～0.7％、Al：0.15～0.25％、B：0.10～ 0.26％、V：0.32～0.48％、Mo：0.18～0.25％、W：0.25～0.9％、Nb：0.02～0.12％、Co： 0.068％～0.125％Co、Sn：0.032％～0.068％、Ti：1.6％～2.4％，余量为Fe。 [0008] 优选的，所述Mn和Cr的重量比为0.1～0.35％：21～25％，所述Al、B、V、和Mo的重量比为0.15～0.25％：0.10～0.26％：0.32～0.48％：Mo：0.18～0.25％，所述Co和Sn的重量比为：1：2。 [0009] 优选的，所述W和Nb的重量比满足函数关系式：Nw＝6.4×Nnb+0.124，其中Nw为W元素在原料中所占百分比，Nnb为NB元素在原料中所占百分比。 [0010] 优选的，包括以下原料的重量百分比组成：C：0.52～2.82％、N：0.13～0.35％、Mn：0.23～0.35％、Cr：18～25％、P：0.02～0.05％、S：0.01～0.05％、Si：0.5～0.7％、Al：0.15～0.25％、B：0.15～0.26％、V：0.33～0.48％、Mo：0.15～0.25％、W：0.31～0.95％、Nb：0.03～0.13％、Co：0.068％～0.125％Co、Sn：0.032％～0.068％、Ti：1.6％～2.4％，余量为Fe。 [0011] 优选的，一种耐磨抗冲击金属材料的成型方法，包括以下步骤： [0012] S1、按所述重量比称取制备金属的原料，然后将所述重量比的原料放入真空高温熔炼炉内进行熔炼，采取分段加热熔炼的方式使金属熔化，对所得的金属溶液进行浇筑成型，得到金属模坯； [0013] S2、将S1步骤中制得的金属模坯放入回火炉内进行回火处理，回火炉采用分段升温的方式进行回火，然后将回火后的金属模坯进行淬火处理，淬火处理后的复合金属经打磨抛光得到成品金属材料。 [0014] 优选的，所述S1步骤中，所述分段加热熔炼的具体操作方法为：首先升温至650℃～700℃，保温20min～30min，接着升温至900℃～1200℃，保温120min～40min，继续升温至1200℃～1400℃，保温25min～30min，最后升温至1600℃～1650℃，保温1小时～1.5小时，所述升温的速率为30℃/min～50℃/min。 [0015] 优选的，所述S2步骤中，所述回火处理的具体操作方式为：首先回火炉内一次升温至442‑485℃，保温1.5‑2.0小时；二次升温至556‑620℃，保温1.5‑2.5小时；三次升温至753‑815℃，保温2.5‑3.5小时；四次升温至920‑1000℃，保温1.0‑2.5小时；五次升温至 1035‑1146℃，保温0.5‑1.0小时。 [0016] 优选的，所述S2步骤中，所述淬火的淬火处理的具体操作步骤为：首先将回火的金属材料放入亚硝酸盐溶液中进行淬火，淬火温度在270‑290℃范围内，淬火时间为0.3‑0.5小时。 [0017] (三)有益效果 [0018] 本发明提供了一种耐磨抗冲击金属材料及其成型方法。具备以下有益效果： [0019] 1、本发明通过控制Mn和Cr的重量比、B、V和Mo的重量比以及W和Nb的重量比的函数关系，使得金属材料的原料重量比更加优化，同时Mn和Cr在比例之下相互协同作用，不仅可提高淬透性，强度、硬度和抗冲性能，还能提高抗氧化性和耐腐蚀性，W和NB在函数关系的比例之下相互协同作用，既可以细化晶粒，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力，提高机械性能；还可以抑制合金由于淬火而引起的脆性使得加工能力得到提升，同时金属材料层添加少量的C、Mn、Cr、Cu原料，使得金属材料的机械性能和可塑性有了很大提高，从而提高了金属材料的强度和耐磨性大大提高。 [0020] 2、本发明通过采用分段加热熔炼模式，可以更好的制备出金属模坯，提高金属材料的抗冲击下，选用合适的工艺温度和操作时间，可以使得制备出来的金属材料的品质好，并且生产效率高，操作方便，通过采用分段回火可以有效减少或消除金属材料中的内应力，提高金属的韧性和提高其耐冲击性，同时通过精准的温度控制可以避免其金属材料在回火过程中出现裂痕，保证金属材料的成品质量。 具体实施方式[0021] 下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0022] 实施例一： [0023] 本发明实施例提供一种耐磨抗冲击金属材料，包括以下原料的重量百分比组成：C：0.45～2.82％、N：0.10～0.35％、Mn：0.1～0.35％、Cr：21～25％、P：0.02～0.05％、S： 0.01～0.05％、Si：0.5～0.7％、Al：0.15～0.25％、B：0.10～0.26％、V：0.32～0.48％、Mo： 0.18～0.25％、W：0.25～0.9％、Nb：0.02～0.12％、Co：0.068％～0.125％Co、Sn：0.032％～ 0.068％、Ti：1.6％～2.4％，余量为Fe。 [0024] Mn和Cr的重量比为0.1～0.35％：21～25％，Al、B、V、和Mo的重量比为0.15～0.25％：0.10～0.26％：0.32～0.48％：Mo：0.18～0.25％，Co和Sn的重量比为：1：2。 [0025] W和Nb的重量比满足函数关系式：Nw＝6.4×Nnb+0.124，其中Nw为W元素在原料中所占百分比，Nnb为NB元素在原料中所占百分比，通过控制Mn和Cr的重量比、B、V和Mo的重量比以及W和Nb的重量比的函数关系，使得金属材料的原料重量比更加优化，同时Mn和Cr在比例之下相互协同作用，不仅可提高淬透性，强度、硬度和抗冲性能，还能提高抗氧化性和耐腐蚀性，W和NB在函数关系的比例之下相互协同作用，既可以细化晶粒，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力，提高机械性能；还可以抑制合金由于淬火而引起的脆性使得加工能力得到提升，同时金属材料层添加少量的C、Mn、Cr、Cu原料，使得金属材料的机械性能和可塑性有了很大提高，从而提高了金属材料的强度和耐磨性大大提高。 [0026] 一种耐磨抗冲击金属材料的成型方法，包括以下步骤： [0027] S1、按重量比称取制备金属的原料，然后将重量比的原料放入真空高温熔炼炉内进行熔炼，采取分段加热熔炼的方式使金属熔化，对所得的金属溶液进行浇筑成型，得到金属模坯； [0028] S2、将S1步骤中制得的金属模坯放入回火炉内进行回火处理，回火炉采用分段升温的方式进行回火，然后将回火后的金属模坯进行淬火处理，淬火处理后的复合金属经打磨抛光得到成品金属材料。 [0029] S1步骤中，分段加热熔炼的具体操作方法为：首先升温至650℃～700℃，保温20min～30min，接着升温至900℃～1200℃，保温120min～40min，继续升温至1200℃～1400℃，保温25min～30min，最后升温至1600℃～1650℃，保温1小时～1.5小时，升温的速率为 30℃/min～50℃/min，采用分段加热熔炼模式，可以更好的制备出金属模坯，提高金属材料的抗冲击下，选用合适的工艺温度和操作时间，可以使得制备出来的金属材料的品质好，并且生产效率高，操作方便。 [0030] S2步骤中，回火处理的具体操作方式为：首先回火炉内一次升温至442‑485℃，保温1.5‑2.0小时；二次升温至556‑620℃，保温1.5‑2.5小时；三次升温至753‑815℃，保温2.5‑3.5小时；四次升温至920‑1000℃，保温1.0‑2.5小时；五次升温至1035‑1146℃，保温 0.5‑1.0小时，通过分段回火可以有效减少或消除金属材料中的内应力，提高金属的韧性和提高其耐冲击性，同时通过精准的温度控制可以避免其金属材料在回火过程中出现裂痕，保证金属材料的成品质量。 [0031] S2步骤中，淬火的淬火处理的具体操作步骤为：首先将回火的金属材料放入亚硝酸盐溶液中进行淬火，淬火温度在270‑290℃范围内，淬火时间为0.3‑0.5小时，通过淬火和回火可以使金属材料的强度、韧性及疲劳强度大大提高，并可获得这些性能之间综合机械性能以满足不同的使用要求。 [0032] 实施例二： [0033] 本发明实施例提供一种耐磨抗冲击金属材料，包括以下原料的重量百分比组成：C：0.52～2.82％、N：0.13～0.35％、Mn：0.23～0.35％、Cr：18～25％、P：0.02～0.05％、S： 0.01～0.05％、Si：0.5～0.7％、Al：0.15～0.25％、B：0.15～0.26％、V：0.33～0.48％、Mo： 0.15～0.25％、W：0.31～0.95％、Nb：0.03～0.13％、Co：0.068％～0.125％Co、Sn：0.032％～0.068％、Ti：1.6％～2.4％，余量为Fe。 [0034] Mn和Cr的重量比为0.23～0.35％：18～25％，Al、B、V、和Mo的重量比为0.15～0.25％：0.15～0.26％：0.33～0.48％：Mo：0.15～0.25％，Co和Sn的重量比为：1：2。 [0035] W和Nb的重量比满足函数关系式：Nw＝6.4×Nnb+0.124，其中Nw为W元素在原料中所占百分比，Nnb为NB元素在原料中所占百分比，通过控制Mn和Cr的重量比、B、V和Mo的重量比以及W和Nb的重量比的函数关系，使得金属材料的原料重量比更加优化，同时Mn和Cr在比例之下相互协同作用，不仅可提高淬透性，强度、硬度和抗冲性能，还能提高抗氧化性和耐腐蚀性，W和NB在函数关系的比例之下相互协同作用，既可以细化晶粒，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力，提高机械性能；还可以抑制合金由于淬火而引起的脆性使得加工能力得到提升，同时金属材料层添加少量的C、Mn、Cr、Cu原料，使得金属材料的机械性能和可塑性有了很大提高，从而提高了金属材料的强度和耐磨性大大提高。 [0036] 一种耐磨抗冲击金属材料的成型方法，包括以下步骤： [0037] S1、按重量比称取制备金属的原料，然后将重量比的原料放入真空高温熔炼炉内进行熔炼，采取分段加热熔炼的方式使金属熔化，对所得的金属溶液进行浇筑成型，得到金属模坯； [0038] S2、将S1步骤中制得的金属模坯放入回火炉内进行回火处理，回火炉采用分段升温的方式进行回火，然后将回火后的金属模坯进行淬火处理，淬火处理后的复合金属经打磨抛光得到成品金属材料。 [0039] S1步骤中，分段加热熔炼的具体操作方法为：首先升温至650℃～700℃，保温20min～30min，接着升温至900℃～1200℃，保温120min～40min，继续升温至1200℃～1400℃，保温25min～30min，最后升温至1600℃～1650℃，保温1小时～1.5小时，升温的速率为 30℃/min～50℃/min，采用分段加热熔炼模式，可以更好的制备出金属模坯，提高金属材料的抗冲击下，选用合适的工艺温度和操作时间，可以使得制备出来的金属材料的品质好，并且生产效率高，操作方便。 [0040] S2步骤中，回火处理的具体操作方式为：首先回火炉内一次升温至442‑485℃，保温1.5‑2.0小时；二次升温至556‑620℃，保温1.5‑2.5小时；三次升温至753‑815℃，保温2.5‑3.5小时；四次升温至920‑1000℃，保温1.0‑2.5小时；五次升温至1035‑1146℃，保温 0.5‑1.0小时，通过采用分段回火可以有效减少或消除金属材料中的内应力，提高金属的韧性和提高其耐冲击性，同时通过精准的温度控制可以避免其金属材料在回火过程中出现裂痕，保证金属材料的成品质量。 [0041] S2步骤中，淬火的淬火处理的具体操作步骤为：首先将回火的金属材料放入亚硝酸盐溶液中进行淬火，淬火温度在270‑290℃范围内，淬火时间为0.3‑0.5小时。 |
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