一種碳化物沉淀硬化型奧氏體鋼/球形石墨復合材料型材及其制備方法技術

本發明專利技術公開了一種碳化物沉淀硬化型奧氏體鋼/球形石墨復合材料型材及其制備方法，涉及鋼/石墨復合材料技術領域。本發明專利技術所述型材組織由奧氏體基體、石墨球和彌散分布于奧氏體基體的碳化物組成；所述奧氏體基體中包含少量難以避免的馬氏體；所述石墨球的體積占型材總體積的8～12％；所述石墨球的直徑為10um～40um

【技術實現步驟摘要】
一種碳化物沉淀硬化型奧氏體鋼/球形石墨復合材料型材及其制備方法


[0001]本專利技術屬于鋼/石墨復合材料
，具體涉及一種碳化物沉淀硬化型奧氏體鋼/球形石墨復合材料型材及其制備方法。

技術介紹

[0002]奧氏體鋼是正火后具有奧氏體組織的鋼，鋼中加入的合金元素(Ni、Mn、N、Cr等)能將使正火后的金屬具有穩定的奧氏體組織，奧氏體鋼具有良好的韌性和高溫力學性能，但是強度和硬度偏低，耐磨和抗磨性能較差。
[0003]鋼
?
石墨復合材料一般采用凝固自生的方法制造。含C量高的鐵水在凝固過程中，通過成分的設計(如在鐵水中添加合金元素Si等)和凝固工藝參數(如冷卻速度等)的控制，可以在鐵水凝固過程中自生出石墨，獲得的石墨細小、分布均勻。
[0004]鋼的高硬度、高強度和優異的耐磨性，尤其是高溫下的高硬度、高強度和優異的耐磨性一般是通過高穩定性的碳化物和金屬間化合物的沉淀析出來實現的。其中金屬間化合物沉淀強化適用于C含量很低的高合金鋼，因自生奧氏體鋼/石墨復合材料存在大量的C(石墨)，故應用高強度、高硬度的金屬間化合物使得奧氏體鋼/石墨復合材料獲得高硬度、高強度和優異的耐磨性在理論上是不可行的。而采用高穩定性的碳化物，如Cr、Mo、W、V等的碳化物實現奧氏體的強化時，由于碳化物形成元素一般為白口元素，故凝固和冷卻過程中極易在金屬基體中形成粗大的一次和二次碳化物，不利于鐵水凝固過程中石墨的形成，從而影響奧氏體鋼/石墨復合材料的形成；同時，亦極大的降低復合材料的韌性和耐磨性。因此，如何防止和消除型材中出現粗大的一次碳化物以及粗大的二次碳化物，實現各種碳化物在奧氏體基體中均勻彌散分布，以提高奧氏體鋼的硬度和強度，就成為自生制備自潤滑、良好韌性、高硬度、高強度和優異的耐磨性奧氏體鋼/石墨復合材料的關鍵。

技術實現思路

[0005]有鑒于此，本專利技術提供了一種碳化物沉淀硬化型奧氏體鋼/球形石墨復合材料型材及其制備方法，本專利技術所述型材具有良好自潤滑與韌性、高硬度、高強度和優異的耐磨性。
[0006]為了實現上述目的，本專利技術提供以下技術方案：一種碳化物沉淀硬化型奧氏體鋼/球形石墨復合材料型材，所述型材組織由奧氏體基體、石墨球和彌散分布于奧氏體基體的碳化物組成；所述奧氏體基體中包含少量難以避免的馬氏體；所述石墨球的體積占型材總體積的8～12％；所述石墨球的直徑為10um～40um。
[0007]優選的，所述型材的組成成分按質量百分比計為：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、其余為Fe和不可避免的雜質。
[0008]本專利技術還提供所述碳化物沉淀硬化型奧氏體鋼/球形石墨復合材料型材的制備方
法，包括以下步驟：
[0009](1)配料：稱取廢鋼、鎳板、硅鐵、鉻鐵、鉬鐵、釩鐵、錳鐵、孕育劑、球化劑、面包鐵或高爐鐵水；
[0010](2)熔煉：將步驟(1)稱取的廢鋼、鎳板、硅鐵、鉻鐵、鉬鐵、釩鐵、錳鐵、面包鐵或高爐鐵水熔煉成鐵水；
[0011](3)成型：將步驟(2)得到的鐵水加入孕育劑和球化劑進行喂絲孕育和球化處理，采用水平連鑄工藝鑄造成鑄坯；
[0012](4)鑄坯退火：將連鑄成型的鑄坯進行退火；
[0013](5)均勻化和固溶處理：將退火后的鑄坯進行成分均勻化和固溶處理；
[0014](6)時效處理：將固溶處理后的型材進行時效處理即得碳化物沉淀硬化型奧氏體鋼/球形石墨復合材料型材。
[0015]優選的，步驟(2)所述熔煉溫度為1530℃～1560℃，熔煉時間為5～10min。
[0016]優選的，步驟(3)所述鑄坯中石墨球的體積占型材總體積的8～12％。
[0017]優選的，步驟(4)所述退火時升溫速度為500～550℃/h，退火溫度為500～550℃，退火保溫時間為4～8h，退火保溫結束后的冷卻方式為爐冷至200～250℃后出爐空冷。
[0018]優選的，步驟(4)所述退火應在步驟(3)中水平連鑄成型后30min內進行。
[0019]優選的，步驟(5)所述均勻化和固溶處理升溫速度為300～400℃/h，處理溫度為1050～1100℃，保溫時間為12～14h，保溫結束后的冷卻方式為直接出爐水冷。
[0020]優選的，步驟(5)所述均勻化和固溶處理后型材組織為高碳奧氏體和球形石墨，且合金元素Ni、Cr、Mo、Mn、Si和V均固溶于奧氏體基體。
[0021]優選的，步驟(6)所述時效處理溫度為550～600℃，時效時間為1～3h，時效后的冷卻方式為直接出爐空冷；所述時效次數為2～4次。
[0022]與現有技術相比，本專利技術具有以下有益效果：
[0023]本專利技術提供了一種碳化物沉淀硬化型奧氏體鋼/球形石墨復合材料型材及其制備方法。本專利技術通過材料成分的設計、凝固工藝的調節、以及熱處理工藝的適當配合，獲得了無粗大一次碳化物和粗大二次碳化物，且碳化物在材料中均勻、彌散沉淀析出的復合材料型材，材料的硬度大于HRC58。本專利技術所述型材因其存在大量的能提供自潤滑性能的球形石墨和大于HRC58的硬度，故具有良好自潤滑與韌性、高硬度、高強度和優異的耐磨性，解決了奧氏體鋼/石墨復合材料目前難以獲得高硬度和高耐磨性的難題。
附圖說明
[0024]圖1為碳化物沉淀硬化型奧氏體鋼/球形石墨復合材料的金相圖。
具體實施方式
[0025]現詳細說明本專利技術的多種示例性實施方式，該詳細說明不應認為是對本專利技術的限制，而應理解為是對本專利技術的某些方面、特性和實施方案的更詳細的描述。
[0026]本專利技術提供了一種碳化物沉淀硬化型奧氏體鋼/球形石墨復合材料型材，所述型材組織由奧氏體基體、石墨球和彌散分布于奧氏體基體的碳化物組成；所述奧氏體基體中包含少量難以避免的馬氏體；所述石墨球的體積占型材總體積的8～12％；所述石墨球的直
徑為10um～40um。
[0027]在本專利技術中，所述型材的組成成分按質量百分比計優選為：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、其余為Fe和不可避免的雜質。
[0028]本專利技術還提供所述碳化物沉淀硬化型奧氏體鋼/球形石墨復合材料型材的制備方法，包括以下步驟：
[0029](1)配料：稱取廢鋼、鎳板、硅鐵、鉻鐵、鉬鐵、釩鐵、錳鐵、孕育劑、球化劑、面包鐵或高爐鐵水；
[0030](2)熔煉：將步驟(1)稱取的廢鋼、鎳板、硅鐵、鉻鐵、鉬鐵、釩鐵、錳鐵、面包鐵或高爐鐵水熔煉成鐵水；
[0031](3)成型：將步驟(2)得到的鐵水加本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種碳化物沉淀硬化型奧氏體鋼/球形石墨復合材料型材，其特征在于，所述型材組織由奧氏體基體、石墨球和彌散分布于奧氏體基體的碳化物組成；所述奧氏體基體中包含少量難以避免的馬氏體；所述石墨球的體積占型材總體積的8～12％；所述石墨球的直徑為10um～40um。2.根據權利要求1所述的型材，其特征在于，所述型材的組成成分按質量百分比計為：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、其余為Fe和不可避免的雜質。3.權利要求1或2所述的碳化物沉淀硬化型奧氏體鋼/球形石墨復合材料型材的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)配料：稱取廢鋼、鎳板、硅鐵、鉻鐵、鉬鐵、釩鐵、錳鐵、孕育劑、球化劑、面包鐵或高爐鐵水；(2)熔煉：將步驟(1)稱取的廢鋼、鎳板、硅鐵、鉻鐵、鉬鐵、釩鐵、錳鐵、面包鐵或高爐鐵水熔煉成鐵水；(3)成型：將步驟(2)得到的鐵水加入孕育劑和球化劑進行喂絲孕育和球化處理，采用水平連鑄工藝鑄造成鑄坯；(4)鑄坯退火：將連鑄成型的鑄坯進行退火；(5)均勻化和固溶處理：將退火后的鑄坯進行成分均勻化和固溶處理；(6)時效處理：將固溶處理后的型材進行時效處理即得碳化物沉淀硬化型奧氏...

【專利技術屬性】
技術研發人員：蔣百鈴，顏國君，王子逾，喬泳彭，劉保建，呂林，
申請(專利權)人：西安共晶金屬科技有限公司，
類型：發明
國別省市：