CN104404386B - 一种铁合金制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种铁合金制备方法，按配料将三分之一重量的铁、全部重量的锰、全部重量的铝及二分之一重量的铬，放入熔炼炉中熔化，并升温至1250‑1350℃后，保温0.5‑1小时后降温200‑350℃；然后依次加入余下重量的铬、全部重量的钼、镍、钛、锆、硼及钴后再升温至1250‑1350℃；然后再加入余下重量的铁、全部重量的碳、碲、硅及铈后维持1250‑1350℃温度1‑2小时，再经过浇铸、退火、淬火及回火处理得到耐磨性铁合金。铝在合金液中组织晶粒会出现过渡生长，同锰和铬形成类似骨架结构，后加入的元素是以填充方式进入到熔液中。

Description

一种铁合金制备方法
技术领域
本发明属于金属铸造领域，指一种铁合金制备方法。
背景技术
现机械等领域，为了提高加工速度及减少加工工序，许多部件采用铸造方式加工，特别是对一些结构复杂的部件，采用机械加工的工序非常复杂。铸造加工能够一次性成型，一直得到广泛应用。
另一方面，采用铸造加工方式，能够根据待加工产品的需要进行合金性能的调整，即通过改变合金中的材料组成来改善合金中的某些性能。现技术的铸造工艺中，为了改善或提高合金中的某项性能，一般是通过添加具有改善或提高这些性能的元素来实现，而这些能够改善性能的元素大部分属于贵金属元素或稀土元素，导致产品的生产成本提高。
如何能够通过采用一些价格低的元素来替代贵金属或稀土元素在合金中的性能是本领域技术人员面对的课题。
现有技术提出的采用价格低的元素替代贵金属或稀土元素的制备方法，技术方案是：
一种高耐磨性铁合金材料制备方法：
配料，按重量百分比包括有，0.8-1.2％的碳、0.6-0.65％的硅、1.1-1.3％的锰、1.4-1.6％的铬、0.1-0.2％的钼、0.05-0.1％的镍、0.8-1.2％的铝、0.3-0.5％的铜、0.02-0.03％的钛、0.03-0.06％的钒、0.0005-0.001％的铈、0.002-0.003％的硼、0.03-0.05％的钴，余量为铁及不可避免的杂质进行配料；
将经过计算得到的上述组成中的铁、硅、锰首先放入熔炼炉中熔化，然后依次加入铬、钼、镍钴铁合金、钛铁合金、硼、铜、钒铁合金、铈铁合金，并升温到1250-1350℃后加入铝，保温1-2小时；
将得到的合金液在1100-1150℃下进行浇铸，冷却到300-350℃后进行退 火处理；将浇铸后的产品置于870-890℃的退火炉中，保温3-5小时出炉，采用空气冷却，空冷速度不超过1.2℃/分钟；
淬火处理，置于930-950℃的淬火炉中，保温2小时后进行淬火液恒温淬火处理，温度到180-200℃时进行回火处理；
回火处理，在温度为250±10℃的回火炉中保温2.5小时后自然冷却；并且淬火分二个阶段，第一个阶段为等温淬火，淬火速度为15-20℃/分钟；当温度下降到600-650℃时采用第二阶段淬火，淬火速度为3-5℃/秒。
通过以上技术方案生产的铁合金，其抗拉强度超过2000MPa；屈服强度达到1500-1800MPa；硬度大于95-102HRC。
通过上述技术方案所得到的铁合金的耐磨性能较高，完全能够起到用价格低的元素来替代贵金属及部分稀土的效果，但是再提高铁合金的性能如抗拉强度或屈服强度及硬度等，上述技术方案就无法实现。
发明内容
本发明的目的是对现有技术的制备方法提供改进技术方案，通过本技术方案，在不改变铁合金材料组成的情况下，能够提高铁合金的抗拉强度、屈服强度及硬度。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种铁合金制备方法，
熔炼，按配料将三分之一重量的铁、全部重量的锰、全部重量的铝及二分之一重量的铬，放入熔炼炉中熔化，在升温过程中，在700℃以下时采用的是加速度为1℃/分钟的形式升温，当温度在700-1350℃时，是以700℃时的升温速度匀速升温，保温0.5-1小时后使温度降低200-350℃；然后依次加入余下重量的铬、全部重量的钼、镍、钛、锆、硼及钴后再升温至1250-1350℃；然后再加入余下重量的铁、全部重量的碳、碲、硅及铈后维持1250-1350℃温度1-2小时；
浇铸，将铸模加热到500-700℃，将合金液在1100-1150℃下进行恒温浇铸，匀速冷却到300-350℃后进行退火处理；
退火，将浇铸后的产品置于870-890℃的退火炉中，保温3-5小时出炉， 采用空气冷却，空冷速度不超过1.0℃/分钟；
淬火，置于930-950℃的淬火炉中，保温2小时后进行淬火液恒温淬火处理，温度到180-200℃时进行回火处理；
回火，在温度为250±10℃的回火炉中保温5-10小时后自然冷却。
所述配料按重量百分比为，0.8-1.2％的碳、0.6-0.65％的硅、1.1-1.3％的锰、1.4-1.6％的铬、0.1-0.2％的钼、0.05-0.1％的镍、0.8-1.2％的铝、0.3-0.5％的铜、0.02-0.03％的钛、0.01-0.03％的碲、0.03-0.06％的锆、0.0005-0.001％的铈、0.002-0.003％的硼、0.03-0.05％的钴，余量为铁及不可避免的杂质。
所述的钛是以钛铁合金方式加入，所述钛铁合金含有10％重量比的钛。
所述的铈是以铈铁合金方式加入，所述铈铁合金含有15％重量百分比的铈。
所述淬火液为油性淬火液。
淬火液在淬火时保持温度在160-180℃之间。
本发明的有益效果是：
本申请的技术方案，通过对熔炼阶段的改进，首先熔炼锰、铝及铬和部分的铁，这样的结果是，铝在合金液中组织晶粒会出现过渡生长，同锰和铬形成类似骨架结构，然后，后加入的元素是以填充方式进入到熔液中，这样的结构会使得后加入的铬、钼、镍、钛、锆、硼及钴与先期铁、锰、铬及铝形成的骨架结构形成交联，最后由铁、碳、碲、硅及铈充满整个组织。
这一技术方案同按背景技术中的熔炼方式或传统的全部组成一起熔炼方式相比，现技术的组织体内的结构是多种元素全部均匀分布的方式存在于组织体内，而这样的结构并不能形成完整的骨架，各部分之间的联结是松散的，因此，耐磨性能同本申请的这一技术方案相比要低。
另一方面，本申请在浇铸过程中，采用高铸模温度的技术方案，这样能够防止在浇铸过程中，铸件表面的温度变化过快，而影响到铁合金表面部分的组织结构，从而影响到铁合金的整体性能。
具体实施方式
以下通过实施例来详细说明本发明的技术方案，以下的实施例仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为是对本发明技术方 案的限制。
本发明提供一种铁合金制备方法，
配料，按重量百分比为，0.8-1.2％的碳、0.6-0.65％的硅、1.1-1.3％的锰、1.4-1.6％的铬、0.1-0.2％的钼、0.05-0.1％的镍、0.8-1.2％的铝、0.3-0.5％的铜、0.02-0.03％的钛、0.01-0.03％的碲、0.03-0.06％的锆、0.0005-0.001％的铈、0.002-0.003％的硼、0.03-0.05％的钴，余量为铁及不可避免的杂质进行配料；其中，所述的钛是以含有10％重量比的钛的钛铁合金方式加入；所述的铈是以含有15％重量百分比的铈铁合金方式加入。
熔炼，将三分之一重量的铁、全部重量的锰、全部重量的铝及二分之一重量的铬，放入熔炼炉中熔化，并升温至1250-1350℃，本实施例中的升温是采用变速升温技术方案，即在700℃以下是，采用的是加速度为1℃/分钟的形式升温，当温度在700-1350℃时，是以700℃时的升温速度匀速升温，这样做的目的是利用特定的升温方式，防止组织体内的结构变化过大，而不能够实现本申请的技术方案。然后，保温0.5-1小时后降温200-350℃，此处的降温是使得形成的铁铝锰铬骨架结构趋稳，防止这一骨架结构过渡生长而影响最终铁合金的性能。然后依次加入余下重量的铬、全部重量的钼、镍、钛、锆、硼及钴后再升温至1250-1350℃；然后再加入余下重量的铁、全部重量的碳、碲、硅及铈后维持1250-1350℃温度1-2小时；在最后阶段加入铈元素是利用铈元素对铁合金的蠕化性能，防止铁合金的硬度过大而屈服强度过高而导致铁合金的高脆性。
浇铸，将铸模加热到500-700℃，将合金液在1100-1150℃下进行恒温浇铸，匀速冷却到300-350℃后进行退火处理；
退火，将浇铸后的产品置于870-890℃的退火炉中，保温3-5小时出炉，采用空气冷却，空冷速度不超过1.0℃/分钟；
淬火，置于930-950℃的淬火炉中，保温2小时后进行油性淬火液恒温淬火处理，温度到180-200℃时进行回火处理；淬火液在淬火时保持温度在160-180℃之间。
回火，在温度为250±10℃的回火炉中保温5-10小时后自然冷却。
在要申请的铁合金中，各组成同现有技术没有改变，而仅通过制备方法的 改进，实现对铁合金性能的改进。
通过本申请的技术方案，所生产的铁合金其拉强度超过2500MPa；屈服强度达到1800-2000MPa；硬度大于100HRC。
在本申请的以下实施例中，有区别的为配料的组成及铸模温度的不同，其余的条件基本相同。
实施例1
一种铁合金制备方法，
配料，按重量百分比为，0.8％的碳、0.6％的硅、1.1％的锰、1.4％的铬、0.1％的钼、0.05％的镍、0.8％的铝、0.3％的铜、0.02％的钛、0.01％的碲、0.03％的锆、0.0005％的铈、0.002％的硼、0.03％的钴，余量为铁及不可避免的杂质进行配料；其中，所述的钛是以含有10％重量比的钛的钛铁合金方式加入；所述的铈是以含有15％重量百分比的铈铁合金方式加入。
熔炼，将三分之一重量的铁、全部重量的锰、全部重量的铝及二分之一重量的铬，放入熔炼炉中熔化，并升温至1250-1350℃，本实施例中的升温是采用变速升温技术方案，即在700℃以下是，采用的是加速度为1℃/分钟的形式升温，当温度在700-1350℃时，是以700℃时的升温速度匀速升温，这样做的目的是利用特定的升温方式，防止组织体内的结构变化过大，而不能够实现本申请的技术方案。然后，保温0.5-1小时后降温200-350℃，此处的降温是使得形成的铁铝锰铬骨架结构趋稳，防止这一骨架结构过渡生长而影响最终铁合金的性能。然后依次加入余下重量的铬、全部重量的钼、镍、钛、锆、硼及钴后再升温至1250-1350℃；然后再加入余下重量的铁、全部重量的碳、碲、硅及铈后维持1250-1350℃温度1-2小时；在最后阶段加入铈元素是利用铈元素对铁合金的蠕化性能，防止铁合金的硬度过大而屈服强度过高而导致铁合金的高脆性。
浇铸，将铸模加热到500℃，将合金液在1100-1150℃下进行恒温浇铸，匀速冷却到300-350℃后进行退火处理；
退火，将浇铸后的产品置于870-890℃的退火炉中，保温3-5小时出炉，采用空气冷却，空冷速度不超过1.0℃/分钟；
淬火，置于930-950℃的淬火炉中，保温2小时后进行油性淬火液恒温淬 火处理，温度到180-200℃时进行回火处理；淬火液在淬火时保持温度在160-180℃之间。
回火，在温度为250±10℃的回火炉中保温5-10小时后自然冷却。
实施例2
一种铁合金制备方法，
配料，按重量百分比为，1.2％的碳、0.65％的硅、1.3％的锰、1.6％的铬、0.2％的钼、0.1％的镍、1.2％的铝、0.5％的铜、0.03％的钛、0.03％的碲、0.06％的锆、0.001％的铈、0.003％的硼、0.05％的钴，余量为铁及不可避免的杂质进行配料；其中，所述的钛是以含有10％重量比的钛的钛铁合金方式加入；所述的铈是以含有15％重量百分比的铈铁合金方式加入。
熔炼，将三分之一重量的铁、全部重量的锰、全部重量的铝及二分之一重量的铬，放入熔炼炉中熔化，并升温至1250-1350℃，本实施例中的升温是采用变速升温技术方案，即在700℃以下是，采用的是加速度为1℃/分钟的形式升温，当温度在700-1350℃时，是以700℃时的升温速度匀速升温，这样做的目的是利用特定的升温方式，防止组织体内的结构变化过大，而不能够实现本申请的技术方案。然后，保温0.5-1小时后降温200-350℃，此处的降温是使得形成的铁铝锰铬骨架结构趋稳，防止这一骨架结构过渡生长而影响最终铁合金的性能。然后依次加入余下重量的铬、全部重量的钼、镍、钛、锆、硼及钴后再升温至1250-1350℃；然后再加入余下重量的铁、全部重量的碳、碲、硅及铈后维持1250-1350℃温度1-2小时；在最后阶段加入铈元素是利用铈元素对铁合金的蠕化性能，防止铁合金的硬度过大而屈服强度过高而导致铁合金的高脆性。
浇铸，将铸模加热到700℃，将合金液在1100-1150℃下进行恒温浇铸，匀速冷却到300-350℃后进行退火处理；
退火，将浇铸后的产品置于870-890℃的退火炉中，保温3-5小时出炉，采用空气冷却，空冷速度不超过1.0℃/分钟；
淬火，置于930-950℃的淬火炉中，保温2小时后进行油性淬火液恒温淬火处理，温度到180-200℃时进行回火处理；淬火液在淬火时保持温度在160-180℃之间。
回火，在温度为250±10℃的回火炉中保温5-10小时后自然冷却。
实施例3
一种铁合金制备方法，
配料，按重量百分比为，1.1％的碳、0.63％的硅、1.15％的锰、1.42％的铬、0.18％的钼、0.08％的镍、0.93％的铝、0.37％的铜、0.022％的钛、0.017％的碲、0.045％的锆、0.00072％的铈、0.0028％的硼、0.045％的钴，余量为铁及不可避免的杂质进行配料；其中，所述的钛是以含有10％重量比的钛的钛铁合金方式加入；所述的铈是以含有15％重量百分比的铈铁合金方式加入。
熔炼，将三分之一重量的铁、全部重量的锰、全部重量的铝及二分之一重量的铬，放入熔炼炉中熔化，并升温至1250-1350℃，本实施例中的升温是采用变速升温技术方案，即在700℃以下是，采用的是加速度为1℃/分钟的形式升温，当温度在700-1350℃时，是以700℃时的升温速度匀速升温，这样做的目的是利用特定的升温方式，防止组织体内的结构变化过大，而不能够实现本申请的技术方案。然后，保温0.5-1小时后降温200-350℃，此处的降温是使得形成的铁铝锰铬骨架结构趋稳，防止这一骨架结构过渡生长而影响最终铁合金的性能。然后依次加入余下重量的铬、全部重量的钼、镍、钛、锆、硼及钴后再升温至1250-1350℃；然后再加入余下重量的铁、全部重量的碳、碲、硅及铈后维持1250-1350℃温度1-2小时；在最后阶段加入铈元素是利用铈元素对铁合金的蠕化性能，防止铁合金的硬度过大而屈服强度过高而导致铁合金的高脆性。
浇铸，将铸模加热到620℃，将合金液在1100-1150℃下进行恒温浇铸，匀速冷却到300-350℃后进行退火处理；
退火，将浇铸后的产品置于870-890℃的退火炉中，保温3-5小时出炉，采用空气冷却，空冷速度不超过1.0℃/分钟；
淬火，置于930-950℃的淬火炉中，保温2小时后进行油性淬火液恒温淬火处理，温度到180-200℃时进行回火处理；淬火液在淬火时保持温度在160-180℃之间。
回火，在温度为250±10℃的回火炉中保温5-10小时后自然冷却。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通 技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种铁合金制备方法，其特征在于：
熔炼，按配料将三分之一重量的铁、全部重量的锰、全部重量的铝及二分之一重量的铬，放入熔炼炉中熔化，在升温过程中，在700℃以下时采用的是加速度为1℃/分钟的形式升温，当温度在700-1350℃时，是以700℃时的升温速度匀速升温，保温0.5-1小时后使温度降低200-350℃；然后依次加入余下重量的铬、全部重量的钼、镍、钛、锆、硼及钴后再升温至1250-1350℃；然后再加入余下重量的铁、全部重量的碳、碲、硅及铈后维持1250-1350℃温度1-2小时；
浇铸，将铸模加热到500-700℃，将合金液在1100-1150℃下进行恒温浇铸，匀速冷却到300-350℃后进行退火处理；
退火，将浇铸后的产品置于870-890℃的退火炉中，保温3-5小时出炉，采用空气冷却，空冷速度不超过1.0℃/分钟；
淬火，置于930-950℃的淬火炉中，保温2小时后进行淬火液恒温淬火处理，温度到180-200℃时进行回火处理；
回火，在温度为250±10℃的回火炉中保温5-10小时后自然冷却。
2.根据权利要求1所述的铁合金制备方法，其特征在于：所述配料按重量百分比为，0.8-1.2％的碳、0.6-0.65％的硅、1.1-1.3％的锰、1.4-1.6％的铬、0.1-0.2％的钼、0.05-0.1％的镍、0.8-1.2％的铝、0.3-0.5％的铜、0.02-0.03％的钛、0.01-0.03％的碲、0.03-0.06％的锆、0.0005-0.001％的铈、0.002-0.003％的硼、0.03-0.05％的钴，余量为铁及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1或2所述的铁合金制备方法，其特征在于：所述的钛是以钛铁合金方式加入，所述钛铁合金含有10％重量比的钛。
4.根据权利要求1或2所述的铁合金制备方法，其特征在于：所述的铈是以铈铁合金方式加入，所述铈铁合金含有15％重量百分比的铈。
5.根据权利要求1所述的铁合金制备方法，其特征在于：所述淬火液为油性淬火液。
6.根据权利要求1所述的铁合金制备方法，其特征在于：淬火液在淬火时保持温度在160-180℃之间。
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