CN101994069B

CN101994069B - 镁合金熔体定量输送系统用热作合金钢

Info

Publication number: CN101994069B
Application number: CN2010105817326A
Authority: CN
Inventors: 崔晓鹏
Original assignee: Changchun University of Technology
Current assignee: Changchun University of Technology
Priority date: 2010-12-10
Filing date: 2010-12-10
Publication date: 2012-06-27
Anticipated expiration: 2030-12-10
Also published as: CN101994069A

Abstract

本发明涉及一种镁合金熔体定量输送系统用新型热作合金钢，其特征在于合金按重量百分比由以下成分组成：碳、锰、硅、铬、钼、钴、钨、铝、氮、稀土，余量为铁，C：0.18-0.30％、Mn：0.2-1.0％、Si：0.3-1.0％、Cr：10.0-18.0％、Mo：6.0-8.5％、Co：9.0-11.0％、W：3.0-5.0％、Al：0.8-1.5％、RE：0.5-0.6％、N：3-5ppm、P：0.03-0.10％、S：0.03-0.10％，其余为Fe和不可避免的微量杂质。其通过稀土、铝、氮等元素的微合金化，显著改善了材料的高温强度、耐磨性、耐高温腐蚀性能，其生产可以采用工频感应炉在空气中进行熔炼，用于制造镁合金熔体定量输送系统用零部件，如镁合金热室机的料壶，镁合金自动浇注炉用的泵筒和叶片等。

Description

镁合金熔体定量输送系统用热作合金钢

技术领域

本发明涉及一种镁合金熔体定量输送系统用新型热作合金钢，主要用于制造镁合金熔体定量输送系统用零部件

背景技术

在镁合金热室压铸机中，压射装置(俗称打料部分)是其关键部件，也是易损部件。该部件长时间浸泡在680-700℃的镁熔体中，依靠锤头在料壶中往复运动将镁合金液吸入压室并压射到压铸模中。特殊的工作环境对材料的耐磨性、热稳定性和耐蚀性提出了很高的要求。

目前世界各国主要选用德国研制的一种能满足工作条件的热作模具钢，成分为高钴和高Cr合金钢。然而由于该合金钢的合金元素含量较高，对熔炼要求较高，在国外为高频真空感应熔炼，合金的熔炼成本相当高，而且由于镁合金热室机用的料壶重量较大，一般在200-300kg之间(包括浇注系统和冒口)，国内能够满足这样浇注重量的真空熔炼设备较少。目前国内镁合金行业正在蓬勃发展，镁合金定量给液部件用热作材料目前均依靠进口；同时，由于以上配套部件均为易耗件，导致相关设备使用厂家的后期维护费用高昂。尽快开展镁合金用热作件材料的研究，促进镁合金压铸机用热作钢的国产化，可为国内的镁合金压铸设备及其设备使用厂家提供合格的、低成本的配套热作件，对于我国压铸镁合金业的发展具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镁合金熔体定量输送系统用新型热作合金钢，其可用于制造制备镁合金过程中的工具和零部件，如镁合金热室机的料壶，镁合金自动浇注炉用的泵筒和叶片；并可以采用工频感应炉在空气中进行熔炼。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：镁合金熔体定量输送系统用新型热作合金钢，其特征在于合金按重量百分比由以下成分组成：碳、锰、硅、铬、钼、钴、钨、铝、氮、稀土，余量为铁，

C：0.18-0.30％ Mn：0.2-1.0％

Si：0.3-1.0％ Cr：10.0-18.0％

Mo：6.0-8.5％ Co：9.0-11.0％

W：3.0-5.0％ Al：0.8-1.5％

RE：0.5-0.6％ N：3-5ppm

P：0.03-0.10％ S：0.03-0.10％

其余为Fe和不可避免的微量杂质。

所述的耐热耐磨合金钢材料成分中的RE为镧镨铈混合稀土，其中含量为(30％La-55％Ce-15％Pr)。

所述的耐热耐磨合金钢材料成分中的N为熔炼过程中采用中氮铬铁带入熔体中。

本发明的积极效果是通过稀土、铝、氮等元素的微合金化，显著改善了材料的高温强度、耐磨性、耐高温腐蚀性能，其生产可以采用工频感应炉在空气中进行熔炼，耐热耐磨合金钢合金元素化学成分的设计及含量范围的设定依据如下：

(1)碳(C)：固溶强化和析出强化是高温热作钢的主要强化途径。为了获得较好的高温强度，耐热钢中通常添加大量的钴、铬、钨、钼等合金元素，因为这些元素可以固溶在基体中，使晶格产生畸变，所形成的弹性应变场对位错运动有阻碍作用，即产生固溶强化作用；它们还可以形成碳化物或金属间化合物等析出相颗粒，这些颗粒相成为位错运动的固定障碍物，即产生析出强化作用。碳的加入主要是与这些合金元素形成碳化物，在高温使用条件下形成析出相，从而提高热作钢的高温使用强度和稳定性能，根据所添加合金元素的数量和种类，本发明将含碳量控制在0.18-0.30％。

(2)锰(Mn)：锰具有固溶强化的作用，可分别溶于基体组织及碳化物内，既可强化基体，又可增加碳化物的弥散度和稳定性，对提高合金钢的耐磨性有良好作用。因此，在合金钢中可加入适当锰，本发明中将含量控制在0.21.0％。

(3)硅(Si)：可使合金钢的抗氧化性能提高。一方面，在高温下，可在合金钢表面形成一层SiO₂薄膜，降低合金钢的氧化倾向；另一方面，与铬元素一起，可形成硅酸层或硅酸铁层，显著提高合金钢的抗高温氧化、硫化性能。但过高的硅含量，将降低韧性、增加脆性。本发明将硅含量控制在0.3-1.0％。

(4)铬(Cr)：铬是影响合金钢抗氧化性能和耐磨性能的主要元素，可与碳形成显微硬度较高的Cr₇C₃型或者Cr₂₃C₆型碳化物。此外，铬还可在合金钢表面形成一层致密的Cr₂O₃氧化膜，起到钝化作用，可增强合金钢的抗腐蚀性能和抗高温氧化的性能。本发明将铬含量控制在10.0-18.0％。

(5)钼(Mo)：钼的主要作用是使组织均匀、细化，提高合金钢的热强性和耐磨性。当含钼量低于1％时，合金钢的耐热耐磨性不能满足要求；但含钼量较高时，将使合金钢的成本提高，因此，含钼量选择在6.0-8.5％。

(6)钴(Co)：钴的主要作用是提高合金钢的热稳定性，是提高合金钢高温稳定性的关键性元素。在热作钢中钴的主要作用是固溶于铁素体基体中，增强α-Fe基体的原子间结合力，本发明中将钴含量设定为9.0-11.0％。

(7)钨(W)：钨的作用主要是提高合金钢的热稳定性，本发明中将钨含量设定为3.0-5.0％。

(8)铝(Al)：铝的作用有两个方面，一个方面是在熔炼的后阶段用于脱氧，另一个作用是和Co一起固溶于铁素体基体中，提高α-Fe基体的稳定性能，从而提高合金的热稳定性能，本发明中将钴含量设定为0.8-1.5％。

(9)稀土(RE)：稀土在热作钢的熔炼过程中主要是起到去除夹杂和净化晶界的作用，可以显著提高合金的熔炼质量，本发明中将钴含量设定为0.5-0.6％。

(10)氮(N)：氮是提高在空气中熔炼合金质量的关键元素，本发明中氮是采用中氮铬铁的方式带入熔体中的，本发明将氮含量设定为5ppm。

(11)磷(P)和硫(S)：磷和硫是随炉料或在合金化过程中混入的，是有害元素，应尽可能降低其含量，本发明将其含量控制在0.03-0.10％。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的描述：

实施例1：

一种用于制备镁合金料壶的耐热合金，其化学成分(重量百分比)为：

C：0.21％，Mn：0.55％，Si：0.8％，Cr：16％，Mo：6.3％，Co：10.9％，W：3.0％，Al：1％；RE：0.5％；N：5ppm；P：0.10％，S：0.10％，其余为Fe和不可避免的微量杂质，采用工频感应炉在空气中熔炼。

合金使用原料为：纯铁，锰铁(含锰75％)，硅铁，中氮铬铁，钼铁，钴板，钨铁，铝板，镧镨铈混合稀土，含量为(30％La-55％Ce-15％Pr)；N为熔炼过程中采用中氮铬铁带入熔体中。

合金熔炼顺序为：首先加入纯铁开始熔炼，待熔化时依次加入锰铁(含锰75％)，硅铁，中氮铬铁，钼铁和钨铁，最后加入钴板；合金静止并保温，用覆盖剂覆盖合金熔体表面，检测合金成分并调整合金成分，最后加入铝和稀土，然后出炉浇注，浇注温度1700℃。

经热处理后上述合金的力学性能为：HRC＞＝45，a_k＞＝25J/cm²

高温机械性能：600℃时，σ_b＞＝700MPa，σ_0.2＞＝500MPa，δ＞＝20％， ψ＞＝60％；700℃时，σ_b＞＝480MPa，σ_0.2＞＝350MPa，δ＞＝20％，ψ＞＝70％。

实施例2：

一种用于制备镁合金自动浇注炉用的泵筒，其化学成分(重量百分比)为：C：0.18％，Mn：0.2％，Si：0.3％，Cr：10.0％，Mo：6.0％，Co：9.0％，W：4.0％，Al：0.8％；RE：0.55％；N：3ppm；P：0.06％，S：0.07％，其余为Fe和不可避免的微量杂质，采用工频感应炉在空气中熔炼。

经热处理后上述合金的力学性能为：HRC＞＝45，a_k＞＝25J/cm²

高温机械性能：600℃时，σ_b＞＝700MPa，σ_0.2＞＝500MPa，δ＞＝20％，ψ＞＝60％；700℃时，σ_b＞＝480MPa，σ_0.2＞＝350MPa，δ＞＝20％，ψ＞＝70％。

实施例3：

镁合金自动浇注炉用的叶片，其化学成分(重量百分比)为：

C：0.30％，Mn：1.0％，Si：1.0％，Cr：18.0％，Mo：8.5％，Co：11.0％，W：5.0％，Al：1.5％；RE：0.6％；N：4ppm；P：0.03，S：0.04％，其余为Fe和不可避免的微量杂质，采用工频感应炉在空气中熔炼。

经热处理后上述合金的力学性能为：HRC＞＝45，a_k＞＝25J/cm²

本发明的工艺流程为：配料-熔炼-调整成分-加铝和稀土-出炉-浇注。

Claims

1.镁合金熔体定量输送系统用热作合金钢，其特征在于合金按重量百分比由以下成分组成：碳、锰、硅、铬、钼、钴、钨、铝、氮、稀土，余量为铁，C：0.18-0.30％、Mn：0.2-1.0％、Si：0.3-1.0％、Cr：10.0-18.0％、Mo：6.0-8.5％、Co：9.0-11.0％、W：3.0-5.0％、Al：0.8-1.5％、RE：0.5-0.6％、N：3-5ppm、P：0.03-0.10％、S：0.03-0.10％，其余为Fe和不可避免的微量杂质。

2.根据权利要求1所述的镁合金熔体定量输送系统用热作合金钢，其特征在于所述的合金成分中的RE为镧镨铈混合稀土，其中含量为30％La-55％Ce-15％Pr。

3.根据权利要求1所述的镁合金熔体定量输送系统用热作合金钢，其特征在于所述的合金成分中的N为熔炼过程中采用中氮铬铁带入熔体中。