CN104480261A - 一种抗磨双金属层压复合材料的球化退火工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种抗磨双金属层压复合材料的球化退火工艺，属于金属材料热处理工艺技术领域。该球化退火工艺包括设备与气氛的选择、升温、保温和冷却四个步骤。通过本发明的球化退火工艺，抗磨双金属层压复合材料在轧制过程中形成的组织发生显著改变，复层高锰钢与基层低碳结构钢的主要组织均为球团状珠光体+铁素体。根据GB/T228-2010.1金属材料拉伸试验第一部分《室温试验方法》进行测试得到的力学性能为：R _eH 在348±20MPa之间，R _m 在513±20MPa之间，断后伸长率不小于32%，依据据GB/T232-2010测试的材料内外弯曲均合格。

Description

一种抗磨双金属层压复合材料的球化退火工艺

技术领域

本发明属于金属材料热处理工艺技术领域，具体涉及一种既抗冲击又耐磨层压双金属金属复合板（卷）的球化退火工艺技术。

背景技术

在技术高度发展的今天，耐磨材料在工业重型机械领域中的发展与应用，已成为影响现代生产效率的重要因素，如不合理地选择耐磨钢在冶金、机械矿山等部门中的应用，则对其设备寿命有较大的影响，甚至危害设备及人的安全。

材料硬度高低决定材料的耐磨性能，而高硬度的材料往往具有较低的塑性和韧性，抗冲击性能不佳，所以既具有高耐磨性又具有良好的韧性的复合材料应运而生。层压复合材料是这种类型的发展方向之一。

以高碳高锰钢和低碳结构钢为原料，采用热轧的方式，创造性地开发了以低碳钢为基层，以高碳高锰耐磨钢为复层的抗磨双金属层压复合板（卷），产品的厚度规格为4~10 mm。该类抗磨双金属层压复合板（卷）的复层具有硬度高，耐磨性优异的特点。基层低碳结构钢具有良好的韧性，复层与基层在轧制时已实现冶金结合，在使用过程中不容易发生分层。轧制成的总体材料既有抗磨特征，又具有良好的韧性，即使复层破碎，也与基层粘在一起，具有良好的抗冲击性能，大大减少了对设备及人身的安全隐患。由于这类材料具有高的强度及硬度，在进行二次机械加工前，需要经过退火处理，以降低材料的硬度与强度，改善组织，满足机械加工的要求。机械加工完毕后，经过最终热处理能实现所需的性能。目前还没有公开报道有关抗磨双金属层压复合板（卷）的退火工艺，因此如何克服现有技术的不足，提供一种适用于层压双金属金属复合板（卷）的球化退火工艺是目前金属材料热处理工艺技术领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种抗磨双金属层压复合材料的球化退火工艺，通过本发明技术方案退火热处理，改善了原复合材料的组织形貌特征，降低材料总体的强度与硬度，满足机械加工的各方面要求。

本发明采用的技术方案如下：

一种抗磨双金属层压复合材料的球化退火工艺，包括如下步骤：

步骤（1），将抗磨双金属层压复合材料置于罩式炉中，保持炉内气氛为纯氮气，氧气的含量为0%，压力为65~70mbar；

步骤（2），升温：按升温速率为250-300℃/h，将炉内温度升至700±5℃；

步骤（3），保温：经步骤（2）升温至700±5℃后保温12h；

步骤（4），冷却：经步骤（3）保温后，使抗磨双金属层压复合材料随炉冷却至600±10℃后，风冷至炉内温度为380±10℃后，水冷至110±10℃时，将抗磨双金属层压复合材料取出，炉外风冷至室温。

所述步骤（1）还包括气密性检查。

所述步骤（4）的风冷是对罩式炉的内罩进行吹风冷却；所述水冷是对罩式炉的内罩进行喷水冷却。

进一步，优选的是所述的抗磨双金属层压复合材料的球化退火工艺，包括如下步骤：

步骤（1），将抗磨双金属层压复合材料置于罩式炉中，保持炉内气氛为纯氮气，氧气的含量为0%，压力为65mbar；

步骤（2），升温：按升温速率为250℃/h，将炉内温度升至680℃；

步骤（3），保温：经步骤（2）升温至680℃后保温8h；

步骤（4），冷却：经步骤（3）保温后，以1℃/min的速度，使抗磨双金属层压复合材料随炉冷却至580℃后，风冷至炉内温度为370℃后，水冷至110℃时，将抗磨双金属层压复合材料取出，炉外风冷至室温，即得。

进一步，优选的是所述的抗磨双金属层压复合材料的球化退火工艺，包括如下步骤：

步骤（1），将抗磨双金属层压复合材料置于罩式炉中，保持炉内气氛为纯氮气，氧气的含量为0%，压力为70mbar；

步骤（2），升温：按升温速率为300℃/h，将炉内温度升至740℃；

步骤（3），保温：经步骤（2）升温至740℃后保温12h；

步骤（4），冷却：经步骤（3）保温后，以1.5℃/min的速度，使抗磨双金属层压复合材料随炉冷却至640℃后，风冷至炉内温度为380℃后，水冷至100℃时，将抗磨双金属层压复合材料取出，炉外风冷至室温，即得。

进一步，优选的是所述的抗磨双金属层压复合材料的球化退火工艺，包括如下步骤：

步骤（1），将抗磨双金属层压复合材料置于罩式炉中，保持炉内气氛为纯氮气，氧气的含量为0%，压力为68mbar；

步骤（2），升温：按升温速率为280℃/h，将炉内温度升至620℃；

步骤（3），保温：经步骤（2）升温至620℃后保温14h；

步骤（4），冷却：经步骤（3）保温后，以2℃/min的速度，使抗磨双金属层压复合材料随炉冷却至520℃后，风冷至炉内温度为390℃后，水冷至120℃时，将抗磨双金属层压复合材料取出，炉外风冷至室温，即得。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

通过本发明的球化退火工艺，抗磨双金属层压复合材料在轧制过程中形成的组织发生显著改变，复层高锰钢与基层低碳结构钢的主要组织均为球团状珠光体+铁素体。根据GB/T228-2010.1金属材料拉伸试验第一部分《室温试验方法》进行测试得到的力学性能为：R _eH 在348±20MPa之间，R _m 在513±20MPa之间，断后伸长率不小于32%，依据据GB/T232-2010测试的材料内外弯曲均合格。同时，本发明工艺方法不仅改善了原复合材料的组织形貌特征，还降低了材料总体的强度与硬度，满足机械加工的各方面要求，易于推广应用。

附图说明

图1为本发明抗磨双金属层压复合材料的球化退火热处理工艺曲线；

图2为球化退火热处理前抗磨双金属层压复合材料的金相图，左半侧为耐磨层金相组织；右侧为普碳钢金相组织；

图3为执行球化退火处理后抗磨双金属层压复合材料复层侧球团状的金相图；

图4为执行球化退火处理后抗磨双金属层压复合材料基层侧铁素体+粒状珠光体的金相图。

具体实施方式

为进一步阐述本发明的具体步骤及产生的效果，现结合实施例和附图对本发明作进一步的详细描述。

本发明所用仪器均为普通市售产品。

对图1的解析说明：图1中①为加热升温阶段，在该阶段2h内，炉内连续通入氮气，调整炉内气氛，确保压力恒定在65~70mbar之间，到2h时关闭各调整气氛阀门，并升温至设定的680±60℃；②为保温阶段，在该阶段，确保炉内气氛的温度为680±60℃，且炉内气氛温度均匀；③阶段为随炉冷却阶段，随炉冷却至580±60℃；④阶段为快速冷却阶段，从580±60℃开始，对内罩吹风冷却，冷却至380±10℃时，对内罩喷水冷却，使炉内温度为110±10℃；⑤阶段为缓慢冷却阶段，当炉内气氛在110±10℃，将抗磨双金属层压复合材料取出，然后强风对流冷却至室温。

实施例1

将经过常规捆扎确保安全的抗磨双金属层压复合卷，按常规方法置于罩式炉内的平台上，将內罩按设备的常规操作规程罩合，接通燃料管和空气管，检验其气密性，在气密性良好的情况下，将外罩罩合，通入35~45mbar的工业氮气置换内罩中的氧气，之后点火烧炉，即进入图1中的①阶段；在烧炉升温的初始，继续置换炉内的氧气，直至炉内氧气的含量为0%，随后在升温的过程中继续通入氮气，使內罩的压力为65mbar；炉子升温2h后切断氮气的通入；在加热过程中，以250℃/h的速率升温至680℃，随后进入图1中的②阶段，在680℃温度下保温8h；

保温8h后，进入图1中的③阶段，在该阶段关闭燃料与空气的阀门，以1℃/min的速度，使抗磨双金属层压复合卷随炉冷却至580℃，随后进入图1中的④阶段，在该阶段，对内罩吹风冷却至370℃，随后对内罩喷水冷却至温度为110℃，进入图1中的⑤阶段，即取出抗磨双金属层压复合卷，炉外风冷至室温，即得到球化退火热处理的抗磨双金属层压复合材料。

实施例2

将经过常规捆扎确保安全的抗磨双金属层压复合卷，按常规方法置于罩式炉内的平台上，将內罩按设备的常规操作规程罩合，接通燃料管和空气管，检验其气密性，在气密性良好的情况下，将外罩罩合，通入35~45mbar的工业氮气置换内罩中的氧气，之后点火烧炉，即进入图1中的①阶段；在烧炉升温的初始，继续置换炉内的氧气，直至炉内氧气的含量为0%，随后在升温的过程中继续通入氮气，使內罩的压力为70mbar；炉子升温2h后切断氮气的通入；在加热过程中，以300℃/h的速率升温至740℃，随后进入图1中的②阶段，在740℃温度下保温12h；

保温12h后，进入图1中的③阶段，在该阶段关闭燃料与空气的阀门，以1.5℃/min的速度，使抗磨双金属层压复合卷随炉冷却至640℃，随后进入图1中的④阶段，在该阶段，对内罩吹风冷却至380℃，随后对内罩喷水冷却至温度为100℃，进入图1中的⑤阶段，即取出抗磨双金属层压复合卷，炉外风冷至室温，即得到球化退火热处理的抗磨双金属层压复合材料。

实施例3

将经过常规捆扎确保安全的抗磨双金属层压复合卷，按常规方法置于罩式炉内的平台上，将內罩按设备的常规操作规程罩合，接通燃料管和空气管，检验其气密性，在气密性良好的情况下，将外罩罩合，通入35~45mbar的工业氮气置换内罩中的氧气，之后点火烧炉，即进入图1中的①阶段；在烧炉升温的初始，继续置换炉内的氧气，直至炉内氧气的含量为0%，随后在升温的过程中继续通入氮气，使內罩的压力为68mbar；炉子升温2h后切断氮气的通入；在加热过程中，以280℃/h的速率升温至620℃，随后进入图1中的②阶段，在620℃温度下保温14h；

保温14h后，进入图1中的③阶段，在该阶段关闭燃料与空气的阀门，以2℃/min的速度，使抗磨双金属层压复合卷随炉冷却至520℃，随后进入图1中的④阶段，在该阶段，对内罩吹风冷却至390℃，随后对内罩喷水冷却至温度为120℃，进入图1中的⑤阶段，即取出抗磨双金属层压复合卷，炉外风冷至室温，即得到球化退火热处理的抗磨双金属层压复合材料。

经本发明处理前后的材料严格按照GB/T228-2010.1金属材料拉伸试验第一部分《室温试验方法》及GB/T232-2010金属材料 弯曲试验方法检验的力学性能特征见表1。材料的组织形貌变化见表2。

表1 球化退火试验材料的组织与力学性能

表2 试验材料的组织形貌变化

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定 。

Claims (5)

1.一种抗磨双金属层压复合材料的球化退火工艺，其特征在于包括如下步骤：

步骤（1），将抗磨双金属层压复合材料置于罩式炉中，保持炉内气氛为纯氮气，氧气的含量为0%，压力为65~70mbar；

步骤（2），升温：按升温速率为250-300℃/h，将炉内温度升至680±60℃；

步骤（3），保温：经步骤（2）升温至680±60℃后保温8～14h；

步骤（4），冷却：经步骤（3）保温后，以1-2℃/min的速度，使抗磨双金属层压复合材料随炉冷却至580±60℃后，风冷至炉内温度为380±10℃后，水冷至110±10℃时，将抗磨双金属层压复合材料取出，炉外风冷至室温，即得。

2.根据权利要求1所述的抗磨双金属层压复合材料的球化退火工艺，其特征在于步骤（1）还包括气密性检查。

3.根据权利要求1所述的抗磨双金属层压复合材料的球化退火工艺，其特征在于包括如下步骤：

步骤（1），将抗磨双金属层压复合材料置于罩式炉中，保持炉内气氛为纯氮气，氧气的含量为0%，压力为65mbar；

步骤（2），升温：按升温速率为250℃/h，将炉内温度升至680℃；

步骤（3），保温：经步骤（2）升温至680℃后保温8h；

步骤（4），冷却：经步骤（3）保温后，以1℃/min的速度，使抗磨双金属层压复合材料随炉冷却至580℃后，风冷至炉内温度为370℃后，水冷至110℃时，将抗磨双金属层压复合材料取出，炉外风冷至室温，即得。

4.根据权利要求1所述的抗磨双金属层压复合材料的球化退火工艺，其特征在于包括如下步骤：

步骤（1），将抗磨双金属层压复合材料置于罩式炉中，保持炉内气氛为纯氮气，氧气的含量为0%，压力为70mbar；

步骤（2），升温：按升温速率为300℃/h，将炉内温度升至740℃；

步骤（3），保温：经步骤（2）升温至740℃后保温12h；

步骤（4），冷却：经步骤（3）保温后，以1.5℃/min的速度，使抗磨双金属层压复合材料随炉冷却至640℃后，风冷至炉内温度为380℃后，水冷至100℃时，将抗磨双金属层压复合材料取出，炉外风冷至室温，即得。

5.根据权利要求1所述的抗磨双金属层压复合材料的球化退火工艺，其特征在于包括如下步骤：

步骤（1），将抗磨双金属层压复合材料置于罩式炉中，保持炉内气氛为纯氮气，氧气的含量为0%，压力为68mbar；

步骤（2），升温：按升温速率为280℃/h，将炉内温度升至620℃；

步骤（3），保温：经步骤（2）升温至620℃后保温14h；

步骤（4），冷却：经步骤（3）保温后，以2℃/min的速度，使抗磨双金属层压复合材料随炉冷却至520℃后，风冷至炉内温度为390℃后，水冷至120℃时，将抗磨双金属层压复合材料取出，炉外风冷至室温，即得。