CN104120362B - 一种强韧性弹簧钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种强韧性弹簧钢及其制备方法。该弹簧钢由包含以下重量份的组分制成:铁粉93.0‑95.0份、Cr3.0‑5.0份、Mn1.5‑2.3份、石墨烯1.5‑3.0份、硅藻土0.02‑0.8份、B0.1‑0.8份和Nb0.02‑0.08份。本发明通过将上述组分球磨、压制、烧结、制坯、烧结和保温等工艺,得到强韧性弹簧钢。发明制得的弹簧钢材料具有较高的强韧性能,可用于制备各类包装机中的弹簧部件,且使用寿命长。并且本发明的制备过程工艺简单,可实现工业化生产。

Description

一种强韧性弹簧钢及其制备方法
技术领域
本发明属于功能材料领域,特别涉及一种强韧性弹簧钢及其制备方法。
背景技术
弹簧钢需要有好的弹性,是一种能在动载荷环境条件下反复作用工作的特殊钢材。弹簧钢有着足够的韧性、力学强度和塑性,可以进行重复性伸缩,并在一定的冲击力作用下不会突然脆断,因此多用于制造弹簧和弹性元件的钢制品。
弹簧钢的弹性取决于其弹性变形的能力,即使其承受一定的载荷,在载荷去除之后,变形能恢复,不会出现永久形变。在具有良好弹性的同时,弹簧钢也需要一定的力学强度,从而能在反复承受重载荷时,具有较长的使用寿命。
弹簧钢需要有好的弹性,又由于它是在动载弹簧在冲击、振动或长期交应力下使用,所以要求弹簧钢有高的抗拉强度、弹性极限、高的疲劳强度。
近年来,结合由于各项新技术的不断引入,对各类弹性部件的要求也层出不穷,为了满足这些需求,有研究着研制出在弹簧钢中加入硼、铌、钼等元素的新钢种,这样不仅延长了弹簧的使用寿命,还提高了弹簧质量。
发明内容
针对上述的需求,本发明的目的是提供一种强韧性弹簧钢及其制备方法,制得的弹簧钢材料具有较高的强韧性能,制得的弹簧钢可用于制备各类包装机中的弹簧部件,且具有使用寿命长的优势。并且本发明的制备过程工艺简单,可实现工业化生产。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现:
一种强韧性弹簧钢,由包含以下重量份的组分制成:
铁粉 93.0-95.0份,
Cr 3.0-5.0份,
Mn 1.5-2.3份,
石墨烯 0.05-1.5份,
硅藻土 0.02-0.8份,
B 0.1-0.8份,
Nb 0.02-0.08份。
所述石墨烯为单壁石墨烯。
所述硅藻土为0.02-0.08重量份。
一种强韧性弹簧钢的制备方法,该方法包括以下步骤:
(1)将铁粉93.0-95.0重量份、Cr3.0-5.0重量份、Mn1.5-2.3重量份、石墨烯1.5-3.0重量份、硅藻土0.02-0.8重量份、B0.1-0.8重量份和Nb0.02-0.08重量份加入适量水中,送入球磨机中球磨,得到200-300 目粉末;
(2)将步骤(1)的产物烘干,在8-11Mpa 压力下压制成块状,在氮气保护气氛下烧结5-6小时,将烧结后的物料粉碎后过200-400目筛;
(3)将步骤(2)的产物,搅拌30-60分钟后,装入模具,压制成坯;
(4)将压坯放在烧结炉中,以9-12℃/分钟速率升温至350-450℃条件下烧结4-5小时;
(5)将步骤(4)的产物,以5℃/分钟速率升温至1100-1150℃,烧结2-3小时,在300-350℃的下保温60-90分钟,保温结束后,置于空气中冷却至室温,得到强韧性弹簧钢。
所述步骤(2)中的烧结温度为600-650℃。
所述步骤(3)的搅拌温度为60-80℃。
有益效果:
(1)本发明添加的碳为单壁石墨烯,单壁石墨烯具有着较高的比表面积,并且是一种薄壁结构,外观几乎是透明,具有良好的强度和柔韧性,本发明以石墨烯作为C源,其克服了现有技术中因为C含量的升高而对强度产生的不良影响,同时克服了因碳含量的提高对提高塑性和易引起淬火开裂的问题。
(2)本发明加入了硅藻土,由于硅藻土中主要含有二氧化硅,此外还有一些含有少量Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O等物质,硅藻土的加入能提高合金的强度,具有提高抗氧化性的作用,能提高整个弹簧钢的强度和韧性。
(3)本发明加入了3-5重量份的Cr,其占除铁以外的弹簧钢组分中的含量为较多的,Cr的加入有利于提高整个弹簧钢的韧性,同时加入Mn之后能有效的通过合金作用,增加这种增韧增强效果。
(4)本发明在球磨机进行研磨,使原料中的各组分之间的比表面积增大,有利于各组分的混合均匀,且促进了各组分之间的相互作用。
(5)本发明的采用1100-1150℃温度下进行烧结,并且烧结时间较短,不会造成过多的有效成分的流失。
(6)同时本发明在烧结后加入了保温这道工艺,使得各组分反应充分,消除了弹簧钢在烧结过程中存在的内应力,使得微结构的缺陷减少,从而使弹簧钢具有良好的强度和韧性,具有较好的抗冲击强度。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
(1)将铁粉93.0kg、Cr3.0kg、Mn1.5kg、单壁石墨烯1.5kg、硅藻土0.08kg、B0.5kg和Nb0.02kg加入适量水中,送入球磨机中球磨,得到300目粉末;
(2)将步骤(1)的产物烘干,在8Mpa 压力下压制成块状,在氮气保护气氛中,在600℃温度下烧结5小时,将烧结后的物料粉碎后过400目筛;
(3)将步骤(2)的产物,在60℃温度下,搅拌30分钟后,装入模具,压制成坯;
(4)将压坯放在烧结炉中,以9℃/分钟速率升温至400℃条件下烧结4小时;
(5)将步骤(4)的产物,以5℃/分钟速率升温至1150℃,烧结2小时,在300℃的下保温90分钟,保温结束后,置于空气中冷却至室温,得到强韧性弹簧钢。
制得强韧性弹簧钢的性能测试结果如表1所示。
实施例2
(1)将铁粉95.0kg、Cr5.0kg、Mn2.0 kg、单壁石墨烯3.0kg、硅藻土0.02kg、B0.8 kg和Nb0.08 kg加入适量水中,送入球磨机中球磨,得到200目粉末;
(2)将步骤(1)的产物烘干,在11Mpa 压力下压制成块状,在氮气保护气氛中,在650℃温度下烧结6小时,将烧结后的物料粉碎后过200目筛;
(3)将步骤(2)的产物,在80℃温度下,搅拌60分钟后,装入模具,压制成坯;
(4)将压坯放在烧结炉中,以12℃/分钟速率升温至450℃条件下烧结5小时;
(5)将步骤(4)的产物,以5℃/分钟速率升温至1100℃,烧结3小时,在350℃的下保温60分钟,保温结束后,置于空气中冷却至室温,得到强韧性弹簧钢。
制得强韧性弹簧钢的性能测试结果如表1所示。
实施例3
(1)将铁粉94.0kg、Cr4.0kg、Mn1.5kg、单壁石墨烯2.0kg、硅藻土0.8 kg、B0.1kg和Nb0.06 kg加入适量水中,送入球磨机中球磨,得到300 目粉末;
(2)将步骤(1)的产物烘干,在10Mpa 压力下压制成块状,在氮气保护气氛中,在650℃温度下烧结5小时,将烧结后的物料粉碎后过300目筛;
(3)将步骤(2)的产物,在70℃温度下,搅拌50分钟后,装入模具,压制成坯;
(4)将压坯放在烧结炉中,以10℃/分钟速率升温至350℃条件下烧结5小时;
(5)将步骤(4)的产物,以5℃/分钟速率升温至1100℃,烧结2小时,在300℃的下保温70分钟,保温结束后,置于空气中冷却至室温,得到强韧性弹簧钢。
制得强韧性弹簧钢的性能测试结果如表1所示。
对比例1
(1)将铁粉95.0kg、Mn2.0 kg、B0.8 kg和Nb0.08 kg加入适量水中,送入球磨机中球磨,得到200目粉末;
(2)将步骤(1)的产物烘干,在11Mpa 压力下压制成块状,在氮气保护气氛中,在650℃温度下烧结6小时,将烧结后的物料粉碎后过200目筛;
(3)将步骤(2)的产物,在80℃温度下,搅拌60分钟后,装入模具,压制成坯;
(4)将压坯放在烧结炉中,以12℃/分钟速率升温至450℃条件下烧结5小时;
(5)将步骤(4)的产物,以5℃/分钟速率升温至1100℃,烧结3小时,在350℃的下保温60分钟,保温结束后,置于空气中冷却至室温,得到强韧性弹簧钢。
制得对比例1的产物的性能测试结果如表1所示。
对比例2
(1)将铁粉95.0kg、Mn2.0 kg、B0.8 kg和Nb0.08 kg加入适量水中,送入球磨机中球磨,得到200目粉末;
(2)将步骤(1)的产物烘干,在11Mpa 压力下压制成块状,在氮气保护气氛中,在650℃温度下烧结6小时,将烧结后的物料粉碎后过200目筛;
(3)将步骤(2)的产物,在80℃温度下,搅拌60分钟后,装入模具,压制成坯;
(4)将压坯放在烧结炉中,以12℃/分钟速率升温至450℃条件下烧结5小时,置于空气中冷却至室温,得到强韧性弹簧钢。
制得对比例2的产物的性能测试结果如表1所示。
表1
本发明不限于这里的实施例,本领域技术人员根据本发明的揭示,不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种强韧性弹簧钢,其特征在于,由包含以下重量份的组分制成:
铁粉 93.0-95.0 份,
Cr 3.0-5.0 份,
Mn 1.5-2.3 份,
单壁石墨烯 1.5-3.0 份,
硅藻土 0.02-0.08 份,
B 0.1-0.8 份,
Nb 0.02-0.08 份;
所述的一种强韧性弹簧钢通过下述的制备方法制备得到:
(1)将铁粉93.0-95.0 重量份、Cr3.0-5.0 重量份、Mn1.5-2.3 重量份、单壁石墨烯1.5-3.0 重量份、硅藻土0.02-0.08 重量份、B0.1-0.8 重量份和Nb0.02-0.08 重量份加入适量水中,送入球磨机中球磨,得到200-300 目粉末;
(2)将步骤(1)的产物烘干,在8-11MPa 压力下压制成块状,在氮气保护气氛下烧结5-6小时,将烧结后的物料粉碎后过200-400 目筛;
(3)将步骤(2)的产物,搅拌30-60 分钟后,装入模具,压制成坯;
(4)将压坯放在烧结炉中,以9-12℃ / 分钟速率升温至350-450℃条件下烧结4-5 小时;
(5)将步骤(4)的产物,以5℃ / 分钟速率升温至1100-1150℃,烧结2-3 小时,在300-350℃的下保温60-90 分钟,保温结束后,置于空气中冷却至室温,得到强韧性弹簧钢。
2.根据权利要求1所述的强韧性弹簧钢,其特征在于,所述步骤(2)中的烧结温度为600-650℃。
3.根据权利要求1所述的强韧性弹簧钢,其特征在于,所述步骤(3)的搅拌温度为60-80℃。
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