CN105088069B - 一种用于采矿机械的高强度合金材料及其制备方法 - Google Patents

一种用于采矿机械的高强度合金材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105088069B
CN105088069B CN201510589282.8A CN201510589282A CN105088069B CN 105088069 B CN105088069 B CN 105088069B CN 201510589282 A CN201510589282 A CN 201510589282A CN 105088069 B CN105088069 B CN 105088069B
Authority
CN
China
Prior art keywords
alloy material
alloy
ingot
strength alloy
strength
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201510589282.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105088069A (zh
Inventor
柴博
李建辉
孙远敬
訾树燕
刘珊杉
慕卿
刘娇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Liaoning Technical University
Original Assignee
Liaoning Technical University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Liaoning Technical University filed Critical Liaoning Technical University
Priority to CN201510589282.8A priority Critical patent/CN105088069B/zh
Publication of CN105088069A publication Critical patent/CN105088069A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105088069B publication Critical patent/CN105088069B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Abstract

本发明属于金属材料及冶金技术领域，具体涉及一种用于采矿机械的高强度合金材料及其制备方法。本发明的用于采矿机械的高强合金材料，各组份及其质量百分比为：1.0~15.0%W，2.0~10.0%Ni，5.0%~13.0%Zn，7.0%~15.0%Y，0.4~1.0%的Zr，0.1~5.0%Nb，余量为Fe，其室温抗拉强度为1050~1850MPa，屈服强度为1010~1810MPa，维氏硬度400~530，洛氏硬度30~49。本发明的高强合金材料与其他高强合金材料相比，稀土元素含量少，所用原材料易于获得，成本低，性价比高，易于大规模生产。

Description

一种用于采矿机械的高强度合金材料及其制备方法
技术领域
本发明属于金属材料及冶金技术领域，具体涉及一种用于采矿机械的高强度合金材料及其制备方法。
背景技术
合金材料的晶体结构属密排六方晶格，其塑性变形能力不及铝和钢，增加了合金材料塑性加工的难度和生产制备成本，为此近年的新型合金材料开发研究中，已经开始重视通过变形合金材料中合金相设计和采用新变形工艺等方式，在保证一定强度的同时更注重提高合金材料的塑性加工能力。
例如制造平衡锤、振动吸收屏与X、α、β、γ射线吸收屏，以及高穿透能力的砲弹，要求其材料必须具有相当大的密度。因此，生产这些东西要借助于所谓“重”合金类合金。该类合金主要含有钨，钨均质分散在通常由结合元素，例如镍和铁所形成的金属基体中。在大多数情况下，这类合金含有90-98%（重量比）的钨，比重为15.6-18。该类合金主要用粉末冶金法制造，即各组分均以粉末状态使用，并压制成适宜的形状，烧结并稳定化，以赋予其机械密实性，并可能经受加工和热处理，以使其具有适合其用途的机械性能：强度、延伸率和硬度等。
目前，商业上大量应用的钨系合金经变形并热处理后最高强度也不超过1000MPa，这样强度的合金材料还难以满足高性能结构材料的要求，因此，其大量应用于承载结构件受到限制。为提高合金材料的耐热性和强韧性，科研工作者开展了大量研究工作。
要想提高合金材料的强度可以通过添加颗粒或纤维增强相，也可以通过强烈塑形变形或粉末冶金等复杂的制备方法。但上述两种方法均无法制备大尺寸合金材料结构件，因此其应用受到限制。添加合金元素强化合金材料是提高合金材料强度的一种简单有效且经济实用的方法，目前在高强合金材料开发过程中通过添加大量的合金元素来提高强度使用的最为普遍。在提高合金材料性能的各种合金元素中，多种稀土元素联合使用时强化效果最好。目前，高强合金材料的开发一般含两种及两种以上稀土元素。另外，稀土元素在铸造合金材料中有净化、除气和排渣作用，能有效减少气体、 氧化物和有害元素的影响。同时，部分稀土元素能够细化合金组织或扩散固溶于基体内部以强化合金材料的力学性能，还可以在金属中形成稀土化合物,这些化合物在合金材料基体的晶界处产生偏聚，进而增加了位错密度，增大了晶格畸变程度，从而达到强化的目的。但是大量稀土元素的加入虽然可以大大提高合金材料的强度，随之而来的是合金材料材料价格比较高，高稀土合金材料大量应用受到限制。因此开发无稀土或含少量稀土元素的高强合金材料具有重要的意义。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种用于采矿机械的高强度合金材料及其制备方法，目的是通过低成本且简便易行的技术手段，获得具有较高的强度的合金材料，使得此类合金材料具有比传统商业合金材料优越的力学性能。
本发明的用于采矿机械的高强合金材料，各组份及其质量百分比为：1.0~15.0%W，2.0~10.0%Ni，5.0%~13.0%Zn，7.0%~15.0%Y，0.4~1.0%的Zr，0.1~5.0%Nb，余量为Fe，其室温抗拉强度为1050~1850MPa，屈服强度为1010~1810MPa，维氏硬度400~530，洛氏硬度30~49。
本发明的用于采矿机械的高强度合金材料的制备方法按照以下步骤进行：
（1）按照质量百分比为：1.0~15.0%W，2.0~10.0%Ni，5.0%~13.0%Zn，7.0%~15.0%Y，0.4~1.0%的Zr，0.1~5.0%Nb，余量为Fe进行备料，其中Fe、W、Ni和Zn分别以铁锭、钨锭、Ni粉和锌锭，Y、Nb和Zr为中间合金，将铁锭、钨锭、锌锭和Y、Nb、Zr的中间合金放入烘箱中预热；
（2）将预热好的金属锭和中间合金投入真空中频感应炉中进行初次熔炼，熔炼过程中通入保护气体，熔炼温度为1560~1600℃，熔炼时间为1h，得到初次熔炼合金；
（3）将初次熔炼和金破碎，得到直径3厘米的碎块，向碎块中均匀混入粒度为-300目的镍粉，在真空中频感应炉中进行二次熔炼，熔炼温度为1570~1610℃，熔化时间为1.5h，合金完全熔化后，于1700℃～1720℃浇入砂型，成型得到合金材料试块，其室温抗拉强度为1050~1850MPa，屈服强度为1010~1810MPa，维氏硬度400~530，洛氏硬度30~49。
其中，所述的烘箱预热温度为150~200℃，时间为2~3h。
所述的真空中频感应炉的真空度为1.7×10-3Pa。
所述的通入保护气体的压力为3×10-3Pa。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）本发明的高强合金材料与其他高强合金材料相比，稀土元素含量少，所用原材料易于获得，成本低，性价比高，易于大规模生产。
（2）本发明工艺简单，所用设备为常规通用设备，易于移植和操作，成本低，可明显改善合金强度低的问题，能够解决合金材料由于强度低而限制其应用的难题，也可扩大合金材料的应用领域。
（3）本发明提供的合金组分及其方法制备的合金材料室温拉伸性能为：室温抗拉强度为1050~1850MPa，屈服强度为1010~1810MPa，维氏硬度400~530，洛氏硬度30~49。
具体实施方式
下面通过实施例进一步说明本发明。应该理解的是，本发明的实施例是用于说明本发明而不是对本发明的限制。根据本发明的实质对本发明进行的简单改进都属于本发明要求保护的范围。所用原料以及试剂均为市售产品。
本实施例中Fe、W、Ni和Zn分别以铁锭(99.95%)、钨锭(99.99%)、Ni粉(99.99%)和锌锭(99.95%)加入，Y、Nb和Zr均采用中间合金的形式加入，各中间合金组成质量分数分别为：Fe-25(或50)%Y、Zn-30%Nb和Fe-30%Zr。
本实施例中在合金熔炼过程中所用的保护气体为SF6+CO2+Ar混合气体，SF6:CO2:Ar体积比为0.5:40:50。
根据国标GB228-2002的标准，对本实施例所得各种合金材料进行室温力学性能测试。
实施例1
本实施例的用于采矿机械的高强合金材料，各组份及其质量百分比为：10.0%W，5.0%Ni，5.0%Zn，7.0%Y，0.6%的Zr，0.1%Nb，余量为Fe。
本实施例的用于采矿机械的高强合金材料的制备方法按照以下步骤进行：
（1）按照质量百分比为：10.0%W，5.0%Ni，5.0%Zn，7.0%Y，0.6%的Zr，0.1%Nb，余量为Fe进行备料，其中Fe、W、Ni和Zn分别以铁锭、钨锭、镍粉和锌锭，Y、Nb和Zr为中间合金，将铁锭、钨锭、锌锭和Y、Nb、Zr的中间合金放入温度为150℃烘箱中预热3h；
（2）将预热好的金属锭和中间合金投入真空度为1.7×10-3Pa的真空中频感应炉中进行初次熔炼，熔炼过程中保护气体为3×10-3Pa，熔炼温度为1560℃，熔炼时间为1h，得到初次熔炼合金；
（3）将初次熔炼和金破碎，得到直径3厘米的碎块，向碎块中均匀混入粒度为-300目的镍粉，在真空中频感应炉中进行二次熔炼，熔炼温度为1570℃，熔化时间为1.5 h，合金完全熔化后，于1700℃浇入砂型，成型得到合金材料试块。
本实施例所获得合金室温拉伸性能为：抗拉强度为1050MPa，屈服强度为1010MPa，维氏硬度400，洛氏硬度30。
实施例2
本实施例的用于采矿机械的高强合金材料，各组份及其质量百分比为：15.0%W，3.0%Ni，5.0%Zn，11.0%Y，0.6%的Zr，0.5%Nb，余量为Fe。
本实施例的用于采矿机械的高强合金材料的制备方法按照以下步骤进行：
（1）按照质量百分比为：15.0%W，3.0%Ni，5.0%Zn，11.0%Y，0.6%的Zr，0.5%Nb，余量为Fe进行备料，其中Fe、W、Ni和Zn分别以铁锭、钨锭、镍粉和锌锭，Y、Nb和Zr为中间合金，将铁锭、钨锭、锌锭和Y、Nb、Zr的中间合金放入温度为200℃烘箱中预热2h；
（2）将预热好的金属锭和中间合金投入真空度为1.7×10-3Pa的真空中频感应炉中进行初次熔炼，熔炼过程中保护气体为3×10-3Pa，熔炼温度为1570℃，熔炼时间为1h，得到初次熔炼合金；
（3）将初次熔炼和金破碎，得到直径3厘米的碎块，向碎块中均匀混入粒度为-300目的镍粉，在真空中频感应炉中进行二次熔炼，熔炼温度为1580℃，熔化时间为1.5 h，合金完全熔化后，于1720℃浇入砂型，成型得到合金材料试块。
本实施例所获得合金室温拉伸性能为：抗拉强度为1100MPa，屈服强度为1050MPa，维氏硬度420，洛氏硬度38。
实施例3
本实施例的用于采矿机械的高强合金材料，各组份及其质量百分比为：1.0%W，2.0%Ni，7.0%Zn，15.0%Y，0.8%的Zr，1.2%Nb，余量为Fe。
本实施例的用于采矿机械的高强合金材料的制备方法按照以下步骤进行：
（1）按照质量百分比为：1.0%W，2.0%Ni，7.0%Zn，15.0%Y，0.8%的Zr，1.2%Nb，余量为Fe进行备料，其中Fe、W、Ni和Zn分别以铁锭、钨锭、镍粉和锌锭，Y、Nb和Zr为中间合金，将铁锭、钨锭、锌锭和Y、Nb、Zr的中间合金放入温度为180℃烘箱中预热2.5h；
（2）将预热好的金属锭和中间合金投入真空度为1.7×10-3Pa的真空中频感应炉中进行初次熔炼，熔炼过程中保护气体为3×10-3Pa，熔炼温度为1590℃，熔炼时间为1h，得到初次熔炼合金；
（3）将初次熔炼和金破碎，得到直径3厘米的碎块，向碎块中均匀混入粒度为-300目的镍粉，在真空中频感应炉中进行二次熔炼，熔炼温度为1600℃，熔化时间为1.5 h，合金完全熔化后，于1720℃浇入砂型，成型得到合金材料试块。
本实施例所获得合金室温拉伸性能为：抗拉强度为1840MPa，屈服强度为1800MPa，维氏硬度530，洛氏硬度48。
实施例4
本实施例的用于采矿机械的高强合金材料，各组份及其质量百分比为：1.0%W，10.0%Ni，13.0%Zn，7.0%Y，1.0%的Zr，2.0%Nb，余量为Fe。
本实施例的用于采矿机械的高强合金材料的制备方法按照以下步骤进行：
（1）按照质量百分比为：1.0%W，10.0%Ni，13.0%Zn，7.0%Y，1.0%的Zr，2.0%Nb，余量为Fe进行备料，其中Fe、W、Ni和Zn分别以铁锭、钨锭、镍粉和锌锭，Y、Nb和Zr为中间合金，将铁锭、钨锭、锌锭和Y、Nb、Zr的中间合金放入温度为150℃烘箱中预热3h；
（2）将预热好的金属锭和中间合金投入真空度为1.7×10-3Pa的真空中频感应炉中进行初次熔炼，熔炼过程中保护气体为3×10-3Pa，熔炼温度为1600℃，熔炼时间为1h，得到初次熔炼合金；
（3）将初次熔炼和金破碎，得到直径3厘米的碎块，向碎块中均匀混入粒度为-300目的镍粉，在真空中频感应炉中进行二次熔炼，熔炼温度为1610℃，熔化时间为1.5 h，合金完全熔化后，于1705℃浇入砂型，成型得到合金材料试块。
本实施例所获得合金室温拉伸性能为：抗拉强度为1850MPa，屈服强度为1810MPa，维氏硬度530，洛氏硬度49。
实施例5
本实施例的用于采矿机械的高强合金材料，各组份及其质量百分比为：4.0%W，3.0%Ni，7.0%Zn，11.0%Y，0.4%的Zr，0.3%Nb，余量为Fe。
本实施例的用于采矿机械的高强合金材料的制备方法按照以下步骤进行：
（1）按照质量百分比为：4.0%W，3.0%Ni，7.0%Zn，11.0%Y，0.4%的Zr，0.3%Nb，余量为Fe进行备料，其中Fe、W、Ni和Zn分别以铁锭、钨锭、Ni粉和锌锭，Y、Nb和Zr为中间合金，将铁锭、钨锭、锌锭和Y、Nb、Zr的中间合金放入温度为150℃烘箱中预热3h；
（2）将预热好的金属锭和中间合金投入真空度为1.7×10-3Pa的真空中频感应炉中进行初次熔炼，熔炼过程中保护气体为3×10-3Pa，熔炼温度为1580℃，熔炼时间为1h，得到初次熔炼合金；
（3）将初次熔炼和金破碎，得到直径3厘米的碎块，向碎块中均匀混入粒度为-300目的镍粉，在真空中频感应炉中进行二次熔炼，熔炼温度为1590℃，熔化时间为1.5 h，合金完全熔化后，于1720℃浇入砂型，成型得到合金材料试块。
本实施例所获得合金室温拉伸性能为：抗拉强度为1330MPa，屈服强度为1310MPa，维氏硬度470，洛氏硬度45。
实施例6
本实施例的用于采矿机械的高强合金材料，各组份及其质量百分比为：7.0%W，8.0%Ni，10.0%Zn，13.0%Y，0.5%的Zr，0.6%Nb，余量为Fe。
本实施例的用于采矿机械的高强合金材料的制备方法按照以下步骤进行：
（1）按照质量百分比为：7.0%W，8.0%Ni，10.0%Zn，13.0%Y，0.5%的Zr，0.6%Nb，余量为Fe进行备料，其中Fe、W、Ni和Zn分别以铁锭、钨锭、镍粉和锌锭，Y、Nb和Zr为中间合金，将铁锭、钨锭、锌锭和Y、Nb、Zr的中间合金放入温度为150℃烘箱中预热3h；
（2）将预热好的金属锭和中间合金投入真空度为1.7×10-3Pa的真空中频感应炉中进行初次熔炼，熔炼过程中保护气体为3×10-3Pa，熔炼温度为1600℃，熔炼时间为1h，得到初次熔炼合金；
（3）将初次熔炼和金破碎，得到直径3厘米的碎块，向碎块中均匀混入粒度为-300目的镍粉，在真空中频感应炉中进行二次熔炼，熔炼温度为1610℃，熔化时间为1.5 h，合金完全熔化后，于1720℃浇入砂型，成型得到合金材料试块。
本实施例所获得合金室温拉伸性能为：抗拉强度为1400MPa，屈服强度为1320MPa，维氏硬度500，洛氏硬度48。

Claims (4)

1.一种用于采矿机械的高强度合金材料的制备方法，所述的用于采矿机械的高强度合金材料各组份及其质量百分比为：1.0~15.0%W，2.0~10.0%Ni，5.0%~13.0%Zn，7.0%~15.0%Y，0.4~1.0%的Zr，0.1~5.0%Nb，余量为Fe，其室温抗拉强度为1050~1850MPa，屈服强度为1010~1810MPa，维氏硬度400~530，洛氏硬度30~49，其特征在于按照以下步骤进行：
（1）按照质量百分比为：1.0~15.0%W，2.0~10.0%Ni，5.0%~13.0%Zn，7.0%~15.0%Y，0.4~1.0%的Zr，0.1~5.0%Nb，余量为Fe进行备料，其中Fe、W、Ni和Zn分别以铁锭、钨锭、Ni粉和锌锭，Y、Nb和Zr为中间合金，将铁锭、钨锭、锌锭和Y、Nb、Zr的中间合金放入烘箱中预热；
（2）将预热好的金属锭和中间合金投入真空中频感应炉中进行初次熔炼，熔炼过程中通入保护气体，熔炼温度为1560~1600℃，熔炼时间为1h，得到初次熔炼合金；
（3）将初次熔炼合金破碎，得到直径3厘米的碎块，向碎块中均匀混入粒度为-300目的镍粉，在真空中频感应炉中进行二次熔炼，熔炼温度为1570~1610℃，熔化时间为1.5 h，合金完全熔化后，于1700℃～1720℃浇入砂型，成型得到合金材料试块。
2.根据权利要求1所述的一种用于采矿机械的高强度合金材料的制备方法，其特征在于所述的烘箱预热温度为150~200℃，时间为2~3h。
3.根据权利要求1所述的一种用于采矿机械的高强度合金材料的制备方法，其特征在于所述的真空中频感应炉的真空度为1.7×10-3Pa。
4.根据权利要求1所述的一种用于采矿机械的高强度合金材料的制备方法，其特征在于所述的通入保护气体的压力为3×10-3Pa。
CN201510589282.8A 2015-09-16 2015-09-16 一种用于采矿机械的高强度合金材料及其制备方法 Expired - Fee Related CN105088069B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510589282.8A CN105088069B (zh) 2015-09-16 2015-09-16 一种用于采矿机械的高强度合金材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510589282.8A CN105088069B (zh) 2015-09-16 2015-09-16 一种用于采矿机械的高强度合金材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105088069A CN105088069A (zh) 2015-11-25
CN105088069B true CN105088069B (zh) 2017-04-19

Family

ID=54569387

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510589282.8A Expired - Fee Related CN105088069B (zh) 2015-09-16 2015-09-16 一种用于采矿机械的高强度合金材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105088069B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105714180A (zh) * 2016-02-23 2016-06-29 桐乡市搏腾贸易有限公司 一种用于采矿机械装置的高强度合金及其生产方法
CN107365945A (zh) * 2017-08-01 2017-11-21 合肥康之恒机械科技有限公司 一种用于起重机吊钩的高强度高韧性合金材料

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103966495A (zh) * 2014-05-27 2014-08-06 北方工业大学 一种耐磨耐腐蚀的合金材料
CN104889379A (zh) * 2014-03-04 2015-09-09 精工爱普生株式会社 粉末冶金用金属粉末、复合物、造粒粉末及烧结体

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104889379A (zh) * 2014-03-04 2015-09-09 精工爱普生株式会社 粉末冶金用金属粉末、复合物、造粒粉末及烧结体
CN103966495A (zh) * 2014-05-27 2014-08-06 北方工业大学 一种耐磨耐腐蚀的合金材料

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
EFFECT OF SOLIDIFICATION RATE OF THE STRUCTURE OF ALLOYS OF THE SYSTEM Fe-W;A.P.Gulyaev et.al.;《METAL POWDER MATERIALS》;19911231;第683-686页 *
Separation in solid solutions of Fe-W system;Y.USTINOVSHIKOV et.al.;《JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE》;20041231;第39卷;摘要 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN105088069A (zh) 2015-11-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108866417B (zh) 一种高强耐蚀中熵合金及其制备方法
CN104120332A (zh) 高强度高韧性球墨铸铁600-10及其生产工艺
CN105088017B (zh) 一种双相高密度可铸锻动能钨镍钴合金及制备方法
US7955447B2 (en) Glassy metal composite material
CN105088069B (zh) 一种用于采矿机械的高强度合金材料及其制备方法
CN102400032A (zh) 一种大断面球墨铸铁
CN103352180B (zh) 一种碳合金的制造方法
CN108179357A (zh) 一种碳化物增强型低膨胀合金
CN104032234A (zh) 一种耐火钢筋及其生产工艺
CN103710576B (zh) 一种钪、钽增强的高强度镍铌合金材料
CN105441631A (zh) 一种多元素氮化合金包芯线及其应用和hrb500e高强度抗震钢的生产方法
CN105177424A (zh) 一种高强度特厚钢板及其生产方法
CN108103404A (zh) 一种高强度不锈钢合金材料及其制备方法
CN111621715B (zh) 一种高密度高强度合金钢及其制备方法
CN103882310A (zh) 一种耐腐蚀高碳钢合金材料及其制备方法
CN104630608B (zh) 一种耐热球体及其生产工艺
CN106498252A (zh) 一种高强度镁‑钕‑锌‑锆‑锂合金及其制备方法
CN103352178B (zh) 一种含钛合金
CN113462989A (zh) 矿山格子型球磨机用铌微合金化高锰钢衬板及制备方法
CN105803322A (zh) 一种高锰钢及其制备方法
CN105002438A (zh) 一种SY17MnNiVNbTi钢及其钢结构件制备方法
CN110484774A (zh) 一种耐650℃高温钛合金
CN110835703A (zh) 一种单相钨合金及其制备方法
CN104451254B (zh) 含有金属间化合物增强相的铸造Ti‑Si共晶合金
CN104073733A (zh) 一种耐空气腐蚀合金钢材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20170419

Termination date: 20210916