CN105543717A - 一种用于汽车制动泵活塞的合金材料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于汽车制动泵活塞的合金材料，包括C：0.04％～0.10％，Mn：0.8％～2.0％，P：0.03％～0.04％，S：0.03％～0.04％，Si：1.0％～2.0％，Cr：17.0％～20.0％，Ni：8.0％～11.0％，Ti：0.45％～0.70％，Cu：0.7％～1.2％，Ta：0.2％～0.5％，Nb：0.20％～0.50％，其余为Fe；在真空、850℃～880℃条件下烧结金属原料，在600℃回火，经冷却得到具有良好的抗磁、抗腐蚀、耐压、不易形变的性能的合金材料。

Description

一种用于汽车制动泵活塞的合金材料及制备方法
技术领域
本发明属于铁基合金领域，具体涉及一种用于汽车制动泵活塞的合金材料及制备方法。
背景技术
汽车作为近代文明的象征，汽车的出现推动了人类文明的发展，随着国民经济的持续、快速发展，我国汽车工业取得了长足的进步，机动车辆有量迅猛增加。汽车已成为当代中国社会最重要的交通运输上具。汽车制动性是汽车主动安全性的主要性能之一，强制性地定期检测车辆制动性，已是世界各国的车辆主管部门进行车辆安全管理的重要措施。
汽车制动泵活塞用于汽车的液压制动系统中，并常常被称作回油泵。这种泵在防滑控制时用于有选择地降低或升高车轮制动缸内的制动压力，以便能够调节车轮制动缸内的制动压力。现有的制动泵活塞泵存在着这样的问题，即为了避免制动液从制动系统中流出和/或将空气吸入制动系统，必须在很大的温度范围内尤其是在-30℃以下的温度下确保活塞泵的密封性。但是，汽车制动泵活塞在工作过程中，受到的压力和冲撞力很大，容易受到磨损，而造成汽车制动泵活塞的损坏，同时，汽车制动泵活塞由于长期与油液接触，材料容易被腐蚀，密封性会因之降低，相应地降低了制动泵活塞的使用寿命；制动泵活塞在长期的使用过程中，也容易产生磁化现象，给行车安全带来威胁。
因此急需一种能够抗磁、抗腐蚀、耐压、不易形变的用于汽车制动泵活塞的合金材料。
发明内容
为了克服现有材料质量参差不齐的不足，本发明的目的在于提供一种用于汽车制动泵活塞的合金材料，综合考虑各成分的成本，在保证与同等成本材料有相等或更高质量的前提下，优化各成分之间的比例，找到性价比最高的材料组方，加入稀土金属，制备的材料有良好的抗磁、抗腐蚀、耐压、不易形变的性能，能够有效地解决上述问题。
为了解决上述技术问题，本发明采取如下的技术方案：
一种用于汽车制动泵活塞的合金材料的制备方法，其中，制作步骤如下：
(1)将待熔炼的Fe、Mn、Cr、Ni、Ti、Ta、Nb、Cu、RE单质，加入水冷铜坩埚的真空室内，抽真空，在烧结温度为850℃～880℃条件下熔融；
(2)在金属熔融的条件下加入C、P、S、Ge、Si单质，并保温20min～50min，搅拌均匀；
(3)将熔融金属冷却至室温得到棒材；
(4)将熔炼金属粗坯在常压惰性气体条件下回火保温20min～50min，冷却至室温得到棒材。
进一步地，烧结的温度为850℃～860℃时，RE的组成为Sc单质，或Eu单质。
更进一步地，烧结的温度为860℃～880℃时，RE的组成为Sc单质和Eu单质。
进一步地，熔融金属冷却速率为50℃/min～80℃/min。
进一步地，熔炼金属粗坯回火的温度为600℃。
进一步地，熔炼金属粗坯回火后的冷却速率为50℃/min～80℃/min。
进一步地，惰性气体为氮气。
进一步地，棒材中各成分的质量百分含量包括C：0.04％～0.10％，Mn：0.8％～2.0％，P：0.03％～0.04％，S：0.03％～0.04％，Si：1.0％～2.0％，Cr：17.0％～20.0％，Ni：8.0％～11.0％，Ti：0.45％～0.70％，Ta：0.2％～0.5％，Nb：0.20％～0.50％，Cu：0.7％～1.2％，Ge：0.7％～1.2％，RE：0.40％～1.0％，其余为Fe。
更进一步地，RE为Sc单质/Eu单质/Sc单质与Eu单质的混合物，其中Sc单质的质量百分含量为：0.2％～0.5％，Eu单质的质量百分含量为：0.20％～0.50％。
更进一步地，按重量百分比计含有如下原料组分，C：0.08％，Mn：1.50％，P：0.03％，S：0.03％，Si：1.50％，Cr：18.0％，Ni：10.0％，Ti：0.70％，Ta：0.5％，Nb：0.20％，Cu：1.0％，Ge：0.7％，Sc：0.30％，Eu：0.40％，其余为Fe。
以下，对本发明中采用的合金的成分组成的限定理由进行说明，成分组成中涉及的％指质量％。
C：0.04％～0.10％，C在钢材中可形成固溶体组织、提高钢的强度；形成碳化物组织，可提高钢的硬度及耐磨性。因此，C在钢材中，含碳量越高，钢的强度、硬度就越高，但塑性、韧性也会随之降低；反之，含碳量越低，钢的塑性、韧性越高，其强度、硬度也会随之降低，材料中C含量规定为0.04％～0.10％，优选为0.08％。
Mn：0.8％～2.0％，Mn是一种弱脱氧剂，钢材中添加Mn，不但有利于钢材的抗蚀性，而且还能使钢材的强度提高，并能降低热裂纹倾向，改善钢材的抗腐蚀性能和焊接性能。随着Mn含量增加，钢材强度有所提高，本发明将Mn含量规定为0.8％～2.0％，优选为1.50％。
P：0.03％～0.04％，磷对提高钢材的抗拉强度有一定的作用，但同时又都增加钢材的脆性。本发明将P含量规定为0.03％～0.04％，优选为0.03％。
S：0.03％～0.04％，S可引起钢材热脆，降低钢材的塑性、冲击韧性、疲劳强度和抗锈性等，一般用钢含硫量要求不超过0.055％，在焊接结构中应不超过0.050％。一定量的S与Mn在钢材中形成MnS，有助于提高切削性的元素。在低于0.001％时添加效果不充分，超过0.15％则添加效果饱和，S会降低铁水的流动性，阻止Fe3C分解，使铸件产生气孔、难于切削并降低其韧性，因此将S规定为0.03％～0.04％，优选为0.03％。
Si：1.0％～2.0％，Si可提高钢材的耐热性和耐蚀性，降低韧性和塑性；在钢材中能降低熔点，改善流动性。本发明将Si含量规定为1.0％～2.0％，优选为1.50％。
Cr：17.0％～20.0％，Cr在钢材中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢材的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是钢材的重要合金元素。本发明将Cr含量规定为17.0％～20.0％，优选为18.0％。
Ni：8.0％～11.0％，镍在钢材中能提高合金的强度和硬度，降低耐蚀性，提高合金的焊接性能。本发明将材质中Ni含量规定为8.0％～11.0％，优选为10.0％。
Ti：0.45％～0.70％，Ti是合金中常用的添加元素，钛与铝形成TiAl2相，成为结晶时的非自发核心，起细化铸造组织和焊缝组织的作用；还能起到变质剂作用，增加晶核，细化晶粒。本发明将Ti含量规定为0.45％～0.70％，优选为0.70％。
Ta：0.2％～0.5％，Ta是强碳化物形成元素，Ta的碳化物在高温下十分稳定，只比钛的碳化物略为逊色。由于Ta具有良好的热强性，因此，Ta在低合金耐热钢和高合金耐热钢中都获得了广泛的应用，提高了钢的热强性。本发明将合金材料中Ta含量规定为0.2％～0.5％，优选为0.70％。
Nb：0.20％～0.50％，铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高强度，但塑性和韧性有所下降。在普通低合金钢中加铌，可提高抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力。铌可改善焊接性能。在奥氏体不锈钢中加铌，可防止晶间腐蚀现象。本发明将材料中Nb含量规定为0.20％～0.50％，优选为0.20％。
Cu：0.7％～1.2％，铜能提高合金的强度和韧性，特别是大气腐蚀性能。本发明将Cu含量规定为0.7％～1.2％，优选为1.0％。
Ge：0.7％～1.2％，锗一般可以与硅、金、钛、铜等合成合金材料。锗晶体里的原子排列与金刚石一样，因此物理特性呈现硬而且脆的特征，可以增加合金的硬度；由于易碎、易剥落，因此工业中有采用把锗与铜、银合成合金材料的工艺，以解决锗的不足。本发明将材料中Ge含量规定为0.7％～1.2％，优选为0.7％。
RE：0.40％～1.0％，稀土元素加入合金中，能够提高合金材料的机械强度和抗腐蚀性，使合金熔铸时增加成分过冷，细化晶粒，减少二次晶间距，减少合金中的气体和夹杂，并使夹杂相趋于球化。还可降低熔体表面张力，增加流动性，有利于浇注成锭，对工艺性能有着明显的影响；稀土金属还能消除磁场，同时在承力相同的条件下，明显减轻结构件重量。本发明将材料中RE含量规定为0.40％～1.0％，包括，Sc：0.2％～0.5％，Eu：0.20％～0.50％；优选为Sc：0.30％，Eu：0.40％。在本发明中使用的稀土金属含量较少，但是能够起到很好的消磁和增加合金强度、耐磨性的作用，有利于降低成本。
根据本发明的另一目的，在于提供一种用于汽车制动泵活塞的合金材料，其特征在于，采用上述任一种制备方法制备而成。
本发明的优点是：
本发明制备的材料抗磁性能优良，抗腐蚀、耐压、硬度大、不易形变。
具体实施方式
以下给出本发明的具体实施例，用来对本发明作进一步详细说明。
实施例1
一种用于汽车制动泵活塞的合金材料，其中的原料组分的百分含量为：
C：0.08％，Mn：1.50％，P：0.03％，S：0.03％，Si：1.50％，Cr：18.0％，Ni：10.0％，Ti：0.70％，Ta：0.5％，Nb：0.20％，Cu：1.0％，Ge：0.7％，Sc：0.30％，Eu：0.40％，其余为Fe。
通过如下方法制备：
(1)将待熔炼的Fe、Mn、Cr、Ni、Ti、Ta、Nb、Cu、Sc、Eu单质，加入水冷铜坩埚的真空室内，抽真空，在烧结温度为875℃条件下熔融；
(2)在金属熔融的条件下加入C、P、S、Ge、Si单质，并保温42min，搅拌均匀；
(3)将熔融金属以70℃/min的降温速率冷却至室温，得到棒材。
(4)将熔炼金属粗坯在常压充入N2的条件下回火保温42min，以70℃/min的降温速率冷却至室温得到棒材。
实施例2
一种用于汽车制动泵活塞的合金材料，其中的原料组分的百分含量为：
C：0.04％，Mn：0.80％，P：0.03％，S：0.03％，Si：1.0％，Cr：17.0％，Ni：8.0％，Ti：0.45％，Ta：0.20％，Nb：0.20％，Cu：0.70％，Ge：0.70％，Sc：0.20％，Eu：0.20％，其余为Fe。
通过如下方法制备：
(1)将待熔炼的Fe、Mn、Cr、Ni、Ti、Ta、Nb、Cu、Sc、Eu单质，加入水冷铜坩埚的真空室内，抽真空，在烧结温度为870℃条件下熔融；
(2)在金属熔融的条件下加入C、P、S、Ge、Si单质，并保温20min，搅拌均匀；
(3)将熔融金属以50℃/min的降温速率冷却至室温，得到棒材。
(4)将熔炼金属粗坯在常压充入N2的条件下回火保温20min，以50℃/min的降温速率冷却至室温得到棒材。
实施例3
一种用于汽车制动泵活塞的合金材料，其中的原料组分的百分含量为：
C：0.10％，Mn：2.0％，P：0.04％，S：0.04％，Si：2.0％，Cr：20.0％，Ni：11.0％，Ti：0.70％，Ta：0.50％，Nb：0.50％，Cu：1.20％，Ge：1.20％，Sc：0.50％，其余为Fe。
通过如下方法制备：
(1)将待熔炼的Fe、Mn、Cr、Ni、Ti、Ta、Nb、Cu、Sc单质，加入水冷铜坩埚的真空室内，抽真空，在烧结温度为850℃条件下熔融；
(2)在金属熔融的条件下加入C、P、S、Ge、Si单质，并保温50min，搅拌均匀；
(3)将熔融金属以80℃/min的降温速率冷却至室温，得到棒材。
(4)将熔炼金属粗坯在常压充入N2的条件下回火保温50min，以80℃/min的降温速率冷却至室温得到棒材。
实施例4
一种用于汽车制动泵活塞的合金材料，其中的原料组分的百分含量为：
C：0.10％，Mn：2.0％，P：0.04％，S：0.04％，Si：2.0％，Cr：20.0％，Ni：11.0％，Ti：0.70％，Ta：0.50％，Nb：0.50％，Cu：1.20％，Ge：1.20％，Eu：0.50％，其余为Fe。
通过如下方法制备：
(1)将待熔炼的Fe、Mn、Cr、Ni、Ti、Ta、Nb、Cu、Eu单质，加入水冷铜坩埚的真空室内，抽真空，在烧结温度为855℃条件下熔融；
(2)在金属熔融的条件下加入C、P、S、Ge、Si单质，并保温35min，搅拌均匀；
(3)将熔融金属以65℃/min的降温速率冷却至室温，得到棒材。
(4)将熔炼金属粗坯在常压充入N2的条件下回火保温35min，以65℃/min的降温速率冷却至室温得到棒材。
实施例5
一种用于汽车制动泵活塞的合金材料，其中的原料组分的百分含量为：
C：0.07％，Mn：1.40％，P：0.035％，S：0.035％，Si：1.50％，Cr：18.50％，Ni：9.50％，Ti：0.58％，Ta：0.35％，Nb：0.35％，Cu：1.0％，Ge：1.20％，Eu：0.35％，Sc：0.35％，其余为Fe。
通过如下方法制备：
(1)将待熔炼的Fe、Mn、Cr、Ni、Ti、Ta、Nb、Cu、Eu、Sc单质，加入水冷铜坩埚的真空室内，抽真空，在烧结温度为860℃条件下熔融；
(2)在金属熔融的条件下加入C、P、S、Ge、Si单质，并保温40min，搅拌均匀；
(3)将熔融金属以70℃/min的降温速率冷却至室温，得到棒材。
(4)将熔炼金属粗坯在常压充入N2的条件下回火保温35min，以70℃/min的降温速率冷却至室温得到棒材。
实验例1
抗磨性对比试验：
本发明实施例1～5材料与普通压载系统用钢材在射流式冲刷腐蚀磨损试验机上做浆料(石英砂+水)湿磨试验，在高应力动载磨料磨损试验机上做石英砂干磨试验，性能见表1。
表1抗磨性及硬度对比试验结果
实验例2
将本发明实施例1～5材料与普通用钢材相比较，其性能结果如下表2。
表2性能比较
由上述试验例可见，本发明钢材材料的各项性能均高于普通结构钢材，制备本发明钢材的特殊材料用量少，相对成本低，更加适合用于汽车制动泵活塞的合金材料。
以上仅为本发明的优选实施例及实验例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于汽车制动泵活塞的合金材料的制备方法，其特征在于，制作步骤如下：
步骤S01:将待熔炼的Fe、Mn、Cr、Ni、Ti、Ta、Nb、Cu、RE单质，加入水冷铜坩埚的真空室内，抽真空，在烧结温度为850℃～880℃条件下熔融；
步骤S02:在金属熔融的条件下加入C、P、S、Ge、Si单质，并保温20min～50min，搅拌均匀；
步骤S03:将熔融金属冷却至室温得到棒材；
步骤S04:将熔炼金属粗坯在常压惰性气体条件下回火保温20min～50min，回火的温度为600℃，然后冷却至室温得到棒材。
2.根据权利要求1所述的合金材料的制备方法，其特征在于，所述烧结的温度为850℃～860℃时，RE的组成为Sc单质，或Eu单质。
3.根据权利要求1所述的合金材料的制备方法，其特征在于，所述烧结的温度为860℃～880℃时，RE的组成为Sc单质和Eu单质。
4.根据权利要求1所述的合金材料的制备方法，其特征在于，所述熔融金属冷却速率为50℃/min～80℃/min。
5.根据权利要求1所述的合金材料的制备方法，其特征在于，所述熔炼金属粗坯回火后的冷却速率为50℃/min～80℃/min。
6.根据权利要求1所述的合金材料的制备方法，其特征在于，所述惰性气体为氮气。
7.根据权利要求1所述的合金材料的制备方法，其特征在于，所述棒材的成分按重量百分比计包括C：0.04％～0.10％，Mn：0.8％～2.0％，P：0.03％～0.04％，S：0.03％～0.04％，Si：1.0％～2.0％，Cr：17.0％～20.0％，Ni：8.0％～11.0％，Ti：0.45％～0.70％，Ta：0.2％～0.5％，Nb：0.20％～0.50％，Cu：0.7％～1.2％，Ge：0.7％～1.2％，RE：0.40％～1.0％，其余为Fe。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述RE为Sc单质/Eu单质/Sc单质与Eu单质的混合物，其中Sc单质的质量百分含量为：0.2％～0.5％，Eu单质的质量百分含量为：0.20％～0.50％。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述棒材的成分按重量百分比计含有如下原料组分，C：0.08％，Mn：1.50％，P：0.03％，S：0.03％，Si：1.50％，Cr：18.0％，Ni：10.0％，Ti：0.70％，Ta：0.5％，Nb：0.20％，Cu：1.0％，Ge：0.7％，Sc：0.30％，Eu：0.40％，其余为Fe。
10.一种用于汽车制动泵活塞的合金材料，其特征在于，采用权利要求1～9中任一项所述的制备方法制备而成。
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